Trang Chủ >> TIN TỨC » TIN KHOA HỌC THẾ GIỚI
BẢN TIN KHOA HỌC Tuần lễ từ 4 đến 10-10-2021
Bản tin khoa học

GWAS phân tích di truyền chống chịu lạnh và kháng bệnh của lúa mì

Nguồn:Yunlong PangYuye WuChunxia LiuWenhui LiPaul St. AmandAmy BernardoDanfeng WangLei DongXiufang YuanHuirui ZhangMeng ZhaoLinzhi LiLiming WangFang HeYunlong LiangQiang YanYue LuYu SuHongming JiangJiajie WuAnfei LiLingrang KongGuihua Bai & Shubing Liu. 2021. High-resolution genome-wide association study and genomic prediction for disease resistance and cold tolerance in wheat. Theoretical and Applied Genetics September 2021; vol. 134:2857–2873

 
GWAS (high-resolution genome-wide association study) hỗ trợ tốt cho fine mapping những QTL và gen ứng cử viên, có dự đoán chính xác cao trong chọn tạo giống lúa mì. Lúa mì là nguồn lương thực quan trọng, cung cấp một phần năm calories hàng ngày và protein cho nhân loại. GWAS và sàng lọc di truyền GS (genomic selection) đối với tính trạng chống chịu stress và kháng stress là mục tiêu quan trọng để người ta hiểu rõ kiến trúc di truyền tính trạng mục tiêu và nâng cao hiệu quả chọn lọc. Tuy nhiên, mật độ chỉ thị phân tử không đủ trong nhiều nghiên cứu trước đây làm hạn chế khả năng của GWAS và GS trong cải tiến giống lúa mì. Công trình này thực hiện GWAS phân giải cao đối với tính trạng kháng bệnh rỉ sắt LR (leaf rust), YR (yellow rust), PM (powdery mildew), và chống chịu lạnh CT (cold tolerance) thông qua đánh giá kiểu gen trong tập đoàn giống lúa mì bao gồm 768 mẫu giống sử dụng GBS (genotyping-by-sequencing). Có khoảng 153 QTLs được phân lập, 81 QTLs được thu hẹp kích thước còn  ≤ 1.0 Mb với ba được minh chứng bằng phương pháp sử dụng quần thể “bi-parental”. Bên cạnh đó, có 837 gen kháng stress được xác định trong những vùng QTL này với 12 gen biểu hiện bị kích hoạt bởi  pathogen của bệnh YR và PM. Giá trị “genomic prediction” sử dụng chỉ thị 2608, 4064, 3907, và 2136 SNPs được tuyển chọn trước trên cơ sở chạy GWAS và giá trị tương quan giữa những chỉ thị SNPs. Kết quả cho thấy mức độ chính xác của dự đoán cao 0.76, 0.73, và 0.78 đối với tính kháng bệnh LR, YR, và PM, theo thứ tự. Mức độ chính xác của dự đoán là 0.83 đối với tính chống chịu lạnh. Kết quả nghiên cứu là cơ sở của kỹ thuật “large-scale QTL fine mapping”, minh chứng gen ứng cử viên và sàng lọc di truyền trong hệ gen cây lúa mì.
 
Chỉnh sửa gen khoai tây có hàm lượng tinh bột mong muốn
Nguồn: Ami TakeuchiMariko OhnumaHiroshi TeramuraKenji AsanoTakahiro NodaHiroaki KusanoKoji TamuraHiroaki Shimada. 2021. Creation of a potato mutant lacking the starch branching enzyme gene StSBE3 that was generated by genome editing using the CRISPR/dMac3-Cas9 system. Plant Biotechnology; Vol. 38 (2021), No. 3 pp. 345-353
 
Tinh bột củ khoai tây là tính trạng bị thay đổi bởi thành phần của amylose và amylopectin. Số lượng amylopectin được xác định bởi hoạt tính của enzymes phân nhánh tinh bộtSBE1, SBE2, vàSBE3 trong khoai tây. SBE3, là đồng dạng của enzyme BEI của cây lúa nước, đây là một gen chủ lực có rất nhiều trong củ khoai tây. Theo kết quả nghiên cứu, người ta sáng tạo ra đột biến gen SBE3 thông qua hệ thoe61n chỉnh sửa gen CRISPR/Cas9 gắn với phân tử translation enhancer dMac3. Khoai tây là cây tứ bội thể, một đột biến có tính chất bốn alen của gen SBE3 được mong muốn. Những đột biến gen SBE3 được tìm thấy trong 89 cá thể của 126 cá thể transformants cây khoai tây. Trong những dòng đột biến ấy, có 10 dòng mang bốn gen SBE3 đột biến, cho thấy có 8% hiệu quả đột biến có chủ đích. Những dòng đột biến này tăng trưởng bình thường, giống với cây nguyên thủy (wild-type), năng suất củ khá tốt. Tinh bột khoai tây giống với tinh bột của dòng lúa đột biến BEI. Chạy Western blot cho kết quả rằng: có khiếm khuyết của SBE3 trong củ khoai tây đột biến, cho thấy những transformants như vậy biểu hiện đột biến dạng loss-of-function gen SBE3.
 
Bón cân đối đạm ở nông hộ nhỏ Trung Quốc
 
Yulong Yin, Rongfang Zhao, Yi Yang, Qingfeng Meng, Hao Ying, Kenneth G. Cassman, Wenfeng Cong, Xingshuai Tian, Kai He, Yingcheng Wang, Zhenling Cui, Xinping Chen, and Fusuo Zhang. 2021. A steady-state N balance approach for sustainable smallholder farming. PNAS September 28, 2021
Vol.  118 (39): e2106576118
 
Nông dân ở khu vực nông hộ nhỏ Trung Quốc có xu hướng bón dư đạm để “đảm bảo an toàn” tránh thất thu năng suất. Quản lý phân bón tốt có thể thực hiện được mà không mất đi tiền của phù hợp với công nghệ tiên tiến, bón đạm hiệu quả sử dụng N cao. Nghiên cứu này khá đơn giản tiếp cận cách quản lý phân N  hiệu quả mà không phải lấy mẫu. Phương pháp mới này dựa trên cơ sở cân bằng N từ từ, nó có thể làm giảm đáng kể lượng phân N bón vào trong khi vẫn duy trì được năng suất lúa cao so với kỹ thuật canh tác của nông dân. Những mô hình trình diễn tại Trung Quốc trên mễ cốc cho thấy khả năng của phương pháp quản lý N mới như một công cụ vô cùng hiệu quả, định hướng chính sách và góp phần vào ổn định phân N toàn cầu. Hàng trăm triệu nông hộ sản xuất nhỏ tại những quốc gia mới nổi đang lạm dụng phân N quá múc, làm ô nhiễm môi trường và biến đổi khí hậu toàn cầu. Mặc dù có nhiều thành công tại mô hình trình diễn địa phương, nhưng tính lan rộng trong sản xuất đại trà vẫn còn là thách thức đễ thựn hiện bón đúng cách phân N, phân lớn do kỹ thuật đắt tiền, lấy mẫu phức tạp và tính toán cũng phức tạp. Ngưới ta đề xuất phương pháp dài hạnSSNB (long-term steady-state N balance) không quá phức tạp thích nghi với nông hộ nhỏ. Khái niệmSSNB trong hệ thống thâm canh trên cơ sở tương tác giữa đất và cây trồng với bón N dư thừa và sự mất N cao có thể được chuyển đổi thành hệ thống cải thiện dần dần với mất N tối thiểu mà vẫn duy trì năng suất cao. Trên cơ sở SSNB, người ta dự đoán bón N trong tất cả 3.824 huyện trồng trọt đối với 3 mùa vụ chính của Trung Quốc. Người ta đã tiến hành đanh giá lần đầu tiên SSNB tại 18.000 mô hình thử nghiệm trên ruộng nông dân theo sau là khảo nghiệm tại 13.760 nông hộ nhỏ áp dụng SSNB với mức phân N tối ưu theo hướng dẫn của khuyến nông địa phương. Kết quả cho thấy SSNB có thể làm giảm đáng kể sử dụng phân N từ 21 đến 28% mà vẫn duy trì hoặc làm tăng năng suất từ 6 đến 7%, so với đối chứng (quy trình của nông dân địa phương). Phương pháp tiếp cận SSNB có thể trở thành công cụ hiệu quả góp phần làm ổn định nguồn phân bón toàn cầu N phục vụ nông nghiệp tại nông hộ nhỏ.
 
Họ phosphofructokinase trong hệ gen cây sắn

Nguồn: Haiyan WangPingjuan ZhaoXu ShenZhiqiang XiaXincheng ZhouXin ChenCheng LuWenquanWang. 2021. Genome-wide survey of the phosphofructokinase family in cassava and functional characterization in response to oxygen-deficient stress. BMC Plant Biol.; 2021 Aug 16;21(1):376
 
Chu trình glycolytic phổ biến trong tất cả cơ quan, đặc biệt ở những mô thiếu oxygen. Men phosphofructokinase (PFK)  là một men có tính chất hạn chế mức độ trong chu trình glycolytic và đóng vai trò xúc tác sự kiện phosphoryl hóa fructose-6-phosphate thành fructose-1,6-bisphosphate. Rễ sắn (M. esculenta) là cơ quan khổng lồ chứa tinh bột có hàm lượng oxygen thấp. Tuy nhiên, người ta biết rất ít về chức năng của PFK của hệ gen M. esculenta (MePFK). Các tác giả thực hiện một phân tích hệ thống về các gen MePFK để tìm hiểu chức năng của họ genMePFK dưới điều kiện stress thiếu ô xi (hypoxic stress). Ngưới ta xác định được 13 gen MePFK và định tính chúng bằng cách chạy trình tự gen. Cây gia hệ cho thấy có 3 chùm gen chia 13 gen này thành hai nhóm: chín gen thuộc nhóm MePFKs và bốn gen là pyrophosphate-fructose-6-phosphate phosphotransferase (MePFPs). Người ta xác định bằng phương pháp green fluorescent protein dung hợp với biểu hiện protein mà MePFK03 và MePFPA1 định vị trong chloroplast và dịch bào chất (cytoplasm), theo thứ tự. Phổ biểu hiện của 13 gen MePFKs được phát hiện nhờ kỹ thuật quantitative reverse transcription polymerase chain reaction cho thấy MePFK02, MePFK03, MePFPA1, MePFPB1 biểu hiện cao trên lá, rễ và hoa. Biểu hiện của MePFK03, MePFPA1 vàMePFPB1 trong củ sắn tăng theo mức độ tăng trưởng. Người ta xác định hiện tượng thiếu ô xy trong củ sắn (hypoxia) xảy ra ở rễ sắn, nồng độ oxygen giảm cực trọng từ bên ngoài vào bên trong rễ. Biểu hiện của  MePFK03, MePFPA1 và MePFPB1 giảm theo sự giảm của nồng độ oxygen trong rễ sắn. Stress do ngập (waterlogging stress) cho thấy mức độ phân tử transcript của PPi-dependent MePFP vàMeSuSy được điều tiết theo kiểu “up” và PPi-dependent glycolysis.
Một điều tra có hệ thống mối quan hệ di truyền huyết thống, bản chất phân tử, định vị trên nnhiễm sắc thể và tế bào phụ, dự đoán cis-element của MePFKs đã được hoàn thiện trong hệ gen cây sắn. Các phổ biểu hiện của MePFKs tại những thời điểm phát triển khác nhau, cơ quan khác nhau và nghiệm thức xử lý stress ngập đều cho thấy MePFPA1 đóng vai trò quan trọng trong tăng trưởng và phát triển câh sắn. Kết hợp mức độ phiên mã MeSuSy, người ta thấy pyrophosphate (PPi)-dependent glycolysis cùng song hành khi cây sắn bị stress ngập. Đêy là kiến thức cơ bản để nghiên cứu chức năng của MePFKs trong điều kiện bị stress thiếu ô xy.
 
Hình 1: Phân phố các gen MePFK trên nhiễm sắc thể cây sắn
 
Video Clip
Thống kê lượt truy cập
số người truy cậpsố người truy cậpsố người truy cậpsố người truy cậpsố người truy cậpsố người truy cậpsố người truy cập
số người truy cậpHôm nay:228
số người truy cậpHôm qua:237
số người truy cậpTuần này:2576
số người truy cậpTháng này:8265
số người truy cậpTất cả:607342
số người truy cậpĐang trực tuyến:19