GWAS xác định gen kháng đạo ôn trong điều kiện bón phân N cao

GWAS xác định gen kháng đạo ôn trong điều kiện bón phân N cao

Nguồn: Mathias Frontini, Arnaud Boisnard, Julien Frouin, Malika Ouikene, Jean Benoit Morel, Elsa Ballini. 2021. Genome-wide association of rice response to blast fungus identifies loci for robust resistance under high nitrogen.  BMC Plant Biol. 2021 Feb 18;21(1): 99.  doi: 10.1186/s12870-021-02864-3.

 

Phân nitrogen là điều kiện để bệnh đạo ôn gia tăng, hiện tượng này được thể hiện bằng thuật ngữ NIS (Nitrogen-Induced Susceptibility). Trong cây lúa, hiện tượng này được quan sát trong tiến trình xâm nhiễm của nấm Magnaporthe oryzae. Kết quả trước đây, người ta ghi nhận locus có tên là NIS1 làm tăng cường tính nhiễm bệnh đạo ôn lúa khi bón phân N cao. Về di truyền học, sự linh hoạt của kết quả nhiễm bệnh với sự bón phân được minh chứng bằng cách phân tích gen NIS trong điều kiện nhà kính, quần thể vật liệu bao gồm 139 giống lúa japonica ôn đới. GWAS (genome-wide association analysis) được tiến hành để xác định các loci có tiềm năng mang gen NIS thông qua so sánh loci nhiễm trong điều kiện bón N cao và bón N thấp, một phương pháp cho phép xác định loci thông qua nhiều nghiệm thức bón N khác nhau. Người ta sử dụng chỉ số NIS Index để xác định loci góp phần vào kết quả linh hoạt (co dãn: plasticity) về mức độ nhiễm bệnh trong những nghiệm thức bón N khác nhau.

 

Ảnh hưởng NIS toàn cầu được quan sát trên quần thể nói trên, với mật số vế bệnh tăng trung bình 8%, trong điều kiện phân N cao. Ba QTL mới, khác hơn NIS1, đã được phân lập. Một alen hiếm tại locus RRobN1 trên nhiễm sắc thể 6 có tính kháng mạnh mẽ trong cả hai nghiệm thức bón N cao và thấp. Một alen thường xuyên xuất hiện của locus NIS2 định vị trên nhiễm sắc thể 5, điều khiển sự nhiễm bệnh đạo ôn trong điều kiện bón N cao. Cuối cùng, một aln của NIS3, trên nhiễm sắc thể 10, có ảnh hưởng đệm trong gia tăng mức độ nhiễm bệnh theo liều lượng bón N nhưng tăng mức độ nhiễm. Alen này hầu như được cố định trong giống lúa japonica ôn đới, là kết quả của sự kiện genetic hitchhiking với một locus điều khiển tính trạng thích ứng với stress lạnh.

 

Xem: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/33602120/

 

Hình: Giản đồ Manhattan về NIS Index.

GWAS kết quả số vế bệnh tính theo diện tích lá lúa ở nghiệm thức N0 (a), nghiệm thức N1 (b) và Nitrogen Induced Sensitivity Index (c).

Trục Y biểu trưng cho -log10(p value)

Trục X-axis biểu trưng cho vị trí SNP trên nhiễm sắc thể, tham chiếu hệ gen Nipponbare. Mẫu phân lập nấm đạo ôn CD203 được chủng. Màu xanh green là SNPs có ý nghĩa ở -log10(P) ≥ 5.