Trang Chủ >> TIN TỨC » TIN KHOA HỌC THẾ GIỚI
TỔNG QUAN DI TRUYỀN TÍNH KHÁNG RẦY NÂU NHỜ GEN MÃ HÓA PROTEIN NBS-LRR
 
TỔNG QUAN DI TRUYỀN
TÍNH KHÁNG RẦY NÂU NHỜ GEN MÃ HÓA PROTEIN NBS-LRR
 
   
   Rầy nâu (BPH, Nilaparvata lugens Stål), một loài côn trùng có khả năng di chuyển xa, thức ăn thuộc dạng “monophagous”, là côn trùng gây hại bậc nhất trong sản xuất lúa tại Châu Á, làm thiệt hại nặng nề năng suất lúa. Giống lúa được phát triển bằng con đường lai tạo giống truyền thống thường có tính kháng rầy thấp. Nông dân phải đồng thời quản lý rầy bằng thuốc trừ sâu, làm ô nhiễm môi trường.
 
 
   Gen kháng rầy nâu BPH14, BPH26, BPH18, và BPH9 mã hóa protein CC-NB-LRR (CNL) (Du và ctv, 2009; Tamura và ctv, 2014; JI và ctv, 2016; Zhao và ctv, 2016) (Du et al., 2009Tamura et al., 2014Ji et al., 2016Zhao et al., 2016). Giống như gen kháng côn trùng mã hóa protein có cấu trúc CC-NB-LRR ở cây cà chua (Lycopersicon peruvianum) là gen Mi-1.2, ở cây dưa (Cucumis melo) là gen Vat, điều khiển tính kháng đối với aphids (Macrosiphum euphorbiae và Aphis gossypii), kháng bọ phấn (whitefly: Bemisia tabaci), và rầy psyllid (Bactericerca cockerelli) (Vos và ctv, 1998; Nombela và ctv, 2003; Casteel và ctv, 2006; Dogimont và ctv, 2014) (Vos et al., 1998Nombela et al., 2003Casteel et al., 2006Dogimont et al., 2014). Protein CC-NB-LRR có vai trò nổi bật trong cây trồng, giúp cây kháng sâu hại.
 
 
   Đến nay có 33 gen kháng rầy nâu đã được phân lập từ loài lúa hoang dại và loài trồng trọt thuộc indica (Hu và ctv, 2018). Người ta cần phả du nhập nguồn gen kháng ấy vào giống lúa cao sản để thu được dòng lúa kháng rầy nâu theo ý muốn. Gen BPH14 và BPH15 là hai gen kháng rầy nâu có nguồn gốc từ lúa hoang Oryza officinalis. Gen BPH14 định vị trên nhiễm sắc thể 3 và BPH15 định vị trên nhiễm sắc thể 4 (Huang và ctv, 2016). BPH14 mã hóa protein NBS-LRR làm ra phức có tính chất “homo”(homo-complexes), tương tác với các protein TFs (transcription factors)để kích hoạt mạnh mẽ sự thể hiện của gen tự vệ và kích hoạt phản ứng miễn nhiễm (Du và ctv, 2009; Hu và ctv, 2017). Hung nghiên cứu gần đây cho thấy gen BPH15 gần như được phân lập gần gen BPH17,có thể là một chùm gen (genes cluster) mã hóa protein “lectin receptor kinases” (Liu và ctv, 2015; Xiao và ctv, 2016). Chồng các gen kháng có những chức năng khác nhau trong hệ gen cây lúa có khả năng tạo ra một giống lúa có tính kháng rầy nâu ổn định hơn. Nhiều nghiên cứu cho thấy các dòng gần như đẳng gen NILs (near-isogenic lines) có cả hai gen BPH14 và BPH15 tỏ ra kháng ổn định và mạnh hơn các dòng NILs chỉ có một gen (Li và ctv, 2011; Hu và ctv, 2012). Hiện nay, gen BPH14 và BPH15 đã và đang được khai thác bởi nhiều nhà chọn giống lúa của Trung Quốc (Wang và ctv, 2016).
 
   Lúa hoang và các loài có quan hệ di truyền gần với lúa trồng là nguồn vật liệu rất quan trọng được sử dụng để cải tiến tính kháng rầy nâu của giống lúa cao sản. Tuy nhiên, nhiều gen quan trọng quy định tính trạng nông học thường liên kết với dạng hình bất lợi (i.e. linkage drag: sự kiện liên kết không mong muốn) – mà nhà chọn giống phải loại ra hoặc phòng ngừa trước khi tiến hành chương trình lai và chọn lọc, ví dụ như du nhập gen có lợi từ lúa hoang vào lúa cao sản (Fabreag và ctv, 2014).
 
   Ví dụ, alen WXa tại locus WAXY định vị rất gần với gen BPH3, làm cho hàm lượng amylose rất cao (cứng cơm khi nấu) trong dòng lúa kháng rầy nâu (Jairin và ctv. 2009). Ví dụ khác, HD1, liên kết chặt với PI2 trong hầu hết các giống lúa, có thể làm trì hoãn ngày trổ bông (Zhou và ctv, 2018). QSF-6 và qNFGP-6 liên kết chặt với PI25, có thể làm giảm tỷ lệ bông thụ tinh và số hạt chắc trên bông (Liu và ctv, 2009). Mặt khác, các nhà chọn giống thường quan tâm đến biến thiên kiểu hình của các dòng NILs do những QTLs chưa biết rõ xét theo di truyền học.
 
   MABC (Marker-assisted backcrossing) là phương pháp chọn giống hữu hiệu bao gồm chọn lọc các loci mục tiêu, giảm tối đa chiều dài đoạn phân tử du nhập vào có chứa loci mong muốn, và phục hồi hệ gen của dòng mẹ tái tục (ecurrent parent genome) càng nhiều càng tốt nhờ hồi giao (Hasan và ctv, 2015). Chiến lược này đã và đang được áp dụng để cải tiến giống lúa kháng sâu bệnh hại (Chen và ctv, 2001; Suh và ctv, 2011; Ellur và ctv, 2016). Tuy nhiên trong nhiều thử nghiệm MABC, các chỉ thị phân tử được sử dụng để tìm kiếm tái tổ hợp còn khoảng cách rất xa với những alen đích, chọn lọc dựa trên nền tảng di truyền gắn với chỉ thị phân tử có mật độ thấp RFLP, AFLP, hoặc SSR, làm cho việc chọn lọc không chính xác một cách đầy đủ (MI và ctv, 2016).  Theo đó, biến thiên chủa những kiểu hình không mong muốn có thể bị giữa lại bên cạnh tính kháng rầy bởi hiệu ứng “linkage drag” và nền tảng di truyền chưa rõ của các dòng con lai.
 
   Đối với chương trình lai tạo giống hiện đại, điều quan trọng là phát triển dòng con lai bằng phương pháp chính xác và hiệu quả hơn đối với tính trạng mong muốn. Tiếp cận với phương pháp “sequencing” hệ gen cây lúa với chỉ thị phân tử có mật độ cao trên một vùng nào đó của hệ gen này (Zhao và ctv, 2015). Hiện nay, phương pháp có tính khả thi cao nhất “genome-wide screening” tại những loci mong muốn, và phương pháp tối đa hóa nền tảng di truyền của dòng lúa được chọn (Zhou và ctv, 2013). Bộ SNP arrays kết hợp với kỹ thuật NGS (next-generation sequencing) được xem như công cụ đáng giá nhất mang tính chất hiệu quả cao, đột phá, vì chọn lọc từ hệ gen. Đó là công cụ có thể giúp chúng ta cải tiến di truyền cây lúa có hiệu quả (Mi và ctv, 2016, 2018).
 
GS. BÙI CHÍ BỬU TÓM LƯỢC
 
 
Nguồn tham khảo (phần lớn có thể download tư liệu gốc trong NCBI).
 
Chen S. , C. Xu, X. Lin, Q. Zhang. 2001. Improving bacterial blight resistance of ‘6078′, an elite restorer line of hybrid rice, by molecular marker-assisted selection. Plant Breed., 120, pp. 133-137
Du B, W. Zhang, B. Liu, J. Hu, Z. Wei, Z. Shi, R. He, L. Zhu, R. Chen, B. Han, G. He. 2009. Identified and characterization of Bph14, a gene conferring resistance to brown planthopper in rice. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A., 106 : pp. 22163-22168
EllurRR, A. Khanna, A. Yadav, S. Pathania, H. Rajashekara, V.K. Singh, S.G. Krishnan, P.K. Bhowmick, M. Nagrajan, K.K. Vinod, G. Prakash, K.K. Mondal, N.K. Singh, K.V. Prabhu, A.K. Singh. 2016. Improvement of Basmati rice varieties for resistance to blast and bacterial blight diseases using marker assisted backcross breeding. Plant Sci., 242, pp. 330-341
Fabreag M.E. , D.M. Kim, J.K. Kang, S.J. Kwon, Y.T. Yun, S.N. Ahn. 2014. Linkage analysis of SPR3 locus and Pi45(t), and evaluation of yield-related traits using near isogenic lines from a cross between japonica rice. Plant Breed. Biotech., 2, pp. 117-125
Hasan, M.Y., Rafii, M.R. Ismail, M. Mahmood, H.A. Rahim, M.A. Alam, S. Ashkani, M.A. Malek, M.A. Latif. 2015. Marker-assisted backcrossing: a useful method for rice improvement Biotechnol. Biotechnol. Equip., 29, pp. 237-254
Hu  Y, Wu, D. Wu, W. Rao, J. Guo, Y. Ma, Z. Wang, X. Shangguan, H. Wang, C. Xu, J. Huang, S. Shi, R. Chen, B. Du, L. Zhu, G. He. 2017. The coiled-Coil and nucleotide binding domains of BROWN PLANTHOPPER RESISTANCE14 function in signaling and resistance against planthopper in rice. Plant Cell, 29 : pp. 3157-3185
Hu J, X. Chang, L. Zou, W. Tang, W. Wu.  2018. Identification and fine mapping of Bph33, a new brown planthopper resistance gene in rice (Oryza sativa L.). Rice, 11 : p. 55
Hu J, X. Li, C. Wu, C. Yang, H. Hua, G. Gao, J. Xiao, Y. He. 2012. Pyramiding and evaluation of the brown planthopper resistance genes Bph14 and Bph15 in hybrid rice. Mol. Breeding, 29, pp. 61-69
Jairin J., S. Teangdeerith, P. Leelagud. 2009. Development of rice introgression lines with brown planthopper resistance and KDML105 grain quality characteristics through marker-assisted selection. Field Crop Res., 110, pp. 263-271
Li J, Q. Chen, L. Wang, J. Liu, K. Shang, H. Hua. 2011. Biological effects of rice harbouring Bph14 and Bph15 on brown planthopper, Nilaparvata lugens. Pest. Manag. Sci., 67, pp. 528-534
Liu W.Q. , Y.Y. Fan, J. Chen, Y.F. Shi, J.L. Wu. 2009. Avoidance of linkage drag between blast resistance gene and the QTL conditioning spikelet fertility based on genotype selection against heading date in rice. Rice Sci., 16, pp. 21-26
LiuY , H. Wu, H. Chen, Y. Liu, J. He, H. Kang, Z. Sun, G. Pan, Q. Wang, J. Hu, F. Zhou, K. Zhou, X. Zheng, Y. Ren, L. Chen, Y. Wang, Z. Zhao, Q. Lin, F. Wu, X. Zhang, X. Guo, X. Cheng, L. Jiang, C. Wu, H. Wang, J. Wan. 2015. A gene cluster encoding lectin receptor kinases confers broad-spectrum and durable insect resistance in rice. Nat. Biotechnol., 33, pp. 301-305
Mi J, D. Yang, Y. Chen, J. Jiang, H. Mou, J. Huang, Y. Ouyang, T. Mou. 2018. Accelerated molecular breeding of a novel P/TGMS line with broad-spectrum resistance to rice blast and bacterial blight in two-line hybrid rice. Rice, 11, p. 11
Mi J., G. Li, J. Huang, H. Yu, F. Zhou, Q. Zhang, Y. Ouyang, T. Mou. 2016. Stacking S5-n and f5-n to overcome sterility in indica-japonica hybrid rice. Theor. Appl. Genet., 129, pp. 563-575
Suh J.P., S.J. Yang, J.U. Jeung, A. Pamplona, J.J. Kim, J.H. Lee, H.C. Hong, C.I. Yang, Y.G. Kim, K.K. Jena. 2011. Development of elite breeding lines conferring Bph18 gene-derived resistance to brown planthopper (BPH) by marker-assisted selection and genome-wide background analysis in japonica rice (Oryza sativa L.). Field Crop Res., 120, pp. 215-222
Wang H, S. Ye, T. Mou. 2016. Molecular breeding of rice restorer lines and hybrids for brown planthopper (BPH) resistance using the Bph14 and Bph15 genes. Rice, 9 : p. 53
Xiao C, J. Hu, Y.T. Ao, M.X. Cheng, G.J. Gao, Q.L. Zhang, G.C. He, Y.Q. He. 2016. Development and evaluation of near-isogenic lines for brown planthopper resistance in rice cv. 9311. Sci. Rep., 6 , p. 38159
Zhao H., W. Yao, Y. Ouyang, W. Yang, G. Wang, X. Lian, Y. Xing, L. Chen, W. Xie. 2015. RiceVarMap: a comprehensive database of rice genomic variations. Nucleic Acids Res., 43, pp. D1018-D1022
Zhou F, H. He, H. Chen, H. Yu, M. Lorieux, Y. He. 2013. Genomics-based breeding technology. Zhang Q, R.A. Wing (Eds.), Genetics and Genomics of Rice. Plant Genetics and Genomics: Crops and Models, Springer, New York, pp. 329-348
Zhou X., G. Jiang, L. Yang, L. Qiu, P. He, C. Nong, Y. Wang, Y. He, Y. Xing. 2018. Gene diagnosis and targeted breeding for blast-resistant Kongyu 131 without changing regional adaptability. J. Genet. Genomics, 45, pp. 539-547
 
 
 

 
Các bài viết khác
Video Clip
Hỗ Trợ
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:66
số người truy cậpHôm qua:249
số người truy cậpTuần này:396
số người truy cậpTháng này:6551
số người truy cậpTất cả:321856
số người truy cậpĐang trực tuyến:9