Giống lúa Nhật cao sản và đột biến chèn đoạn làm suy giảm tính kháng nấm gây bệnh đạo ôn Pyricularia oryzae

 Giống lúa Nhật cao sản mới  mang đột biến chèn đoạn có tính chất “nonautonomous retrotransposon” tại locus “pathogenesis-related 1b protein” làm suy giảm tính kháng nấm gây bệnh đạo ôn Pyricularia oryzae

Nguồn: Taketo Ishihara, Kotaro Abe, Miyako Kato & Tsuyoshi Inukai. 2025. Modern Japanese rice cultivars often carry a nonautonomous retrotransposon-insertion mutation at the pathogenesis-related 1b protein gene locus causing reduced resistance to Pyricularia oryzae. Theoretical and Applied Genetics; December 28 2025; vol. 139; article 21

Tại Nhật, các giống lúa có phẩm chất gạo ngon như Koshihikari thường nhiễm nặng bệnh đạo ôn do nấm Pyricularia oryzae, một bệnh hại trầm trọng bậc nhất cho canh tác lúa; tuy nhiên, người ta biết khá ít về những yếu tố di truyền dẫn dắt đến kết quả nhiễm bệnh đạo ôn này. Các tác giả  xem xét sau khi chủng bệnh vào cây lúa với nguồn nấm P. oryzae, biểu hiện của gen PR1b (pathogenesis-related protein 1b) không được tìm thấy ở trong giống lúa Koshihikari thông qua phương pháp RT-qPCR, nhưng người ta thấy được ở cây lúa Nipponbare, giống kháng đạo ôn trung bình. Kết quả bất ngờ này là do đột biến chèn đoạn có tính chất “nonautonomous retrotransposon” Dasheng tại vùng mang mật mã di truyền của gen PR1b của giống lúa Koshihikari. Tác giả cho thấy tính kháng đạo ôn cao hơn trong cây lúa transgenic từ giống Koshihikari; biểu hiện mạnh mẽ gen PR1b, như vậy, đột biến gen PR1b chính là một trong các nguyên nhân làm nó nhiễm nặng đạo ôn. Người ta kiểm tra lại đột biến gen PR1b trong tốp 10 giống lúa cao sản được trồng phổ biến ở Nhật và giống lúa chủ lực trong sản xuất lúa ở tỉnh Hokkaido, có ít nhất 8 giống lúa này và tất cả các giống lúa chủ lực của Hokkaido đểu biểu hiện đột biến nói trên. Do đó, đột biến mất đoạn của gen PR1b dường như được xác định gần như toàn bộ quần thể lúa trên đồng ruộng Nhật Bản. Hơn nữa, kết quả điều tra chuỗi trình tự DNA trong hệ gen cây lúa của 36 giống lấy trong cơ sở dữ liệu chung đều chi thấy Dasheng được chèn vào gen PR1b trong 2 giống lúa Nhật và một giống lúa loại hình indica, tất cả được lai tạo từ Trung Quốc, tại một địa điểm giống hệt như địa điểm của Koshihikari. 

Xem: https://link.springer.com/article/10.1007/s00122-025-05132-2

Gen quy định tính trạng bông lớn ELP1 của lúa hoang Oryza officinalis làm gia tăng số hạt và năng suất hạt lúa

 Gen quy định tính trạng bông lớn ELP1 của lúa hoang Oryza officinalis làm gia tăng số hạt và năng suất hạt lúa

Nguồn: Jiachen Ma, Mei Li, Yanan Lin, Jinjin Lian, Yizhengnan Zhu, Jing Yang, Wenfan Hu, Luyi Zhang, Shuting Li & Weilin Zhang. 2025. An extra-large panicle gene ELP1 from wild rice Oryza officinalis increases grain number and grain yield. Theoretical and Applied Genetics; December 20 2025; vol. 139; article 11

Gen gắn với năng suất mong muốn có thuật ngữ là extra-large panicle 1 (ELP1), gen này giúp làm tăng năng suất hạt trên cây khoảng 30%, gen này được dòng hóa từ loài lúa hoang Oryza officinalis thông qua kỹ thuật “map-based cloning”. Số hạt trên bông (GNP) là tính trạng cần thiết quy định năng suất lúa. Lúa hoang Oryza officinalis, một mẫu quần thể được chọn có kiểu bông lớn khác thường (extra-large panicle: ELP), sản sinh ra nhiều hạt (700 ± 100 hạt) trên nhánh gié chính. Tuy nhiên, do tính trạng hoang dại như loài cỏ, người ta đối diện với tính chất không tiếp hợp (incompatibility barrier) và liên kết bất lợi (linkage drag), tính trạng năng suất mong muốn ELP của O. officinalis chưa được khai thác thành công. Các tác giả công trình này đã thực hiện lai giữa loài, khoảng cách genome xa giữa dòng lúa 93-11 và mẫu giống O. officinalis. Một cá thể có 700 hạt trên bông cái được thu thập trong quần thể con lai hồi giao BC₄F₄. Kết quả phân tích di truyền cho thấy tính trạng ELP là tính trạng di truyền số lượng. Sử dụng kỹ thuật “coupling bulked segregant analysis” kết hợp với chạy “re-sequencing” toàn hệ gen và phân tích di truyền kiểu “association”, người ta thấy có 3 QTLs điều khiển tính trạng ELP này, kết quả phân tích bản đồ di truyền QTL trên nhiễm sắc thể 4 người ta xác định được một QTL chỉ lực (ký hiệu ELP1); sau đó người ta thực hiện “fine-map” tại vùng đích có độ lớn 44-kb. Gen ELP1 mã hóa một protein giả định, đó là F-box domain-containing protein (OsFBX148) với một chức năng được biết rất ít trước đây, trải quá quá tri2ng “splicing” tuần tự. Kết quả có hai isoforms, ELP1L (dài) và ELP1S (ngắn), điều tiết số hạt trên bông trái ngược nhau. Sự biểu hiện mạnh mẽ isoform ngắn ELP1S làm tăng số nhánh thân và số hạt trên bông (GNP) khoảng 37.5% và 37.6%, theo thứ tự, hệ quả là năng suất hạt tăng khoảng 30%. Phân tích haplotype cho thấy alen ELP1 ^{O. officinalis} là một haplotype có giá trị và mới. Kết quả này không chỉ cung cấp một câu chuyện thành công trong xác định gen quy định năng suất từ loài lúa hoang O. officinalis mà còn khám phá một cơ chế điều tiết mới bởi “alternative splicing” điều tiết tính trạng số hạt trên bông (GNP).

Xem: https://link.springer.com/article/10.1007/s00122-025-05115-3

Đánh giá đặc điểm nông sinh học của các dòng/giống lúa màu

Đánh giá đặc điểm nông sinh học của các dòng/giống lúa màu

Nguyễn Thị Thanh Huyền^1*, Dương Thị Lan Oanh¹, Đào Minh Sô¹,Trần Anh Vũ¹, Vũ Văn Quý¹, Võ Minh Thư¹, Bùi Xuân Mạnh¹

DOWNLOAD

TÓM TẮT

Trước xu hướng gia tăng nhu cầu sử dụng thực phẩm chức năng, gạo màu đang trở thành nguồn vật liệu tiềm năng trong công tác chọn tạo giống lúa. Nghiên cứu này được thực hiện nhằm đánh giá đặc điểm nông sinh học và khả năng chống chịu ba loại bệnh chính (rầy nâu, đạo ôn và bạc lá) của 30 dòng/giống lúa màu, bao gồm các giống địa phương và giống cải tiến, từ đó làm cơ sở lựa chọn nguồn vật liệu phục vụ lai tạo giống lúa màu chất lượng cao. Kết quả cho thấy các giống cải tiến có thời gian sinh trưởng ngắn (88 - 112 ngày), cây cứng, khả năng kháng bệnh từ trung bình đến khá, năng suất đạt 5 - 6 tấn/ha, một số giống điển hình như SR21, SR22 và Kalamalak thể hiện khả năng kháng bệnh tốt. Trong khi đó, các giống địa phương có thời gian sinh trưởng dài (125 - 153 ngày), cây cao, dễ đổ ngã và năng suất thấp (3,07 - 4,8 tấn/ha), nhưng lại đa dạng về màu sắc hạt gạo (đỏ, đen, tím đen), là nguồn vật liệu quý cho chọn tạo giống lúa màu chất lượng cao.

Từ khóa: Lúa màu địa phương, lúa màu cải tiến, đặc điểm nông sinh học

Điều tiết hàm lượng protein trong hạt thóc nhờ gen OsAAP4 mã hóa amino acid permease của hệ gen cây lúa

 Điều tiết hàm lượng protein trong hạt thóc nhờ gen  OsAAP4 mã hóa amino acid permease của hệ gen cây lúa

Nguồn: Ming-Xin Li, Feng-Lin Huang, Jin-Hong Lin, Jia-Yi Qu, Guo-Feng Wan, Gen-Cai Song, Jing Zhao, Yan Peng, Zhen-Ning Teng, Ling Liu, Cheng Zheng, Hou-Xiong Wu, Ding-Yang Yuan, Mei-Juan Duan, Neng-Hui Ye & Shuan Meng. 2026. Regulation of grain protein content by the amino acid permease gene OsAAP4 in rice. Theoretical and Applied Genetics; January 28 2026; vol. 139; article 50

Protein của hạt gạo là tính trạng cực kỳ quan trọng cho giá trị phẩm chất gạo và phẩm chất dinh dưỡng, nhưng cơ chế vận chuyển nitrogen vô hạt gạo như thế nào vẫn chưa rõ. Nghiên cứu này nhằm mục đích chứng minh amino acid transporter OsAAP4 điều tiết sự tích tụ protein trong hạt gạo. OsAAP4 được biểu hiện trong giai đoạn đầy hạt (grain filling), tăng lên ở giai đoạn “mid-filling”. Phân tích đột biến lặn aap4 trong giống lúa Zhonghua11 và Nipponbare cho thấy năng suất hạt giảm đáng kể và hàm lượng protein của hạt gạo đã đánh bóng so với dòng nguyên thủy (wild-type). Hơn nữa, hạt của lúa đột biến có hàm lượng nitrogen thấp hơn đáng kể ở cả giai đoạn “filling” và giai đọan chín hạt. Phân tích hàm lượng amino acid cho thấy hầu hế amino acids trong hạt lúa đột biến aap4 đều thấp hơn đáng kể so với wild type. Phân tích hàm lượng nitrogen cho thấy đột biến aap4 có tác động rất nhỏ về hàm lượng nitrogen thực vật, như vậy, hàm lượng protein hạt giảm  của lúa đột biến aap4 do nó mất chức năng trong hạt thóc. Thí nghiệm theo phương pháp  “yeast heterologous complementation” cho thấy gen OsAAP4 có thể làm trung gian cho vận chuyển xuyên màngcủa những amino acids. Nghiên cứu sâu cho kết quả OsAAP4 có thể mã hóamột protein ở màng plasma  và biểu hiện ở bó mạch trong giai đoạn đầy hạt. Chú ý, sự biểu hiện mạnh mẽ gen OsAAP4 đồng thời tăng năng suất và tăng hàm lượng protein. Kết quả phân tích transcriptomic cho thấy OsAAP4 có thể ảnh hưởng đến tín hiệu hormone thực vật, sự hình thành protein tại ER, và nhiều tiến trình khác nhau của biến dưỡng amino acid trong hạt. Kết quả cho thấy OsAAP4 có thể có vai trò rất quan trọng trong chyển vị các amino acids vào hạt thóc, do đó, điều tiết được hàm lượng protein gạo.

Xem: https://link.springer.com/article/10.1007/s00122-026-05158-0

Hình: phân tích promoter-GUS và biểu hiện gen OsAAP4.

Tăng cường khả năng dự báo di truyền tính kháng bệnh đạo ôn nhờ chỉ thị phân tử dẫn xuất từ GWAS của hai quần thể cây lúa (Oryza sativa L.)

 Tăng cường khả năng dự báo di truyền tính kháng bệnh đạo ôn nhờ chỉ thị phân tử dẫn xuất từ GWAS của hai quần thể cây lúa (Oryza sativa L.)

Nguồn: Félicien Akohoue, Cristian Camilo Herrera, Silvio James Carabali Balanta, Juanita Torres, Constanza Quintero, Gloria Mosquera & Maria Fernanda Alvarez. 2026. Enhancing genomic prediction ability of blast resistance using genome-wide association study-derived marker weights in two rice (Oryza sativa L.) populations. TAG; January 30 2026; vol. 139; article 52

Tính kháng bệnh đạo ôn lá và đạo ôn cổ bông có mối tương quan ở mức độ trung bình và được kiểm soát bởi nhiều gen, bao gồm gen Pi2/Pi9 và Pi33. Người ta áp dụng chỉ thị phân tử dựa theo kết quả GWAS đã làm tăng khả năng dự đoán di truyền GBLUP đến 37% thông qua hai tập đoàn giống lúa.

Cải tiến giống lúa cao sản kháng bệnh đạo ôn luôn luôn là mục tiêu ưu tiên (Oryza sativa L.), tuy nhiên sự phức tạp về di truyền của tính kháng đạo ôn là (BL) và đạo ôn cổ bông (PB) tiếp tục vẫn là thách thức về độ chính xác dự đoán di truyền trong sàng lọc di truyền (GS: genomic selection). Tiếp cận phương pháp GS truyền thống, ví dụ, GBLUP (genomic best linear unbiased prediction), giả định sự đóng góp bằng nhau của tất cả markers, có khả năng hạn chế sự xác định những loci kháng bệnh quan trọng. Những tiến bộ gần đây tích hợp GWAS (genome-wide association studies) với GS tạo ra nhiều cơ hội mới để tạo nên những markers dựa trên cơ sở liên quan sinh học của chúng. Trong nghiên cứu, tác giả đã phân tích kiến trúc di truyền của tính kháng đạo ôn lá và đạo ôn cổ bông trong hai tập đoàn giống lúa khác nhau và đánh giá được hiệu suất của 3 mô hình “weighted GBLUP”, chúng kết hợp thông tin marker theo GWAS. Chiến lược có tên “marker weighting” bao gồm thuật ngữ: FST-based weighting (FST-w), squared additive effects (AE-w), và − log10(p)-based weighting (− log10(p)-w). Tác giả xác định những MTAs (marker-trait associations) có ý nghĩa thống kê, bao gồm các loci chủ chốt gần chùm gen Pi2/Pi9 và vùng định vị của gen Pi33 trên nhiễm sắc thể 6 và 8. Tương quan di truyền (0.43–0.44) giữa mức độ nghiêm trọng của BL và PB phần nào được chia sẻ bởi “genetic control”. Qua tính trạng và quần thể, các mô phỏng AE-w và − log10(p)-w đã cải tiến được khả năng dự báo khoảng 4–37% (0.03–0.23) và đã làm giảm được sai số căn bậc hai trung bình khoảng 3.8−35.3% tương ứng với “unweighted GBLUP”. Kế quả chứng minh được giá trị của sự tích hợp GWAS với GS (GS + GWAS) và nhấn mạnh “marker” như một chiến lược thực tế để tăng cường sự chính xác trong dự đoán di truyền đối với tính trạng phức tạp như tính kháng đạo ôn, cuối cùng thúc đẩy hiệu quả chọn lọc trong chương trình cải tiến giống lúa.

Xem: https://link.springer.com/article/10.1007/s00122-026-05159-z

Manhattan plots cho thấy tính chất “marker-trait associations” (MTA) đối với bệnh đạo ôn lá (BL) và đạo ôn cổ bông (PB). (a) = SSD quần thế giống lúa nhiệt đới; (b) = quần thể giống lúa 3K. Đường thẳng màu đỏ biểu thị mức giới hạn Bonferroni, như markers

Protein kinase Pi65 điều tiết tính kháng bệnh đạo ôn thông qua tín hiệu phụ thuộc vào phosphoryl hóa và tái lập trình biến dưỡng của cây lúa.

Protein kinase Pi65 điều tiết tính kháng bệnh đạo ôn thông qua tín hiệu phụ thuộc vào phosphoryl hóa và tái lập trình biến dưỡng của cây lúa.

Nguồn:Lili Wang, Hongwei Chen, Xiaohang Zhou, Bowen Yan, Zhiqiang Tang, Zuobin Ma, Dianrong Ma, Wenjing Zheng. 2026. Protein kinase Pi65 regulates rice blast resistance through phosphorylation-dependent signaling and metabolic reprogramming. Front Genet.; 2026 Jan 5: 16:1715247. doi: 10.3389/fgene.2025.1715247.

Bệnh đạo ôn lúa do nấm Magnaporthe oryzae đe dọa đến an ninh lương thực toàn cầu. Do đó, dòng hóa được gen kháng, thực nghiên nhiều nghiên cứu sâu về tương tác giữa ký chủ và ký sinh, làm rõ được các chu trình kháng bệnh này, và phát triển được nguồn vật liệu bố mẹ mới rất cần cho đảm bảo an ninh lương thực. Nghiên cứu này phản ánh được gen kháng đạo ôn mã hóa protein kinase Pi65 như mục tiêu nghiên cứu và làm sao khai thác được vai trò điều tiết của nó trong phản ứng miễn dịch của cây lúa thông quan cái gọi là protein phosphorylation omics và xác minh tương tác protein. Kết quả thi nghiệm chứng minh rằng Pi65 mã hóa protein có đặc điểm hoạt tính của “autophosphorylation kinase” (kinase tự phosphoryl hóa). Trên cơ sở phân tích phosphoproteomic, có 572 và 107 DPPs (differentially regulated phosphoproteins) được xác định trong dòng lúa đột biến Pi65-knockout (KO) và dòng lúa biểu hiện gen kháng cao “Pi65-overexpression” (OE), theo thứ tự, so với cây lúa nguyên thủy (WT). Những DPPs này biểu thị các thay đổi rất đáng kể trong truyền tín hiệu, các tiến trình biến dưỡng, và xác định vị trí trong tế bào, kết quả chỉ ra rằng: biểu hiện thay đổi của Pi65 có ảnh hưởng đến kết quả bảo hòa phosphoryl hóa ở lá lúa. Phân tích tính phong phú của KEGG và GO cho thấy DPPs của dòng lúa KO chủ yếu gắn với các tến trình si nh học ví dụ chu chuyển nitrogen và có tính chất “non-homologous end joining” (NHEJ), trong khi, DPPs của dòng lúa OE nhiều vô số kể trong các chu trình liên quan đến chu trình Calvin, glycolysis, và kết gắn với RNA. Do đó, Pi65 có thề tham gia vào điều tiết biến dưỡng của tế bào bởi mô đun kiểu hệ thống phosphoryl hóa của nhân và tiến trình cải biên hậu phiên mã. Thí nghiệm minh chứng tương tác giữa protein khẳng định được Pi65 tương tác trực tiếp với protein điều tiết “redox” OsAPX4 và phân tử phosphate transporter OsPHF1, liên kết Pi65 có chức năng với hiện tượng sinh lý “redox homeostasis” (bảo hòa redox) và tín hiệu phosphorus. Kết quả cho thấy Pi65 hoạt động như một “hub” chính thức mà nó tích hợp được các tín hiệu stress sinh học, phi sinh học để làm nên mô đun kháng bệnh đạo ôn thông qua dòng chảy tín hiệu phosphoryl hóa. Đây là luận điểm khoa học mới đề cập đến vai trò của kinases thực vật trong phản ứng “multi-stress” và thu thập được nhiều mục tiêu ứng cử trọng yếu phục vụ cải tiến di truyền tính kháng stress của cây.

Xem: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41555928/

Hình: Điều hòa có tính chất đặc hiệu của những proteins phosphoryl hóa và vị trí phosphoryl hóa trên lá lúa. (A) Số protein được điều tiết kiểu up và down, số vị trí phosphorylation trong lá lúa giữa KO và WT. (B) Volcano plot của phosphosite thay đổi giữa KO và WT. (C) Số protein phosphoryl hóa được điều tiết tiết kiểu up và down, số vị trí phosphorylation trong lá lúa giữa KO và WT. (D) Volcano plot of phosphosite thay đổi giữa KO và WT. WT, wild-type; KO, knockout line; OE, over expression line.