Phân tích hệ gen đỉnh rễ lúa về tính trạng thích ứng với stress do thiếu nước

 Phân tích hệ gen đỉnh rễ lúa về tính trạng thích ứng với stress do thiếu nước

Nguồn: Somayeh Abdirad, Mohammad Reza Ghaffari, Ahmad Majd, Saeed Irian, Armin Soleymaniniya, Parisa Daryani, Parisa Koobaz, Zahra-Sadat Shobbar, Laleh Karimi Farsad, Parisa Yazdanpanah, Amirhossein Sadri, Mehdi Mirzaei, Zahra Ghorbanzadeh, Mehrbano Kazemi, Naghmeh Hadidi, Paul A. Haynes and Ghasem Hosseini Salekdeh. 2022. Genome-Wide Expression Analysis of Root Tips in Contrasting Rice Genotypes Revealed Novel Candidate Genes for Water Stress Adaptation. Front. Plant Sci., 21 February 2022 | https://doi.org/10.3389/fpls.2022.792079

 

Kiến trúc hệ thống rễ RSA (root system architecture) là một tính trạng nông học quan trọng có vai trò sống còn của năng suất cây trồng trong điều kiện bị stress bởi nước. Hệ thống rễ ăn sâu và phân nhánh có thể giúp cây tránh được stress nước bằng cách cho phép chúng hút nhiều nước hơn và tiếp cận nguồn dinh dưỡng nhiều hơn. Tuy nhiên, kiến thức của chúng ta về di truyền và những cơ chế kiểm soát ở mức độ phân tử vẫn còn rất ít đối với RSA. Theo nghiên cứu này, người ta tiến hành phân tích khả năng đáp ứng của transcriptome ở đỉnh rễ lúa (root tips) đôi với stress nước của hai giống lúa thí nghiệm: IR64, giống lúa nước cao sản, đại diện cho giống lúa nhiễm khô hạn, rễ cạn; giống lúa Azucena, giống cổ truyền, lúa cạn, chống chịu khô hạn, hệ thống rễ sâu. Người ta thu thập các mẫu từ 3 vị trí (zones: Z) của root tip: Hai vị trí consecutive 5 mm sections (Z1 và Z2), một vị trí following next 10 mm section (Z3), mang sinh mô đỉnh (meristematic) và vùng trưởng thành (maturation regions). Kết quả cho thấy rằng:  Z1 của Azucena chứa rất nhiều gen bao gồm sự kiện phân bào và chu kỳ sống của tế bào, và tính trạng tăng trưởng & phát triển rễ root; trong khi đó rễ của g giống lúa nếu gặp trường hợp thiếu nước, đặc biệt là giống Azucena. Kết quả gợi ra rằng bằng cách tăng cường tế bào sinh mô đỉnh, thành tế bào dầy lên, phục vụ cách ly tốt hơn, như là cách đối diện với stress, giống nhiễm khô hạn IR64 có thể giảm khả năng mọc dài của rễ để hút nước ở tầng sâu hơn dưới đất. Hơn nữa, nhiều thành viên của họ gen NAC, AP2/ERF, AUX/IAA, EXPANSIN, WRKY, và MYB xuất hiện như những players chủ lực trong kiến trúc rễ RSA và thích nghi với khô hạn. Ngươi ta còn tìm thấy họ gen HSP và HSF tham gia vào ức chế oxidative stress ở đỉnh rễ lúa IR64. Phân tích QTL (meta-quantitative trait loci) cho thấy 288 gen biểu hiện hết sức khác biệt nhau đồng vị trí với những RSA QTLs đã được công bố trước đây trong nghiệm thức xử lý khô hạn và nghiệm thức đối chứng. Kết quả này cho phép nghiên cứu sâu hơn vai trò có thể có của thích ứng với khô hạn. Nhìn chung, kết quả phân tích chỉ ra được những khác biệt ở mức độ phân tử giữa giống lúa Azucena và IR64, giải thích phần nào về phản ứng khác nhau về tăng trưởng rễ đối với stress nước. Dường như giống Azucena tránh né được water stress thông qua việc tăng cường tăng trưởng và khai thác rễ tiếp cận với nước, trong khi đó IR64 chủ yếu năm yên ở trạng thái cách lý (cell insulation) để duy trì được nước và hệ thống antioxidant nhằm chống chịu lại stress. Người ta xác định được một số lớn các kiểu kiến trúc rễ mới (novel RSA) và các gen ứng cử viên liên quan đến chịu khô hạn.

 

See https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fpls.2022.792079/full