Loci SUBMERGENCE 1 và ANAEROBIC GERMINATION 1 tương tác trong cây lúa non chống chịu ngập.

 Loci SUBMERGENCE 1 và ANAEROBIC GERMINATION 1 tương tác trong cây lúa non chống chịu ngập.

Nguồn: Rejbana Alam, Maureen Hummel, Elaine Yeung, Anna M. Locke, John Carlos I. Ignacio, Miriam D. Baltazar, Zhenyu Jia, Abdelbagi M. Ismail, Endang M. Septiningsih, Julia Bailey-Serres. 2020. Flood resilience loci SUBMERGENCE 1 and ANAEROBIC GERMINATION 1 interact in seedlings established underwater. Plant Direct; Volume4, Issue7; July 2020; e00240

 

Cây trồng có khả năng chống chịu với nhiều loại hình stress của khí hậu trở nên rất cần thiết để ổ định năng suất cao. Nghiên cứu này đánh giá được sự tương tác giữa hai loci liên quan đến tính trạng làm cây lúa (Oryza sativa L.) sống sót khi bị ngập nước hoàn toàn.

 

ANAEROBIC GERMINATION 1, được viết tắt là AG1, mã hóa protein TREHALOSE 6-PHOSPHATE PHOSPHATASE 7 (TPP7), tăng cường sự huy động các chất tồn trữ trong nội nhũ hạt lúa để thúc đẩy sự vươn dài của trục lá mầm (hollow coleoptile) của hạt thóc khi chúng được gieo sạ thẳng trong ruộng có nước cạn. SUBMERGENCE 1 (SUB1), mã hóa protein có tên là ethylene-responsive transcription factor. Gen SUB1A-1, liên quan đến tính trạng chịu ngập hoàn toàn của cây lúa bởi nó có khả năng giảm sự dị hóa carbohydrate, làm tăng khả năng cây lúa hồi sinh sau khi bị ngập. Tương tác giữa AG1/TPP7 và SUB1/SUB1A-1 được người ta nghiên cứu theo ba kích bản ngập (flooding scenarios); người ta sử dụng quần thể con lai bao gồm 4 dòng NILs (near-isogenic lines) rồi quan sát khả năng tăng trưởng, khả năng sống sót. Quy tụ hai loci không gây ảnh hưởng tiêu cực đến sự nẩy mầm yếm khí hoặc chống chịu ngập ở giai đoạn tăng trưởng (vegetative-stage). Tuy nhiên, giống lúa có hai gen AG1 SUB1 biểu hiện giảm mức độ sống sót hạt khi giống bị ngập cho đến 16 ngày. Muốn hiểu thêm vai trò của TPP7 và SUB1A-1 cũng như tương tác của chúng, các thay đổi tạm thời của carbohydrates và hệ transcriptomes chồi thân được người ta quan sát kỹ trong 4 giống lúa biến thể gì xảy ra tại 2 loci này ở 4 thời điểm, 2 ngày sau khi sạ đến 14 ngày, ngập hoàn toàn. TPP7 làm tăng sự vươn dài trục mang lá mầm, SUB1A-1 làm tăng sự kiện quang tự dưỡng sớm (precocious photoautotrophy), rồi làm hạn chế sự vươnn dài trong nước ngập. Trái lại, khi quy tụ hai loci AG1 và SUB1 biểu hiện tăng trưởng theo chiều dài chậm, chuyển sang quang tự dưỡng, cây sống sót. Kết quả chạy mRNA-sequencing cho thấy có sự điều tiết mang tính chất lệ thuộc thời gian  và đặc trưng cho giống của những phân tử mRNAs gắn kết với sửa lỗi DNA, chu kỳ tế bào, cải biên chromatin, phát sinh học thể plastid, dị hóa và vận chuyển carbohydrate, vươn dài thân mầm, và những tiến trình khác. Tương tác giữa AG1/TPP7 và SUB1/SUB1A-1 có thể tác động sự hình thành mạ non nếu độ sâu mực nước ruộng không quản lý tốt sau khi sạ.

 

Xem https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/pld3.240

 

Hình: Thay đổi hệ transcriptome trong giai đoạn mạ khi xử lý ngập lâu ngày. (a) Xếp nhóm các gen DEGs (log2 FC > |1|; FDR < 0.05) of IR64(AG1), IR64(SUB1), và IR64(AG1,SUB1) với IR64 trong tất cả những ngày bị ngập nước. (b) Xếp nhóm PAM của các gen DEGs theo ngày  so với đối chứng IR64(AG1), IR64(SUB1), và IR64(AG1,SUB1) tương quan đến IR64 2 ngày (transcriptome) (Genotype × Day vs. IR64; GxD). Sự giàu lên GO của những clusters di truyền và các gen liệt kê. Danh sách gen DEGs, log2FC values, và GO.