Hình dạng chồi mầm quyết định quá trình chuyển đổi “chồi thân-căn hành”của loài lúa hoang đa niên châu Phi Oryza longistaminata

Hình dạng chồi mầm quyết định quá trình chuyển đổi “chồi thân-căn hành”của loài lúa hoang đa niên châu Phi Oryza longistaminata

Nguồn: Kai Wang, Yufei Lu, Suwen Jing, Ru Yang, Xianjie Xu, Yourong Fan & Jiangyi Yang. 2024. Bud shapes dictate tiller–rhizome transition in African perennial rice (Oryza longistaminata). Theoretical and Applied Genetics; August 2024; vol. 137; article 194

 

Việc hình thành “rhizome” (rễ ngầm, căn hành) của loài lúa hoang Oryza longistaminata tùy thuộc vào “bud shape” (hình dạng chồi mầm). Các loci qBS3.1, qBS3.2 và qBS3.3 điều khiển sự hình thành rhizome có chức năng khá phong phú trong nền di truyền của Oryza longistaminata .

 

Căn hành (rhizome), thân ngầm mọc dưới đất như rễ, là cơ quan rất quan trọng đối với cỏ Hòa thảo để thực hiện đặc điểm tăng trưởng kiểu đa niên. Loài lúa hoang Oryza longistaminata, là loài hoang dại có tính chất “rhizomatous” (tạo ra căn hành) thuộc chi Oryza, có cùng hệ gen AA với loài lúa trồng AA. Đây là loài lúa hoang có nguồn di truyền quan trọng để phát triển cây lúa đa niên. Kết quả nghiên cứu cho thấy: sự hình thành rhizome của loài lúa O. longistaminata tùy thuộc vào dạng hình của chồi mầm (bud shape). Đó là kiểu hình “dome- like axillary bud” (dome bud) thường mọc xuyên qua bẹ lá, rồi phát triển thành rhizome (phân nhánh kiểu extravaginal), nhưng flat axillary bud (chồi nách phẳng: flat bud) được bao lại bởi bẹ lá lúa chỉ phát triển thành chồi thân (phân nhánh kiểu intravaginal). Những loci di truyền (QTL) điểu khiển tính trạng “bud shape” (BS) được lập bản đồ thông qua đánh giá kiểu gen quần thể con lai (F2) từ cặp lai O. longistaminata với giống lúa Balilla (Oryza sativa); rồi thực hiện phương pháp “selective genotyping mapping” trên quần thể con lai BC1F2 của hồi giao F1 với Balilla. Có tất cả 12 loci được xác định, bao gồm bốn QTL có ảnh hưởng chính: qBS2, qBS3.1, qBS3.2 và qBS3.3, hệ thống di truyền của 12 loci này được lập nên để nghiên cứu. Kiểu hình “dome bud” mất khả năng phát triển ra “rhizome” với sự gia tăng trong các thế hệ hồi giao theo nền tảng di truyền của giống Balilla. Xem xét sự mất nhanh “rhizome” trong nền tảng di truyền của Balilla, người ta làm ra quần thể gần như đẳng gen (NILs: near-isogenic lines) trên nền tảng di truyền của O. longistaminata, để xác định ảnh hưởng của những loci chủ yếu. Theo quần thể con lai BC3F2, BC4F2 và BC5F2 của nền tảng di truyền O. longistaminata, có nhiều gen chức năng được tìm thấy xung quanh qBS3.1, qBS3.2 và qBS3.3. Kết quả này cung cấp cách nhìn mới để phân tích cơ sở di truyền của đặc điểm cây đa niên (perenniality) và đặt nền móng cho thực hiện “fine mapping” cũng như minh chứng các gen có liên quan.

 

Xem https://link.springer.com/article/10.1007/s00122-024-04699-6

Cải tiến giống lúa kháng thuốc cỏ qua tiến hóa nhân tạo

 Cải tiến giống lúa kháng thuốc cỏ qua tiến hóa nhân tạo

Nguồn: Jin Dong, Xin-He Yu, Jiangqing Dong, Gao-Hua Wang, Xin-Long Wang, Da-Wei Wang, Yao Chao Yan, Han Xiao, Bao Qin Ye, Hong Yan Lin, and Guang Fu Yang. 2024. An artificially evolved gene for herbicide-resistant rice breeding. PNAS August 12, 2024; 121 (34) e2407285121

 

Sự khám phá và kỹ thuật di truyền gen kháng thuốc cỏ biểu trưng cho ranh giới cực trọng của chọn giống hiện đại. Người ta tập trung vào làm sáng tỏ các cơ chế phức tạp, đặc biệt là trong họ protein rất thịnh hành là 4-hydroxyphenylpyruvate dioxygenase Inhibitor Sensitive 1-Like (HSL). Kiến trúcprotein của HSLs vô cùng phức tạp với nhiều thuốc cỏ khác nhau không những chỉ tìm thấy cách thức gắn kết ban đầu của cơ chất trong HSLs, mà còn giải thích được tính chọn lọc Biểu thị bản chất xúc tác của một vào thành viện của họ HSL. Từ những cấu trúc protein, người ta xác định được bốn residues rất cực trọng phục vụ hoạt động xúc tác. Khai thác phương pháp tiến hóa nhân tạo, những residues này được đột biến tạo ra kết quả làm tăng đáng kể tính kháng với thuốc cỏ gốc β-triketone của cây lúa. Kết quả này không những làm sáng tỏ cơ chế xúc tác của HSLs kháng lại thuốc cỏ, mà còn cung cấp một con đường đầy hứa hẹn cho phát triển giống cầy trồng kháng thuốc cỏ.

 

Khám phá và thao tác kỹ thuật di truyền gen kháng thuốc cỏ là một thách thức cực kỳ trong cải tiến giống cây trồng. Nghiên cứu đã tập trung vào protein  4-hydroxyphenylpyruvate dioxygenase Inhibitor Sensitive 1-Like (HSL), phổ biến ở thực vật bậc cao và biểu hiện hoạt tính xúc tác yếu đối với nhiều thuốc cỏ gốc β-triketone (β-THs). Cấu trúc tinh thể của protein HSL1A trong cây bắp rất phức tạp với β-THs đã được minh chứng rồi, xác định được 4 residues gắn kết với thốc cỏ và giải thích được hoạt tính yếu của HSL1A khi phản ứng với thuốc cỏ. Sử dụng phương pháp tiến hóa nhân tạo, người ta đã phát triển một loạt các dòng lúa đột biến HSL1 nhằm vào 4 residues này. Sau đó, các dòng đột biến ấy được đánh giá có hệ thống, xác định được những biến thể M10 có hiệu quả nhất trong cải biên β-THs. Cấu hình hoạt động ban đầu của cơ chất gắn với HSL1 cũng được tìm thấy trong những dòng đột biến này. Hơn nữa, sự biểu hiện mạnh mẽ của dòng lúa M10 làm tăng lên tính kháng có ý nghĩa  đối với β-THs, dẫn đến kết quả gia tăng gấp 32 lần (folds) làm tăng tính kháng với methyl-benquitrione. Kết luận, gen tiến hóa nhân tạo M10 có tiềm năng lớn để phát triển giống lúa kháng thuốc cỏ.

 

Xem https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2407285121

Tìm kiếm nguồn QTL điều khiển tính chống chịu lân thấp của cây bắp thông qua “deep resequencing” các dòng con lai RIL và phân tích in silico GWAS

Tìm kiếm nguồn QTL điều khiển tính chống chịu lân thấp của cây bắp thông qua “deep resequencing” các dòng con lai RIL và phân tích in silico GWAS

Nguồn: Bowen Luo, Peng Ma, Chong Zhang, Xiao Zhang, Jing Li, Junchi Ma, Zheng Han, Shuhao Zhang, Ting Yu, Guidi Zhang, Hongkai Zhang, Haiying Zhang, Binyang Li, Jia Guo, Ping Ge, Yuzhou Lan, Dan Liu, Ling Wu, Duojiang Gao, Shiqiang Gao, Shunzong Su & Shibin Gao. 2024. Mining for QTL controlling maize low-phosphorus response genes combined with deep resequencing of RIL parental genomes and in silico GWAS analysis. Theoretical and Applied Genetics; August 2024; vol.137; article 190    

Cơ sở dữ liệu kiểu hình đầy đủ và phát triển lấy từ quần thể con lai cận giao tái tổ hợp (RIL) của cây bắp trong nghiệm thức xử lý thiếu P và P bình thường được tiến hành nhằm nghiên cứu bản đồ di truyền QTL. Bên cạnh đó, người ta tích hợp dữ liệu “resequencing” của bố mẹ làm ra quần thể RIL ấy. Kết quả GWAS và dữ liệu phiên mã (transcriptome data) nhằm xác định các gen ứng cử viên cũng được ghi nhận trong nghiệm thức “low-Pi stress” của bắp.

 

Phosphorus (Pi) là một trong đại dưỡng chất tác động chính đến năng suất bắp. Tuy nhiên, gen  cơ bản trong QTL điều khiển phản ứng của cây bắp với “low-Pi” vẫn còn chưa được biết đầy đủ. Theo kết quả nghiên cứu này, kiểu hình của 38 tính trạng ở giai đoạn cây non và cây trưởng thành được người ta đánh giá trong nghiệm thức “low-Pi” và nghiệm thức “normal-Pi” từ quần thể con lai RIL dẫn xuất từ tổ hợp lai X178 (chống chịu thiếu P) và 9782 (nhiễm thiếu P). Hầu hết tính trạng biến thiên có ý nghĩa giữa 2 nghiệm thức low-Pi và normal-Pi. Hai mươi chín QTLs được phân  lập trong điều kiện low-Pi sau khi người ta loại trừ bớt trong quãng phân tử chứa gen đích  dưới 2 nghiệm thức low-Pi và normal-Pi. Hơn nữa, 45 QTLs bổ sung được phân lập thành công trên cơ sở giá trị “index” ((Trait_under_LowPi–Trait_under_NormalPi)/Trait_under_NormalPi) đối với mỗi tính trạng. Tổng số 74 QTLs này được chia ra thành những “Pi-dependent QTLs”. Bên cạnh, có 39 “Pi-dependent QTLs” được xếp vào cluster di truyền trong 9 “HotspotQTLs”. Quãng phân tử “Pi-dependent QTL” mang 19.613 gen có tính chất độc nhất (unique genes), 6.999 gen trong số đó biểu hiện khác biệt trình tự DNA với các vị trí đột biến có tính chất “non-synonymous” (không đồng dạng) giữa giống X178 và giống 9782. Tổng hợp kết quả GWAS in silico, có 277 gen ứng cử viên được phân lập, với 124 gen định vị trong vùng “HotspotQTL”. Kết quả phân tích transcriptome cho thấy có 21 gen biểu hiện, bao gồm gen “Pi transporter ZmPT7”  và gen có liên quan đến lộ trình strigolactones, ZmPDR1, biểu hiện trong phản ứng với thiếu lân một cách nhất quán trong những dòng bắp cận giao hoặc những mô tế bào. Điều đáng chú ý là ZmPDR1 trong rễ bắp có thể được điều tiết mạnh mẽ theo kiểu “up” bởi stress thiếu lân, cho thấy tầm quan trọng của khả năng ấy như một gen ứng cử viên phản ứng với “low-Pi stress” thông qua lộ trình strigolactones.

 

Xem https://link.springer.com/article/10.1007/s00122-024-04696-9

Knockout gen OsWOX13 làm kéo dài ngày trổ bông lúa khi ngày dài

 Knockout gen OsWOX13 làm kéo dài ngày trổ bông lúa khi ngày dài

Nguồn: Yeon-Ki Kim. 2024. Knockout of OsWOX13 Moderately Delays Flowering in Rice under Natural Long-Day Conditions. Bioscience, Biotechnology, and Biochemistry, 20 August 2024, zbae115;

https://doi.org/10.1093/bbb/zbae115

 

Thực vật rất nhạy cảm với quang kỳ, được phân nhóm với các hệ thống nhằm điếu tiết thở gian lúa trổ bông đáp ứng với thay đổi ngoại cảnh và các hormones phát triển. Trong nghiên cứu trước đây, người ta đã tạo ra được sự biểu hiện mạnh mẽ của gen OsWOX13  (OsWOX13-ov) và gen OsWOX13 knockout (oswox13-ko) thông qua hệ thống Cas9-CRISPR  giúp lúa trổ sớ hơn 10 ngày, trổ trể hơn 4 - 6 ngày so với dòng lúa nguyên thủy WT, theo thứ tự. Kết quả phân tích qRT‒PCR cho thấy OsWOX13 có khả năng phản ứng với stress khô hạn nhờ cơ chế thoát hạt (drought escape: DE) thông qua truyền tín hiệu b-ZIP TRANSCRIPTION FACTOR 23 (OsbZIP23) trong giai đoạn lúa trổ bông thông qua các gen co chức năng truyền tín hiệu quang chu kỳ, ví dụ như grain number, plant height and heading date (Ghd7), EARLY HEADING DATE 1 (Ehd1), RICE FLOWERING LOCUS T 1 (RFT1), Heading date 3a (Hd3a) và MADS14. Nghiên cứu trong tương lai về gen OsWOX13 có thể cung cấp cái nhìn sâu sắc về cây lúa: làm thế nào điều tiết ngày trổ bông theo các điều kiện bị stress và làm thế nào OsWOX13 có thể điều khiển một cách chính xác để có được năng suất tối đa trong chương trình cải tiến giống lúa.

 

https://academic.oup.com/bbb/advance- article/doi/10.1093/bbb/zbae115/7737669?login=false

 

Gen OsWOX13 bị knocked out thông qua hệ thống CRISPR/Cas9, tạo ra dòng đột biến oswox13-ko làm trì hoản ngày trổ bông dưới điều kiện ngày dài trong tự nhiên.

Multiomics và phân lập gen liên quan đến tính trạng GI thấp protein cao của hạt gạo

 Multiomics và phân lập gen liên quan đến tính trạng GI thấp protein cao của hạt gạo

Nguồn: Saurabh Badoni, Erstelle A Pasion-Uy, Sakshi Kor, Sung-Ryul Kim, Rhowell N Tiozon Jr, Gopal Misra, Reuben James Q Buenafe, Luster May Labarga, Ana Rose Ramos-Castrosanto, Vipin Pratap, Inez Slamet-Loedin, Julia von Steimker, Saleh Alseekh, Alisdair R Fernie, Ajay Kohli, Gurudev S Khush, Nese Sreenivasulu. 2024. Multiomics of a rice population identifies genes and genomic regions that bestow low glycemic index and high protein content. PNAS; 2024 Sep 3; 121(36):e2410598121. doi:10.1073/pnas.2410598121.

 

Cùng với những nỗ lực nhằm chiến đấu với các tác động nhiều mặt của khiếm dưỡng, người ta rất cần có giống lúa thân thiên với bệnh nhân đái tháo đường, giống lúa giúp người ta khỏe hơn nhằm giải quyết sự hoành hành của bệnh tiểu đường trên qui mô toàn thế giới. Trong nghiên cứu này, người ta tiến hành phân tích di truyền các dòng cận giao tái tổ hợp (RILs) với tính trạng glycemic index (GI) thấp biểu hiện  “ultralow đến low” GI trong gạo và hàm lượng protein cơm cao (PC cao), thông qua tổ hợp lai Samba Mahsuri x IR36. Người ta tiến hành nghiên cứu genomics một cách toàn diện và nghiên cứu biến dưỡng bổ sung bởi những phân tích có tính mô phỏng để nhấn mạnh tầm quan trọng của gen OsSBEIIb và các gen ứng cử viên khác, chúng có biến dị di truyền khá rộng cho phép người ta tạo ra các dòng lúa theo ý muốn có GI thấp hơn và PC cao hơn trong giống lúa cao sản. Những dòng lúa này đặc trưng cho nguồn vật liệu bố mẹ phục vụ lai tạo nhắm đến mục tiêy an toàn lương thực và dinh dưỡng.

 

Để chống lại hiện tượng bệnh nhân tiểu được ngày càng tăng và đáp ứng nhu cầu protein trong thức ăn hàng ngày, người ta sáng tạo ra dòng lúa có glycemic index (GI) thấp và hàm lượng protein (PC) cao vượt 14%. Phát triển các dòng con lai RILs dẫn xuất từ cặp lai Samba Mahsuri x IR36 amylose extender (IR36ae) làm nguồn vật liệu lai, người ta xác định được những QTLs và gen đích liên quan đến tính trạng “low GI”, “high amylose content” (AC), và “high PC”. Tích hợp các phương pháp di truyền học với những mô phỏng kinh điển, phương pháp tiếp cận toàn diện này đã xác định được những gen ứng cứ viên định vị trên nhiễm sắc thể 2 (qGI2.1/qAC2.1 nằm trong vùng có độ lớn phân tử 18.62 Mb - 19.95 Mb), ảnh hưởng đến tính trạng “low GI” và “high amylose”. Đáng chú ý là, biến thể về kiểu hình với giá trị cao gắn với alen lặn điều khiển tính trạng starch branching enzyme 2b (sbeIIb). Dòng lúa mang gen sbeIIb được chỉnh sửa xác định kiểu hình GI thấp trong hạt gạo. Hơn nữa, những phối hợp giữa các alen được tạo ra thông qua các chỉ thị phân tử SNPs có ý nghĩa từ các tổ hợp theo chủ đích và đặc biệt từ các gen tương tác với nhau cho thấy kiểu hình “ultralow GI” với hàm lượng amylose cao, protein cao. Phân tích metabolomics (hệ biến dưỡng) của cây lúa có đa dạng kiểu hình tính trạng AC, PC, và GI cho thấy rằng những dòng lúa ưu việt với AC và PC cao, GI thấp được ưu tiên gia tăng lên trong quá trình biến dưỡng glycolytic và amino acid, trong khi đó, các dòng AC thấp và PC thấp, GI cao được tăng lên rất nhiều trong quá trình biến dưỡng “fatty acid”. Con lai cận giao tái tổ hợp có  amylose cao, protein cao (HAHP_101) được gia tăng amino acids thiết yếu như lysine. Những dòng lúa như vậy có thể là rất phù hợp cho việc sản xuất thực phẩm phục vụ cho bệnh đái tháo đường và bệnh khiếm dưỡng.

 

https://www.pnas.org/doi/abs/10.1073/pnas.2410598121?url_ver=Z39.88-2003&rfr_id=ori%3Arid%3Acrossref.org&rfr_dat=cr_pub++0pubmed

Gen đích OsNCED3 điều khiển sinh tổng hợp ABA là một regulator tích cực trong tính kháng rầy nâu Nilaparvata lugens của cây lúa Oryza sativa

 Gen đích OsNCED3 điều khiển sinh tổng hợp ABA là một regulator tích cực trong tính kháng rầy nâu Nilaparvata lugens của cây lúa Oryza sativa

Nguồn: Jitong Li, Hao Liu, Xinyi Lv, Wenjuan Wang, Xinyan Liang, Lin Chen, Yiping Wang, Jinglan Liu. 2024. A key ABA biosynthetic gene OsNCED3 is a positive regulator in resistance to Nilaparvata lugens in Oryza sativa. Front Plant Sci.; 2024 Jun 26: 15:1359315. doi: 10.3389/fpls.2024.1359315.

 

Gen mã hóa 9-cis-epoxycarotenoid dioxygenase 3 (NCED3) có chức năng sinh tổng hợp abscisic acid (ABA), tăng trưởng và phát triển của cây, chống chịu với nhiệt độ bất thuận, chịu hạn và mặn. Theo nghiên cứu này, ba dòng lúa được sử dụng để khai thác chức năng của gen OsNCED3, đó là một dòng lúa biểu hiện mạnh mẽ OsNCED3 (OsNCED3-OE), một dòng lúa knockdown (osnced3-RNAi) và một dòng lúa nguyên thủy (WT: wild-type). Ba dòng lúa này được lây nhiễm rầy nâu (BPH; Nilaparvata lugens) và tiến hành xem xét những thay đổi về sinh lý học và sinh hóa, hàm lượng hormone, biểu hiện của gen đóng vai trò bảo vệ (defense gene expression). Kết quả cho thấy OsNCED3 tăng hoạt cơ chế bảo vệ cây lúa, dẫn đến làm tăng hoạt tính enzyme có chức năng bảo vệ như superoxide dismutase, peroxidase, và polyphenol oxidase. Biểu hiện mạnh mẽ của gen OsNCED3 làm giảm số rầy nâu và làm suy giảm đẻ trứng cũng như tỷ lệ trứng nở. Hơn nữa, biểu hiện mạnh mẽ của gen OsNCED3 làm tăng hàm lượng jasmonic acid, jasmonyl-isoleucine và ABA liên quan tới dòng lúa WT và dòng lúa osnced3-RNAi. Kết quả cho thấy OsNCED3 cải tiến được tính trạng chống chịu stress trong cây lúa và tích cực hỗ trợ vai trò của cả jasmonates và ABA, như những hợp chất bảo vệ cây trong mối tương tác giữa cây lúa và rầy nâu.

 

Xem https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38988632/

Phân tích transcriptome các gen DEGs trong lá cây lúa non, dưới nghiệm thức khác nhau về nitrate đối với tính kháng bệnh bạc lá lúa

 Phân tích transcriptome các gen DEGs trong lá cây lúa non, dưới nghiệm thức khác nhau về nitrate đối với tính kháng bệnh bạc lá lúa

Nguồn: Xintong Liu, Shunquan Chen, Changjian Miao, Huijing Ye, Qingchao Li, Hongzhen Jiang, Jingguang Chen. 2024. Transcriptome analysis of differentially expressed genes in rice seedling leaves under different nitrate treatments on resistance to bacterial leaf blight. Front Plant Sci.; 2024 Jul 4: 15:1436912. doi: 10.3389/fpls.2024.1436912.

 

Nitrogen (N), là một trong những nguồn dưỡng chất chủ yếu trong cây lúa, không những là giới hạn năng suất lúa, mà còn tác động đấn tính kháng bệnh của cây thông qua mô phỏng hình thái học cây lúa, điều hòa đặc điểm sinh hóa, cũng như tăng cường các tiến trình biến dưỡng. bệnh bạc lá, một bệnh do vi khuẩn khá trầm trọng cho lúa bởi vi khuẩn Xanthomonas oryzae pv. oryzae (Xoo), làm suy giảm đáng kể năng suất và phẩm chất lúa. Những nghiên cứu trước đây chỉ ra rằng bón phân trung bình liều lượng “nitrate nitrogen” có thể cải tiến tính kháng bệnh. Tuy nhiên, sự lạm dụng quá mức đặt ra yêu cầu khẩn thiết phải nghiên cứu lộ trình truyền tín hiệu “nitrate nitrogen” liên quan đến tính kháng bệnh bạc lá lúa. Trong nghiên cứu này, người ta tiến hành phân tích “transcriptome sequencing” để xem xét các gen DEGs (differentially expressed genes: gen biểu hiện khác nhau) trong những nghiệm thức khác nhau về “nitrate” bón vào khi cây lúa nhiễm vi khuẩn bạc lá. Kết quả cho thấy bón vào “nitrate nitrogen” có ảnh hưởng đến tính kháng của cây lúa đối với bệnh bạc lá. Thông qua phổ biểu hiện transcriptomic của lá lúa dã được chủng vi khuẩn, với nhiều nghiệm thức bón nitrate nitrogen khác nhau, người ta đã phân lập được 4815 gen  DEGs theo bốn nhóm so sánh, với khác biệt đáng kể của mức độ biểu hiện DEG giữa nghiệm thức bón ít và bón nhiều nitrate nitrogen, với một vài thành viên của họ protein NPF. Người xác định được hệ thống điều tiết có tính chất phân tử mà trong hệ thống ấy nitrate nitrogen có góp phần vào tính kháng bệnh bạc lá. Kết quả cung cấp một cách nhìn mới về một cơ chế sinh học bao gồm sự kiện nitrate nitrogen làm cho hệ thống bảo vệ lan rộng hơn trong cây lúa.

 

Xem https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/39027672/

OsNAC120 điều tiết sự tăng trưởng và tính trạng chịu hạn của cây lúa thông qua tích hợp tín hiệu GA và ABA

 OsNAC120 điều tiết sự tăng trưởng và tính trạng chịu hạn của cây lúa thông qua tích hợp tín hiệu GA và ABA

Nguồn: Zizhao Xie, Liang Jin, Ying Sun, Chenghang Zhan, Siqi Tang, Tian Qin, Nian Liu, Junli Huang. 2024. OsNAC120 balances plant growth and drought tolerance by integrating GA and ABA signaling in rice. Plant Commun.; 2024 Mar 11; 5(3):100782. doi: 10.1016/j.xplc.2023.100782. 

 

Tác động biện chứng giữa tín hiệu gibberellin (GA) và abscisic acid (ABA) rất cần thiết trong mối cân bằng giữa tăng trưởng thực vật và sự thích nghi của cây với stress phi sinh học. Tuy nhiên, cơ chế sinh học phân tử của sự đối kháng lẫn nhau ấy vẫn còn chưa được biết đầy đủ. Trong nghiên cứu này, người ta tiến hành knockout gen NAC của hệ gen cây lúa (NAM, ATAF1/2, CUC2) gen mã hóa yếu tố phiên mã OsNAC120 ức chế tăng trưởng của cây lúa nhưng lại tăng cường khả năng chịu hạn, trong khi đó, sự biểu hiện mạnh mẽ gen OsNAC120 cho ra kết quả trái ngược lại. Thêm GA ngoại sinh có thể cứu được kiểu hình cây lúa nửa lùn mang gen đột biến osnac120, và kết quả nghiên cứu sâu hơn cho thấy OsNAC120 tăng cường sinh tổng hợp GA thông qua tăng hoạt động phiên mã của gen sinh tổng hợp GA như OsGA20ox1 và OsGA20ox3. Protein DELLA ở đây là SLENDER RICE1 (SLR1) tương tác với OsNAC120 và cản trở khả năng giao tiếp (transactivation) của nó. Nghiệm thức xử lý GA có thể loại bỏ kết quả ức chế hoạt động transactivation như vậy và do protein SLR1 làm ra. Mặt khác, OsNAC120 điều hòa thụ động tính chống chịu khô hạn của cây lúa bởi ức chế sự đóng lại khí khổng kích hoạt ABA. Kết quả nghiên cứu động lực học cho thấy OsNAC120 ức chế sinh tổng hợp ABA thông qua ức chế sự phiên mã của gen mã hóa sinh tổng hợp ABA; đó là gen OsNCED3 và OsNCED4. Protein của cây lúa OSMOTIC STRESS/ABA-ACTIVATED PROTEIN KINASE 9 (OsSAPK9) tương tác với OsNAC120 và làm trung gian cho phản ứng phosphoryl hóa của nó, điều này mang lại kết quả làm thoái hóa OsNAC120. Nghiệm thức xử lý ABA làm tăng tốc sự thoái hóa OsNAC120 và làm giảm hoạt động “transactivation”. Như vậy, kết quả đã cung cấp bằng chứng OsNAC120 đóng vai trò quan trọng trong cân bằng tăng trưởng qua trung gian GA và chống chịu khô hạn qua kích hoạt ABA của cây lúa. Kết quả giúp chúng ta hiểu được cơ chế tac động qua lại giữa tăng trưởng thực vật và chống chịu stress; để cải tiến kỹ thuật di truyền tạo giống lúa cao sản chống chịu stress hiệu quả.

 

Xem https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38148603/

Tổng quan biến dị di truyền tính kháng bệnh đạo ôn lúa

 Tổng quan biến dị di truyền tính kháng bệnh đạo ôn lúa

Nguồn: Muhammad Usama Younas, Muhammad Qasim, Irshad Ahmad, Zhiming Feng, Rashid Iqbal, Ashraf M M Abdelbacki, Nimra Rajput, Xiaohong Jiang, Bisma Rao, Shimin Zuo. 2024. Allelic variation in rice blast resistance: a pathway to sustainable disease management. Mol Biol Rep.; 2024 Aug 24; 51(1):935. doi: 10.1007/s11033-024-09854-2.

 

Bệnh đạo ôn lúa là vấn đề then chốt trong nông nghiệp, ảnh hưởng đến sản lượng lúa gạo toàn cầu và đe dọa an ninh lương thực thế giới. Bệnh đạo ôn do nấm Magnaporthe oryzae gây ra, dẫn đến hàng loạt nghiên cứu kể từ khi người ta tìm thấy lần đầu tiên gen kháng pib vào năm 1999. Các nhà nghiên cứu đã và đang phân lập được hơn 50 gen kháng khác định vị trên 8 / 12 nhiễm sắc thể cây lúa, mỗi gen chuyên tính với những chủng nòi nấm khác nhau của pathogen. Các gen ấy trải rộng trên 17 loci khác nhau. Chúng mang code protein NB (nucleotide-binding) và LRR (leucine-rich repeat), chúng đóng vai trò quan trọng trong hệ thống bảo vệ cây lúa chống lại pathogen này, kể cả gen đơn hoặc kết hợp nhiều gen khác với nhau. Đặc điểm quan trọng của các gen nói trên là tương tác “allelic” hoặc tương tác “paralogous” hiện hữu trong nhiều loci. Những liên hệ ấy góp phần vào khả năng ngày càng tăng của gen đich đối với bản chất thích nghi tiến hóa. Khả năng của những proteins kháng để xác định và phản ứng với các effectors mới phát sinh được cải tiến nhờ sự xuất hiện đồng thời của biến dị di truyền trong các domains mà domains ấy tương ứng với việc ghi nhận của những effectors từ pathogen sản sinh ra. Mục đích của bài tổng quan này là tóm lược những thành tựu đã và đang có trong việc xác định các gen thiết yếu của cây lúa và nghiên cứu khả năng sử dụng những biến thể của gen (allelic variants) từ các gen đích, trong nổ lực cải tiến giống lúa tương lai, nhằm gia tăng tính kháng bệnh đạo ôn hiệu quả.

Xem https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/39180629/

Tính thích ứng linh hoạt trong biểu hiện gen của bố hoặc mẹ ở điều kiện ngoại cảnh khác nhau, kết hợp với tính trạng chống chịu hạn và tránh né hạn của giống lúa lai F1 tiết kiệm nước, chịu khô hạn

 Tính thích ứng linh hoạt trong biểu hiện gen của bố hoặc mẹ ở điều kiện ngoại cảnh khác nhau, kết hợp với tính trạng chống chịu hạn và tránh né hạn của giống lúa lai F1 tiết kiệm nước, chịu khô hạn

Nguồn: Lei Wang, Xiaosong Ma, Yi Liu, Guolan Liu, Haibin Wei, Zhi Luo, Hongyan Liu, Ming Yan, Anning Zhang, Xinqiao Yu, Hui Xia & Lijun Luo. 2024. Flexibility of parental-like or maternal-like gene expression under diverse environments contributes to combined drought avoidance and drought tolerance in a water-saving and drought-resistance rice hybrid. Theoretical and Applied Genetics; Sept. 13 2024; vol. 137, article 221

 

Giống lúa lai Hanyou73 biểu hiện gen HH7A giống như mẹ (maternal-like HH7A) trong rễ lúa và biểu hiện gen HH3 giống như bố (parental-like HH3) trong lá lúa, để thu nhận được cả hai ưu điểm là né được khô hạn (drought avoidance) và chống chịu khô hạn (drought tolerance) của bố mẹ.

 

Sản xuất lúa sử dụng rất nhiều nước và việc chống chịu thiếu nước và stress khô hạn có ý nghĩa vô cùng to lớn. Giống lúa tiết kiệm nước (water-saving) và kháng hạn (drought-resistance) được viết tắt là WDR có tính kháng hạn tốt thích nghi tốt trong điều kiện canh tác tiết kiệm nước.

 

Giống lúa lai cho yêu cầu WDR là Hanyou73 (HY73) biểu hiện tính kháng hạn ưu việt so với giống bố mẹ Hanhui3 (HH3) và Huhan7A (HH7A). Nghiên cứu tính kháng hạn cho thấy HY73 có kết quả như giống HH3 và HH7A trong chống chịu khô hạn và tránh né được hạn, theo thứ tự. Nghiên cứu “transcriptomes” với các mẫu vật liệu này, xử lý phytohormone khác nhau, xử lý stress phi sinh học khác nhau; cho thấy HY73 gần với giống HH3 hơn theo mẫu lá phân tích, trong khi đó, gần giống với HH7A trong mẫu rễ phân tích. Giống lúa lai HY73 và bố mẹ khác nhau rất lớn về DEGs và phân tích GO đối với các gen biểu hiện DEGs; cho thấy rằng có nhiều lộ trình khác nhau khi cây lúa phản ứng với khô hạn của HH3 và HH7A. Phân tích theo phương pháp “parent-like expression” cho thấy thành phần biểu biện giống bố mẹ rất rõ ở giống HY73. Hơn nữa, các phần biểu hiện gen giống bố mẹ đã chuyển đổi đáng kể giữa nghiệm thức stress phi sinh học / nghiệm thức xử lý phytohormone và đối chứng, tất cả đã giúp cho giống lúa lai HY73 thích ứng với ngoại cảnh khác nhau. Phân tích WGCNA các gen giống bố mẹ đối với một vài gen đích kháng hạn, kết quả sẽ đóng góp đáng kể vào cải tiến gio61nglu1a chống chịu hạn của HY73. Biến thiên di truyền của trình tự promotor được xác định là nguyên nhân của bản chất biểu hiện gen giống bố mẹ hết sức linh hoạt trong giống lúa lai HY73.

 

Xem https://link.springer.com/article/10.1007/s00122-024-04735-5

Kéo dài sức sống của hạt và tăng cường phẩm chất hạt thóc, thông qua chỉnh sửa gen OsLOX1 nhờ hệ thống CRISPR/Cas9

 Kéo dài sức sống của hạt và tăng cường phẩm chất hạt thóc, thông qua chỉnh sửa gen OsLOX1 nhờ hệ thống CRISPR/Cas9

Nguồn: Changling Mou, Yaping Chen, Ping Zhang, Qikai Tong, Ziyan Zhu, Tengfei Ma, Ping Wang, Kai Fu, Cheng Chen, Yunshuai Huang, Fulin Zhang, Qixian Hao, Min Zhang, Shijia Liu, Ling Jiang & Jianmin Wan. 2024. Prolongation of seed viability and grain quality in rice by editing OsLOX1 using CRISPR/Cas9. Molecular Breeding; 12 October 2024; vol.137; article 72

 

Sự hư hỏng hạt thóc (Oryza sativa L.) ảnh hưởng đến phẩm chất hạt và sức sống của hạt mầm trong quá trình tồn trữ trong kho. Lipoxygenase (LOX), một enzyme chủ chốt trong biến dưỡng lipid, ảnh hưởng trực tiếp đến mức độ lão hóa. Ở đây, tác giả tìm thấy knock-out gen lipoxygenase - OsLOX1 thông qua hệ thống CRISPR/Cas9 làm trì hoãn được sự mất sức sống và phẩm chất hạt. Phân tích hệ transcriptome cho thấy trong thời gian tồn trữ, OsLOX1 ảnh hưởng đến sự phiên mã của nhiều gen, bao gồm các gen có liên quan đến biến dưỡng lipid và liên quan đến chu trình “antioxidant” ví dụ phosphatase và acetaldehyde dehydrogenase, mà enzyme này có thể điều tiết khả năng tồn trữ hạt giống trong kho bao lâu. Những gen ấy điều tiết theo kiểu down và up, diễn ra trong giống Ningjing 4, sau khi NA trong 13 tháng và 3 ngày trong AA; gợi ra rằng: OsLOX1 dường như làm tăng cường sức sống hạt giống lúa bằng cách tạo ra cân bằng giữa lão hóa và  tồn kho liên quan đến các gen, điều tiết khả năng tồn kho của hạt giống thông qua tổng hợp amino acid và các lộ trình có tính chất biến dưỡng. Hơn nữa, knock-out gen OsLOX1 không phải hệ thống CRISPR/Cas9 không những cải thiện được sức sống hạt giống, mà con có tác độ nhỏ trên những tính trạng nông học. Quan trọng hơn là, các dòng lúa đột biến do knocout gen OsLOX1 được chấp nhận trong năm 2019 (Agricultural Foundation of China Report No. 770). Kết luận, nghiên cứu cho thấy knock-out gen OsLOX1 có lợi cho mục đích kéo dài sức sống của hạt, có thể được ứng dụng trực tiếp trong sản xuất nông nghiệp nói chung.

 

Xem https://link.springer.com/article/10.1007/s11032-024-01506-4

 

Đặc điểm nẩy mầm và hóa lý tính của dòng lúa nguyên thủy và dòng đột biến OsLOX1 knock-out.

Hệ thống chỉnh sửa gen CRISPR-Cas12a là chiến thuật knockout microRNA của thực vật

  Hệ thống chỉnh sửa gen CRISPR-Cas12a là chiến thuật knockout microRNA của thực vật

Nguồn; Xuelian Zheng, Xu Tang, Yuechao Wu, Xiaoqin Zheng, Jianping Zhou, Qinqin Han, Yalan Tang, Xinxuan Fu, Jiao Deng, Yibo Wang, Danning Wang, Shuting Zhang, Tao Zhang, Yiping Qi, Yong Zhang. 2024. An efficient CRISPR-Cas12a-mediated MicroRNA knockout strategy in plants. First published: 14 October 2024; https://doi.org/10.1111/pbi.14484

 

Những năm gần đây, người ta thường sử dụng hệ thống CRISPR-Cas9 nuclease để knock out các gen MicroRNA (miRNA) trong cây trồng, thúc đẩy mạnh mẽ nghiên cứu chức năng của miRNA. Tuy nhiên, do xu hướng tạo ra những “insertions và deletions” cực nhỏ, nên Cas9 không thích hợp tốt để có được một knockout hoàn toàn trong các gen miRNA.

 

Trái lại, CRISPR-Cas12a nuclease tạo ra những deletions lớn hơn, mà điều này có thể làm gián đoạn đáng kể cấu trúc thứ cấp của phân tử pre-miRNA và ngăn ngừa được sản sinh ra phân tử miRNAs trưởng thành. Thông qua nghiên cứu tình huống gen OsMIR390 của cây lúa, người ta xác định được Cas12a là công cụ hiệu quả hơn Cas9 để phát sinh ra knockout mutants của một gen miRNA nào đó. Để chứng minh thêm là knockout nhờ CRISPR-Cas12a các gen miRNAs trong cây lúa, người ta nhắm đến chín gen OsMIRNA có biểu hiện khác nhau theo không gian và thời gian, chưa được nghiên cứu trước đây thông qua các phương pháp tiếp cận với knockout có tính chất di truyền. Theo hệ thống CRISPR-Cas12a, hiệu quả đạt 100% chỉnh sửa hệ gen được ghi nhận tại các loci của gen miRNA. Kết quả “deletions” lớn hơn cho thấy Cas12a tạo ra các “null alleles” hết sức mạnh mẽ của  “miRNA genes”. Phổ biểu hiện trong hệ thống transcriptome của những đột biến miRNA, cũng như kết quả đánh giá kiểu hình của hạt lúa đều cho thấy được chức năng của những miRNAs này trong điều khiển biểu hiện gen và điều tiết phẩm chất hạt và sự phát triển hạt mầm. Nghiên cứu ghi nhận CRISPR-Cas12a là một công cụ hữu hiệu trong “genetic knockout” các gen miRNA của thực vật.

 

Xem https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/pbi.14484