OsMAPK6 điều khiển tính chống chịu lạnh của cây lúa ở giai đoạn mạ

 OsMAPK6 điều khiển tính chống chịu lạnh của cây lúa ở giai đoạn mạ

Nguồn: Jiali Liu, Jiaxin Liu, Mingliang He, Chuanzhong Zhang, Yingxiang Liu, Xiufeng Li, Zhenyu Wang, Xin Jin, Jingjing Sui, Wenyan Zhou, Qingyun Bu & Xiaojie Tian. 2023. OsMAPK6 positively regulates rice cold tolerance at seedling stage via phosphorylating and stabilizing OsICE1 and OsIPA1. Theoretical and Applied Genetics; Published: 16 December 2023; volume 137, 10 (2024)

 

 

Lúa là cây rất nhạy cảm với lạnh giá, và khi nhiệt độ lạnh cực đoan sẽ làm giảm năng suất nghiêm trọng. Nhiều gen kháng với stress giá lạnh đã được báo cáo trong nghiên cứu cây lúa; tuy nhiên, tính hiệu lạnh giá trong cây lúa vẫn chưa được biết thấu đáo. Ơ đây, tác giả nghiên cứu kiểu hình cây lúa chống chịu lạnh giá thông qua biểu hiện mạnh mẽ của gen nền (constitutive) OsMAPK6 (CAMAPK6-OE) và đột biến của OsMAPK6 là dsg1, người ta chúng minh OsMAPK6 điều tiết một cách tích cực tính chống chịu lạnh giá. Kết quả ghi nhận: dưới điều kiện lạnh giá, mật độ cây sống sót của dòng đột biến dsg1 thấp hơn đáng kể so với cây lúa nguyên thủy WT, khi ấy, CAMAPK6-OE biểu hiện có mật độ cây sốt cao hơn cây lúa WT. Kết quả xét nghiệm sinh lý cho thấy sự rò rỉ ion (ion leakage) và tế bào chết của cây lúa đột biến dsg1 nghiêm trọng hơn cây lúa WT và cây lúa CAMAPK6-OE. Chắc chắn là, sự biểu hiện của gen đáp ứng với lạnh giá của cây dsg1, bao gồm OsCBFs và OsTPP1, thấp hơn đáng kể so với cây lúa WT và cây CAMAPK6-OE. Kết quả phân tích sinh hóa cho thấy stress lạnh giá làm tăng sự kiện phosphoryl hóa của protein OsMAPK6. Bên cạnh đó, OsMAPK6 tương tác và phosphoryl hóa hai phân tử regulator chủ lực của truyền tín hiệu lạnh trong cây lúa, đó là OsIPA1 và OsICE1, rồi làm tăng tính chất ổn định của protein nói trên. Kết quả cho thấy có một cascade trong lộ trình truyền tín hiệu  khi bị lạnh kích thích là OsMAPK6-OsICE1/OsIPA1 bởi OsMAPK6 mà nó có trong cây lúa chịu lạnh, đây là kiến thức mới về sự đáp ứng của cây lúa với lạnh giá ở gia đoạn mạ.

 

Xem https://link.springer.com/article/10.1007/s00122-023-04506-8

Sự khác biệt của tinh bột kháng và đặc điểm lý hóa tinh bột gạo

 Sự khác biệt của tinh bột kháng và đặc điểm lý hóa tinh bột gạo

Nguồn: Mingrui Luo, Wanxin Gong, Siyan Zhang, Lanyu Xie, Yitao Shi, Dianxing Wu, Xiaoli Shu. 2023. Discrepancies in resistant starch and starch physicochemical properties between rice mutants similar in high amylose content. Front Plant Sci.; 2023 Nov 3: 14:1267281. doi: 10.3389/fpls.2023.1267281. 

 

Hình: Ảnh hưởng của 5M urea đối với sự trương nở của hạt tinh bột trong nội nhũ hạt gạo. Đường biểu diễn về thủy phân tinh bột in-vitro  của hai mẫu cơm của hai giống lúa khác nhau. Thanh sai số biểu thị độ lệch chuẩn của giá trị trung bình sau 3 lần thủy phân.

 

Hàm lượng tinh bột kháng RS (resistant starch) được xem như có tương quan thuận với hàm lượng amylose ACC (apparent amylose content). Người ta tiến hành phân tích hai dòng lúa đột biến thuộc loại hình indica, RS111 và Zhedagaozhi 1B, có hàm lượng AAC cao như nhau, họ tìm thấy hàm lượng tinh bột kháng RS khác biệt nhau đáng kể. Dòng lúa RS111 có hàm lượng RS3 cao hơn nhưng có hàm lượng RS2 thấp hơn dòng lúa Zhedagaozhi 1B; tương ứng, mẫu cơm RS111 biểu hiện khả năng tiêu hóa chậm hơn. RS111 có hạt tinh bột hình bầu dục, không đều, nhỏ hơn so với dòng lúa Zhedagaozhi 1B và dòng lúa nguyên thủy (chưa đột biến). Zhedagaozhi 1B biểu thị thành phần tinh bột thuộc B-type, khác với dòng lúa RS111 và giống nguyên thủy, chúng biểu hiện thành phần tinh bột thuộc A-type. Có nghĩa là, RS111 có nhiều hơn fa và fb1, có ít hơn fb3 so với dòng lúa Zhedagaozhi 1B. Cả hai dòng đột biến biểu hiện “độ nhớt” (viscosity) giảm và lực phồng hạt cơm (swelling power) giảm so với bố mẹ. Dòng lúa RS111 có độ nhớt thấp nhất, dòng lúa Zhedagaozhi 1B có lực phồng hạt cơm nhỏ nhất. Cấu trúc tinh tế vô cùng khác biệt như vậy của phân tử amylopectin giữa RS111 và Zhedagaozhi 1B làm cho kiểu tinh bột khác nhau, độ trở hồ khác nhau, độ nhợt khác nhau, và mức tiêu hóa cũng khác. Bên cạnh làm tăng cường hàm lượng amylose, sự cải biên cấu trúc amylopectin biểu thị một tiềm năng lớn cho cải tiến giống lúa với hàm lượng RS2 và RS3 khác nhau, chúng có thể đáp ứng yêu cầu làm tăng đa dạng di truyền tập đoàn giống lúa.

 

Xem https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38023836/

Tạo vân lá tương tự loài C4 trên lúa bằng cách điều khiển nồng độ chất điều tiết rễ ngắn (SHR) và nồng độ auxin

 Tạo vân lá tương tự loài C4 trên lúa bằng cách điều khiển nồng độ chất điều tiết rễ ngắn (SHR) và nồng độ auxin

Sự biểu hiện quá mức của SHR làm tăng cường sự phân chia tế bào trung diệp, dẫn đến giảm đáng kể mật độ gân lá. Tuy nhiên, phương pháp xử lý bằng auxin ngoại sinh đã dẫn đến sự gia tăng mật độ gân lá. Đáng chú ý, mô hình phân bố gân lá giống như ở thực vật C4 đã được tạo ra thành công bằng cách nâng cao đồng thời hàm lượng SHR và auxin trong lá lúa. Nguồn: Nhà xuất bản Khoa học của Trung Quốc.

 

Thực vật C4 được phân biệt bằng cấu trúc lá độc đáo được gọi là giải phẫu Kranz, được đặc trưng bởi các tế bào vỏ bọc bó mạch bên trong và các tế bào trung mô bên ngoài. Sự sắp xếp chuyên biệt này mang lại cho thực vật C4 một số lợi thế so với thực vật C3, bao gồm tốc độ quang hợp cao hơn cũng như hiệu quả sử dụng nitơ và nước vượt trội.

 

Cấu trúc Kranz này không chỉ xác định lá cây C4 mà còn thể hiện một đặc điểm then chốt trong quá trình chuyển đổi từ quang hợp C3 sang C4. Việc tăng mật độ bó mạch từ lâu đã được coi là bước khởi đầu quan trọng trong quá trình tiến hóa thực vật C4. Tuy nhiên, các cơ chế điều tiết quản lý mật độ gân lá vẫn còn khó nắm bắt.

 

Gen SHR mã hóa một yếu tố phiên mã mà trước đây đã được chứng minh là có vai trò điều chỉnh sự phát triển vỏ rễ và hình thành nốt sần ở cây họ đậu. Điều thú vị là nghiên cứu này tiết lộ vai trò mới của SHR trong việc điều chỉnh mật độ bó mạch ở lá. Cụ thể, đột biến gen SHR ức chế sự phân chia tế bào trung mô và làm tăng mật độ gân lá ở cả lúa và ngô.

 

Ngược lại, sự biểu hiện quá mức SHR từ các loài thực vật khác nhau (bao gồm cỏ linh lăng, lúa và ngô) sẽ kích thích mạnh mẽ sự phân chia tế bào trung diệp và làm giảm đáng kể mật độ gân lá ở lúa và ngô. Hơn nữa, các protein SHR định vị vào cả tế bào vỏ bó và tế bào trung mô ở lúa và ngô, với biểu hiện SHR tự nhiên tăng lên sẽ hình thành kiểu hình của các dòng biểu hiện quá mức SHR.

 

Những phát hiện này cho thấy mối quan hệ nghịch đảo giữa sự phong phú protein SHR và mật độ gân lá. Ngoài ra, việc xử lý bằng auxin ngoại sinh giúp tăng cường sự hình thành gân lá ở cây lúa. Điều thú vị là, bằng cách đồng thời tăng hàm lượng SHR và auxin trong lá lúa, các nhà nghiên cứu đã tạo thành công kiểu vân mạch giống C4 ở cây lúa.

 

Nhiều nghiên cứu trước đây đã chỉ ra rằng cả mức SHR và auxin đều tăng đáng kể ở các mô C4 so với các mô C3. Kết hợp với kết quả của nghiên cứu này, các tác giả đề xuất rằng sự điều hòa tăng cường đồng thời của SHR và auxin có thể là động lực chính cho sự chuyển đổi từ mô hình bó mạch C3 sang C4 ở thực vật một lá mầm.

 

Từ góc độ tiến hóa, sự gia tăng đồng thời SHR và auxin có thể mang lại cả sự tăng trưởng tế bào trung diệp và tốc độ biệt hóa tĩnh mạch tăng tốc ở thực vật một lá mầm C4 so với tổ tiên C3.

 

Tóm lại, những phát hiện này đã làm sáng tỏ mối tương tác đối kháng giữa SHR và auxin, cung cấp những hiểu biết quan trọng về sự hình thành gân C4 và có khả năng mở ra một con đường thú vị để nâng cao hiệu quả quang hợp của cây trồng C3.

 

Nghiên cứu được công bố trên tạp chí Science Bulletin.

 

Lê Thị Kim Loan theo Phys.org

Fine mapping và phân tích gen ứng cử viên qSB12YSB, liên quan đến tính kháng bệnh đốm vằn của cây lúa

 Fine mapping và phân tích gen ứng cử viên qSB12YSB, liên quan đến tính kháng bệnh đốm vằn của cây lúa

Nguồn: Yu Wang, Quanyi Sun, Jianhua Zhao,  Taixuan Liu, Haibo Du, Wenfeng Shan, Keting Wu, Xiang Xue,   Chao Yang, Jun Liu, Zongxiang Chen, Keming Hu, Zhiming Feng &  Shimin Zuo. 2023. Fine mapping and candidate gene analysis of qSB12YSB, a gene conferring major quantitative resistance to rice sheath blight. Theoretical and Applied Genetics; Published: 16 November 2023; volume 136, Article number: 246 (2023)

 

qSB12YSB, một gen chủ lực về số lượng điều khiển tính kháng bệnh đốm vằn (Rhizoctonia solani Kühn), từ giống lúa YSBR1 cho thấy tiềm năng trong chọn tạo giống lúa, đã được người ta phân lập nhờ hình thành bản đồ di truyền ở vùng có độ lớn phân tử 289-Kb trên nhiễm sắc thể 12.

 

Bệnh đốm vằn (ShB), gây ra bởi nấm Rhizoctonia solani Kühn, là một trong những bệnh rất quan trọng của cây lúa trên toàn thế giới. Tính kháng của cây lúa đối với ShB là điển hình của di truyền số lượng bởi những “multiple quantitative trait loci” (QTLs). Nhiều QTLs điều khiển tính kháng ShB đã và đang được báo cáo trong khi có rất ít trong số ấy được tiến hành “fine-mapped”. Kết quả nghiên cứu này, người ta xác định được một QTL định vị trên nhiễm sắc thể 12, trong đó, alen kháng qSB12YSB biểu hiện tính kháng bệnh đốm vằn rất có ý nghĩa, thông qua sử dụng 150 BC4 dòng hồi giao  khai thác tính kháng từ giống lúa YSBR1 làm donor và giống nhiễm Lemont (LE) làm giống tái tục (recurrent parent). Sau đó, người ta tiến hành “fine-mapped” gen qSB12YSB ở vùng có độ lớn phân tử 289-kb thông qua 34 dòng lúa CSSLs (chromosomal segment substitution lines), xác định 18 gen được chú thích di truyền (annotated genes) như những gen ứng cử viên đối với qSB12YSB sau khi phân tích trình tự “resequencing” và cơ sở dữ liệu transcriptomic. Lết quả phân tích KEGG cho thấy qSB12YSB có thể tăng hoạt sinh tổng hợp các cơ chất thứ cấp (secondary metabolites) và hệ thống ROS để cải tiến tính kháng bệnh đốm vằn. qSB12YSB mang tính kháng ổn định có ý nghĩa ở ba giống lúa thương mại hóa (NJ9108, NJ5055 và NJ44) trong các khảo nghiệm đồng ruộng với sự trợ giúp của chỉ thị phân tử để chọn dòng con lai. Trong điều kiện ổ bệnh đốm vằn rất trầm trọng, qSB12YSB làm giảm sự mất năng suất rất ý nghĩa đến 13,5% trên nền tảng di truyền của giống lúa Lemont, chứng minh đây là tiếm năng năng trong cải tiến giống lúa. Kết quả sẽ  đẩy nhanh quá trình xác định qSB12YSB và sử dụng gen đích này trong chương trình cải tiến giống lúa cao sản kháng bệnh đốm vằn.

 

Xem https://link.springer.com/article/10.1007/s00122-023-04482-z

Nghiên cứu lúa: Cây lúa đối phó với stress do nhiệt độ nóng như thế nào

 Nghiên cứu lúa: Cây lúa đối phó với stress do nhiệt độ nóng như thế nào

Nguồn: Jin-Yu Li, Chuang Yang, Jiming Xu, Hai-Ping Lu, Jian-Xiang Liu. 2023. The hot science in rice research: How rice plants cope with heat stress. Plant Cell Environ.; 2023 Apr; 46(4):1087-1103. doi: 10.1111/pce.14509. 

 

Biến đổi khí hâu toàn cầu tác động cực kỳ to lớn đến tăng trường và phát triển của cây xanh, làm giảm năng suất nông sản trên toàn thế giới. Lúa (Oryza sativa L.), một trong những loài cây trồng cung cấp lương thực quan trọng của thế giới, rất nhạy cảm với nhiệt độ nóng từ giai đoạn cây mạ cho đến giai đoạn phát dục. Bài tổng quan này, người ta tóm lược những thành tựu gần đây nhất trong hiểu biết về những cơ chế phân tử của phản ứng cây lúa với nhiệt độ nóng, bao gồm heat sensing (cảm biến nhiệt) và tín hiệu, điều tiết phiên mã, tiến trình của phân tử transcript, dịch mã thành protein, và điều tiếu hậu giải mã. Người ta còn tóm lược những ảnh hưởng “không thể đảo ngược” của nhiệt độ cao trên giai đoạn phát dục và nhiệt độ cao đối với phẩm chất hạt lúa. Cuối cùng, người ta thảo luận những thách thức và cơ hội cho nghiên cứu tương lai về phản ứng với stress nhiệt của cây lúa.

 

Xem https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/36478590/

Đặc điểm tinh bột của gạo rang từ giống lúa có tính trạng “tinh bột kháng cao”

Đặc điểm tinh bột của gạo rang từ giống lúa có tính trạng “tinh bột kháng cao”

Nguồn: Ruifang Yang, Jianhao Tang, Qi Zhao, Zhongze Piao, Gangseob Lee, Changzhao Wan, Jianjiang Bai. 2023. Starch Properties of Roasting Rice from Naturally High-Resistant Starch Rice Varieties. Molecules; 2023 Sep 2; 28(17):6408. doi: 10.3390/molecules28176408.

 

Nghiên cứu ảnh hưởng của ẩm độ hạt điều khiển các đặc tính hạt gạo, phẩm chất, và sự tiêu hóa tinh bột in vitro của bột gạo rang (roasted rice powder) từ sản phẩm của giống lúa tinh bột kháng tự nhiên cao (RS cao). Kết quả này minh chứng rằng việc điều chỉnh ẩm độ hạt trước khi rang có ảnh hu67o3ng đáng kể đến hàm lượng RS (tinh bột cao) của bột gạo rang. Trong những nghiệm thức xử lý ẩm độ khác nhau, người ta thêm 15% nước (tỷ lệ rice-to-water là 85:15) trước khi rang sẽ cho kết quả hàm lượng RS cao nhất, đạt 22,61%. Những thống số chính của các mẫu gạotrước và sau khi xử lý ẩm độ hạt tối hảo được người ta phân tích cẩn thận, bao gồm tính ổn định của nhiệt (thermal stability), sự phân bố chiều dài chuỗi dây tinh bột, thành phầm hương vị dễ bay hơi, và kính hiển vi “scanning electron”. Bên cạnh đó, các đặc điểm thủy phân in vitro  đều được đo lường cẩn thận. Kết quả cho thấy những hợp chất hương vị dễ bay hơi trong mẫu gạo rang RS cao gia tăng đáng kể do với gạo không được rang. Hơn nữa, tính ổn định nhiệt của các mẫu gạo được cải tiến, và sự phân bố chiều dài chuỗi tinh bột biểu hiện có thay đổi rất ý nghĩa. Sự hút nước và các đặc điểm kéo dài tinh bột thấp hơn có ý  nghĩa trong mẫu gạo rang có RS cao. Hơn nữa, tính chất thủy phân tinh bột in vitro của bột gạo rang của giống lúa có RS cao cho thấy mức độ thủy phân tinh bột thấp hơn đáng kể so với giống lúa thường, điều này chỉ ra rằng “chỉ số thủy phân tinh bột thấp hơn”  trong giống lúa có RS cao với kiểu gen sbe-rs. Nhìn chung, tiến trình rang gạo của những giống lúa có RS cao sửa được đặc tính của nó, làm tăng hàm lượng tinh bột kháng RS, tăng hoạt hương vị của cơm, và kết quả cũng ghi nhận mưc độ thủy phân tinh bột cũng thấp hơn so với giống lúa thường. Kết quả cung cấp cơ sở dữ liệu đáng giá phục vụ công nghiệp thực phẩm để gia tăng sự áp dụng giống lúa có RS cao với những biến thể của gen SBEIIb, như giống lúa Youtangdao2 (YTD2).

 

Xem https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/37687237/

 

Hình: Thủy phân tinh bột in vitro của giống lúa có RS cao và giống lúa thường trước và sau khi rang. Đối chứng: bánh mì trắng

 

“Knockout” gen OsSTP15 làm tăng năng suất lúa, tăng số chồi, tăng hàm lượng đường tại gốc chồi thân cây lúa (Oryza sativa L.)

 “Knockout” gen OsSTP15 làm tăng năng suất lúa, tăng số chồi, tăng hàm lượng đường tại gốc chồi thân cây lúa (Oryza sativa L.)

Nguồn: Mingjuan Li, Hongye Li, Qidong Zhu, Dong Liu, Zhen Li, Haifei Chen, Jinsong Luo, Pan Gong, Abdelbagi M. Ismail, Zhenhua Zhang. 2023. Knockout of the sugar transporter OsSTP15 enhances grain yield by improving tiller number due to increased sugar content in the shoot base of rice (Oryza sativa L.). New Phytologist; First published: 27 November 2023; https://doi.org/10.1111/nph.19411

 

Chất vận chuyển đường STPs (sugar transporter proteins) đóng vai trò cực kỳ quan trọng trong điều hòa tính chống chịu stress của thực vật, sự tăng trưởng và phát triển của cây. Tuy nhiên, vai trò của STPs trong điều tiến năng suất cây trồng vẫn chưa được biết rõ.

 

Nghiên cứu này làm sáng tỏ cơ chế bằng cách “knockout” gen mã hóa sugar transporter OsSTP15 làm tăng cường năng suất hạt thông qua  làm tăng số chồi của cây lúa.

 

Người ta thấy gen OsSTP15 biểu hiện rất đặc biệt gốc gốc chồi thân lúa và bó mạch của bẹ lúa còn non; gen này mã hóa protein có chức năng vận chuyển dòng glucose có ái lực cao ở tại màng plasma. Gen OsSTP15 bị knockout đã làm tăng cường sự tổng hợp sucrose và trehalose-6-phosphate (Tre6P) p73 lá lúa; cải tiến sự vận chuyển sucrose đến gốc chồi thân bằng cách kích hoạt sự thể hiện của những phân tử “sucrose transporters”. Hàm lượng glucose, sucrose, và Tre6P cao hơn đáng kể được quan sát ở gốc chồi thân của cây lúa stp15. Phân tích hệ transcriptome và hệ metabolome của gốc chồi thân lúa chứng minh rằng dòng lúa “OsSTP15 knockout” điều tiết theo kiểu “up” sự biểu hiện của gen có liên quan đến tổng hợp cytokinin (CK)  và chu trình truyền tín hiệu; làm tăng hàm lượng CK levels.

 

Kết quả này gợi ra rằng “OsSTP15 knockout” ức chế sự xuất ra glucose từ dịch tế bào chất  và đồng thời làm tăng sự vận chuyển đường từ lá lúa đến gốc chồi thân bằng cách tăng cường sự tổng hợp sucrose và Tre6P tại lá lúa. Sự tích lũy sau đó của glucose, sucrose, và Tre6P tại gốc chồi thân  làm tăng cường sự đẻ nhánh bởi kích hoạt chu trình truyền tín hiệu CK.

 

Xem https://nph.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/nph.19411

Khảo sát thị trường gạo có vitamin A, vitamin D, calcium, và potassium tại Hoa Kỳ

 Khảo sát thị trường gạo có vitamin A, vitamin D, calcium, và potassium tại Hoa Kỳ

Nguồn: Violeta Sevillano Pires, Joseph Zuklic, Jeanmaire Hryshko, Patricia Hansen, Marc Boyer, Jason Wan, Lauren S Jackson, Amandeep K Sandhu, Benjamin W Redan. 2023. Market Basket Survey of the Micronutrients Vitamin A, Vitamin D, Calcium, and Potassium in Eight Types of Commercial Plant-Based Milk Alternatives from United States Markets. ACS Food Sci Technol.; 2023 Jan 20; 3(1):100-112. doi: 10.1021/acsfoodscitech.2c00317.

 

Người ta đã thực hiện điều tra “giỏ thị trường” (market basket survey) về các nông sản thay thế sữa làm từ thực vật (PBMAs) tại thị trường Hoa Kỳ đối với vitamin A, vitamin D, calcium, và potassium để xác định số lượng và biến động của những chất vi dinh dưỡng này thông qua nhiều PBMAs khác nhau. Những loại hình PBMA bao gồm trong phân tích này là hạnh nhân (almond), điều, dừa, cây gai dầu (hemp), yến mạch, đậu Hà Lan, lúa và đầu nành (n=90 tổng sản phẩm). Phân tích đối với vitamin A (retinyl palmitate), vitamin D2/D3, và khoáng chất được thực hiện bằng sắc ký lỏng hiệu năng cao, sắc ký lỏng khối phổ lồng ghép, và phương pháp quang phổ khối plasma liên kết cảm ứng, theo thứ tự. Phần lớn các loại hình PBMA có khác biệt ý nghĩa về thống kê (P<0.05) về số lượng micronutrients tồng số qua cá thương hiệu. Hệ số biến thiên (%CV) đối với hàm lượng micronutrient trong cùng một “lot” của một thương hiệu biến thiên 4.1-42.2% đối với vitamin A, 1.5-44.1% đối với vitamin D, 1.7%-37.6% đối với calcium, và 0.7%-39.0% đối với potassium. Sự đa dạng của những vi chất dinh dưỡng nên được tính đến khi xem xét giá trị dinh dưỡng của PBMAs nào đó.

 

Xem https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/36712962/

Phát hiện ra một hormone có thể thúc đẩy sự tăng trưởng thực vật lên 30%

  Phát hiện ra một hormone có thể thúc đẩy sự tăng trưởng thực vật lên 30%

Từ trái sang phải tiến sỹ Omkar Kulkarni, hiện đang nghiên cứu tại phòng thí nghiệm L'Oréal – SCELSE; Samantha Phua, nghiên cứu sinh tại NUS và SCELSE; PGS. Sanjay Swarup, nghiên cứu viên chính tại Trung tâm Nghiên cứu Nông nghiệp Đô thị Bền vững (SUrF) thuộc Khoa Khoa học NUS và phó giám đốc Nghiên cứu tại SCELSE.  Nguồn: SCELSE.

 

Phát hiện này góp phần vào đảm bảo an ninh lương thực bền vững trên nhiều loại đất và cây trồng khác nhau.

 

Các nhà khoa học từ Đại học Quốc gia Singapore (NUS) và Trung tâm Kỹ thuật Khoa học Đời sống Môi trường Singapore (SCELSE) đã phát hiện ra một hoạt chất từ tự nhiên hoạt động mạnh mẽ chống lại các thách thức trong sản xuất nông nghiệp ngày nay như sử dụng vi sinh vật nông nghiệp hay hóa chất nông nghiệp có nguồn gốc tự nhiên có thể tăng cường tổng hợp mạnh mẽ giữa cây trồng và vi khuẩn, cải thiện năng suất cây trồng.

 

Trong một nghiên cứu được thực hiện 5 năm kể từ năm 2018, các nhà khoa học đã phát hiện ra một loại hormone được thực vật tiết ra trên bề mặt đất trong thời kỳ căng thẳng. Một hợp chất hữu cơ dễ bay hơi (VOC), tác dụng của nó chưa từng được biết đến gọi là methyl jasmonate (MeJA). Họ phát hiện MeJa đóng vai trò như một chìa khoá cho phép thực vật cộng hợp với các lớp vi sinh vật bám xung quanh trong đất. 

 

Nhóm nghiên cứu đã thực hiện ba nghiên cứu quan trọng:

 

• Lần đầu tiên các nhà khoa học đã phát hiện ra rễ cây giải phóng MeJA dưới lòng đất ở dạng dễ bay hơi khi sử dụng một hệ thống luồng không khí được thiết kế đặc biệt.
•  
• Sự hiện diện của MeJA dễ bay hơi làm kích hoạt và tăng cường sự hình thành màng sinh học ở vi khuẩn nằm cách xa rễ cây.
•  
• Những vi khuẩn màng sinh học này giải phóng các hợp chất dễ bay hơi khác có thể thúc đẩy tăng trưởng thực vật lên tới 30%.

 

Các phát hiện này đã được trình bày chi tiết trong bài báo khoa học có tiêu đề “Metyl jasmonate dễ bay hơi từ rễ báo hiệu sự hình thành màng sinh học có lợi cho vật chủ bởi hệ vi sinh vật đất” đã được công bố trên tạp chí Nature Chemical Biology vào ngày 13 tháng 11 năm 2023.

 

Phó giáo sư Sanjay Swaruplàm làm việc tại Trung tâm nghiên cứu về nông nghiệp đô thị bền vững (SUrF) thuộc Khoa Khoa học trường đại học quốc gia N(US) và là Phó Giám đốc Trung tâm Kỹ thuật Khoa học Đời sống Môi trường (SCELSE) cho biết: “Phát hiện này rất đa dạng và là chìa khóa cho nông nghiệp bền vững. Việc khai thác các vi khuẩn nông nghiệp này sẽ không chỉ tăng năng suất cây trồng mà còn giảm nhu cầu về đầu vào tổng hợp và giảm thiểu tác động của các biện pháp canh tác hiện đại”.

 

Sau khi phát hiện ra cộng hợp riêng của thực vật và vi khuẩn có lợi, nhóm nghiên cứu đã nộp bằng sáng chế cho việc sử dụng ứng dụng mới này để tăng cường khả năng phục hồi và năng suất của hệ thống nông nghiệp. Kết quả cuối cùng là một thế hệ mới các hóa chất nông nghiệp hoặc các hóa chất có cấu trúc tự nhiên có thể được sử dụng để nâng cao lợi ích cho cây trồng

 

Vi sinh vật nông nghiệp có thể ảnh hưởng đến tăng trưởng thực vật và giải quyết vấn đề an ninh lương thực

 

Khi dân số thế giới được dự đoán sẽ đạt 10 tỷ người vào năm 2050, việc đảm bảo an ninh lương thực cho người dân đã trở thành một trong những thách thức cấp bách nhất hiện nay. Ví dụ, Singapore đã đặt mục tiêu “30 x 30”  có thể đáp ứng  30 % nhu cầu dinh dưỡng của chúng ta vào năm 2030.

 

Để đạt được những mục tiêu này, năng suất nông nghiệp phải khẩn trương ứng phó với những tác động của biến đổi khí hậu, suy thoái đất đai và các hiện tượng thời tiết ngày càng khó lường. Vi sinh vật và hóa chất nông nghiệp dựa trên thiên nhiên như một chiến lược đầy hứa hẹn cho nông nghiệp bền vững hiện nay.

 

Vi sinh vật nông nghiệp bao gồm các cộng đồng vi sinh vật gắn liền với cây trồng và chúng phục vụ trong việc thúc đẩy tăng trưởng thực vật, phòng ngừa bệnh tật và cố định đạm. Chúng cũng giúp giữ cho đất màu mỡ bằng cách phân hủy chất hữu cơ, tái chế chất dinh dưỡng và tạo mùn để giữ độ ẩm. Các cộng đồng vi sinh vật nông nghiệp đa dạng có thể được tìm thấy bên trong màng sinh học, nơi chúng được đưa vào kết hợp trong sản xuất.

 

Mùi vị tỏa ra từ rễ cây tạo ra hiệu ứng lan tỏa tích cực

 

Mùi MeJA VOC có thể tác động đến vi khuẩn từ xa. Điều này là tín hiệu có thể vượt ra ngoài vùng rễ ngay lập tức của thực vật (khu vực xung quanh rễ cây nơi các phân tử hòa tan và dễ bay hơi, tạo điều kiện cho sự giao tiếp giữa thực vật và hệ vi sinh vật liên quan).

 

Đồng tác giả đầu tiên của bài báo, tiến sỹ Omkar Kulkarni, hiện là nhà khoa học nghiên cứu tại phòng thí nghiệm L'Oréal-SCELSE, cho biết: “Thực vật không thể nói chuyện giống chúng ta, nhưng chúng có thể bắt tín hiệu ở khoảng cách xa. Khám phá này sẽ không chỉ mang lại những hiểu biết cơ bản về tương tác giữa thực vật và vi khuẩn mà còn có khả năng mở đường cho các hóa chất nông nghiệp tự nhiên”. Công trình là một phần trong luận án tiến sỹ của ông tại Khoa Khoa học Sinh học thuộc Khoa Khoa học NUS.

 

Tiến sỹ Mrinmoy Mazumder, nhà nghiên cứu của NUS tại SCELSE và là đồng tác giả đầu tiên của bài báo, cho biết thêm: “Tín hiệu qua trung gian VOC giữa thực vật và vi khuẩn vùng rễ kéo dài khoảng cách với sự cộng tác hài hòa của tự nhiên. Khám phá này có ý nghĩa cơ bản và mang tính chuyển đổi đối với khoa học, mang lại cơ hội đi sâu vào những hiểu biết cơ học và phát triển các giải pháp phù hợp để quản lý căng thẳng ở các giống cây trồng đa dạng”.

 

Hoạch định trong tương lai

 

Kế thừa những phát hiện ban đầu, nhóm nghiên cứu sẽ nghiên cứu sâu hơn về bản chất hóa học của các hợp chất được giải phóng ra môi trường xung quanh do các vi sinh vật trong đất nhằm kích thích sự phát triển của thực vật. Nhóm nghiên cứu cũng sẽ thiết kế một cộng đồng vi sinh vật từ hệ sinh thái để khai thác khám phá về cách thực vật tranh thủ sự trợ giúp của các vi khuẩn có lợi trong đất để kích thích sự phát triển của thực vật.

 

Dương Thị Lan Oanh theo Đại học Quốc gia Singapore

Di truyền tính trạng độ bạc bụng hạt gạo

 Di truyền tính trạng độ bạc bụng hạt gạo

Nguồn: Xing Huo, Jian Wang, Luo Chen, Hua Fu, Tifeng Yang, Jingfang Dong, Yamei Ma, Lian Zhou, Jiansong Chen, Dilin Liu, Bin Liu, Junliang Zhao, Shaohong Zhang, Wu Yang. 2023. Genome-wide association mapping and gene expression analysis reveal candidate genes for grain chalkiness in rice. Front Plant Sci.; 2023 Apr 14: 14:1184276. doi: 10.3389/fpls.2023.1184276.

 

Độ bạc bụng hạt gạo là yếu tố chính quyết định giá trị thị trường khi mua bán gạo. Làm giảm độ bạc bụng là mục tiêu quan trọng trong cải tiến giống lúa cao sản có phẩm chất gạo tốt. Xác định những QTLs hoặc những gen điều khiển tính trạng bạc bụng là điều kiện tiên quyết trong chọn giống phân tử (molecular breeding) của cây lúa. Ở đây, người ta thực hiện GWAS (genome-wide association study) để xác định được những QTLs gắn liền với tính trạng bạc bụng của hạt gạo, bao gồm phần trăm hạt bị bạc bụng (PGWC) và mức độ bạc bụng trong nội nhũ (DEC: degree of endosperm chalkiness). Tập đoàn lúa bao gồm 450 mẫu giống, với 300 mẫu giống lúa indica và 150 mẫu giống lúa japonica rice được khảo nghiệm tại 2 địa điểm. Có tất cả 34 QTLs được phân lập, bao gồm 14 QTLs đối với tính trạng PGWC và 20 QTLs đối với tính trạng DEC. Trong đó, có 7 QTLs phổ biến được tìm thấy ở cả hai địa điểm khảo nghiệm, có 8 QTLs quan hệ cùng một lúc với hai tính trạng. Trên cơ sở kết quả phân tích haplotype, phân tích “LD decay”, kết quả chạy RNA-sequencing, kết quả xác định qRT-PCR và so sánh haplotype, người ta ghi nhận có 4 gen (LOC_Os10g36170, LOC_Os10g36260, LOC_Os10g36340 và LOC_Os10g36610) được xem như gen ứng cử viên đối với qDEC-10c1w,2wj , chúng được phân lập ở cả hai địa điểm khảo nghiệm và có ý nghĩa thống kê sinh học cao nhất trong những QTLs mới được xác định. Kết quả này là luận cứ mới về cơ sở di truyền của tính trạng độ bạc bụng hạt gạo và cung cấp nguồn gen để phục vụ chương trình cải tiến giống lúa phẩm chất gạo tốt bằng “molecular breeding”.

 

Xem https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/37123865/

 

Hình: Bản đồ di truyền QTL đối với tính trạng PGWC và DEC thông qua GWAS. Những QTL định vị cùng vị trí được khoanh trong khung hộp có đường chấm chấm. Những chữ cái trên cùng (w, i và j) gắn với 3 quần thể (quần thể chung, quần thể indica và quần thể japonica, theo thứ tự). Ví dụ, qDEC-10c 1w,2wj biểu thị rằng qDEC-10c có thể được xác định tại 2016GZ bởi quần thể chung và 2018YJ bởi quần thể chung và quần thể japonica.

Di truyền tính trạng phẩm chất dinh dưỡng hạt gạo

Di truyền tính trạng phẩm chất dinh dưỡng hạt gạo

Nguồn: Jebi Sudan, Uneeb Urwat, Asmat Farooq, Mohammad Maqbool Pakhtoon, Aaqif Zaffar, Zafir Ahmad Naik, Aneesa Batool, Saika Bashir, Madeeha Mansoor, Parvaze A Sofi, Najeebul Ul Rehman Sofi, Asif B Shikari, Mohd Kamran Khan, Mohammad Anwar Hossain, Robert J Henry, Sajad Majeed Zargar. 2023. Explicating genetic architecture governing nutritional quality in pigmented rice. PeerJ.; 2023 Sep 11: 11:e15901. doi: 10.7717/peerj.15901

 

Lúa là một trong những loài cây lương thực cực kỳ quan trọng cung cấp nguồn calories và dinh dưỡng để giải quyết chỉ số đói toàn cầu trong các nước đang phát triển. Theo phổ dinh dưỡng phổ dinh dưỡng, hạt gạo có màu (pigmented rice grains) được ưa chuộng vì ưu điểm của chúng về dinhd ưỡng và sức khỏe cho nhân loại. Giống lúa có gạo sậm màu rất giàu flavonoids, anthocyanin và pro-anthocyanidin, chúng có thể sẵn sàng phục vụ chế độ ăn kiêng để giúp cho giải quyết nhiều căn bệnh do cuộc sống này phát sinh. Tuy nhiên, canh tác giống lúa có màu hạt khá hạn chế bởi năng suất thấp  và phẩm chất nấu cơm không mấy thuận lợi. Với thế mạnh hiện nay của “genome sequencing”, chọn giống phân tử, phân tích biểu hiện gen và thành tựu có tính chất “multi-omics”, rất nhiều cố gắng trong kiến trúc di truyền của sự hình thành màu sắc hạt gạo. Bài tổng quan này đã tập họp biên soạn những kiến thức cập nhật về kiến trúc di truyền và giá trị dinh dưỡng của sắc tố hạt gạo dựa trên bằng chứng thực nghiệm sẵn có. Những nghiên cứu trong tương lai sẽ có thể giúp cho hiểu biết này càng sâu sắc hơn và giúp cho việc khai thác hiệu quả kinh tế và hiệu quả sức khỏe trong khai thác thành tựu của hạt gạo có màu.

 

Xem https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/37719119/

 

Gen điều tiết sinh tổng hợp tinh bột trong nội nhũ thông qua nhiều yếu tố phiên mã, chữ viết tắt hàm lượng amylose (AC), eating & cooking quality (ECQ: phẩm chất cơm), nutritional quality (NQ: phẩm chất dinh dưỡng) và appearance quality (AQ: chất lượng ngoại hình), granule-bound starch synthase (GBSS), soluble starch synthase (SS) và starch branching enzymes (SBE).