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

 

Khám phá ra gen quan trọng điều chỉnh chiều dài hạt gạo

 Khám phá ra gen quan trọng điều chỉnh chiều dài hạt gạo

Tương tác vật lý giữa RGL2 và RGB1. Nguồn: Cheng Weimin.   Gần đây, một nhóm nghiên cứu do giáo sư Wu Yuejin từ Viện Khoa học Vật lý Hefei thuộc Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc đứng đầu đã khám phá ra một gen quan trọng có thể ảnh hưởng đến chiều dài hạt gạo bằng cách điều chỉnh sự tăng sinh tế bào, gen RGL2. Điều này cung cấp nguồn gen mới cho việc lai tạo lúa năng suất cao. Những công trình liên quan gần đây đã được công bố trên tạp chí Physiologia Plantarum.   Phân tích kiểu hình của cây đột biến rgl2. Nguồn: Cheng Weimin.   Năng suất cao là một trong những mục tiêu chính trong lai tạo giống lúa và loại hạt như chiều dài và chiều rộng hạt là tính trạng nông học quan trọng ảnh hưởng đến năng suất. Nhóm của Wu đã tìm ra đột biến rgl2 này trong nghiên cứu của họ, mà cho thấy chiều dài hạt ngắn hơn mà không thay đổi chiều rộng hạt thông qua đột biến vật lý.   Phân tích tế bào học cho thấy sự giảm chiều dài hạt chủ yếu là do giảm số lượng tế bào chứ không phải do chiều dài tế bào thay đổi. Lập bản đồ và phân tích chức năng chỉ ra rằng RGL2 mã hóa một protein liên kết với keratin (KAP), được biểu hiện ở mức cao hơn ở bông lúa non. Sự biểu hiện quá mức của RGL2 làm tăng đáng kể chiều dài hạt và tăng năng suất của một cây bằng cách thúc đẩy sự tăng sinh tế bào trong hạt.   Ngoài ra, OsRGL2 tương tác với protein RGB1, cho thấy rằng nó có thể điều chỉnh tích cực loại hạt và năng suất thông qua con đường truyền tín hiệu protein G.   Các nhà nghiên cứu cũng phát hiện ra rằng RGL2 có thể ảnh hưởng đến chiều dài hạt bằng cách điều chỉnh chu kỳ tế bào. Nói một cách đơn giản, RGL2 giúp hạt gạo phát triển dài hơn bằng cách điều chỉnh các gen liên quan đến chu kỳ tế bào và thúc đẩy sự phát triển của nhiều tế bào hơn.   Khám phá này không chỉ giúp chúng ta hiểu sâu hơn về cơ chế di truyền của loại hạt gạo mà còn cung cấp các chiến lược và định hướng mới cho việc lai tạo dựa vào thiết kế phân tử nhằm mục đích đạt năng suất lúa cao.   Nguyễn Tiến Hải theo Phys.org

Điều chỉnh của QTLs kháng bệnh đạo ôn và hệ thống gen từ kết quả phân tích meta-QTL

 Điều chỉnh của QTLs kháng bệnh đạo ôn và hệ thống gen từ kết quả phân tích meta-QTL

Nguồn; Basavantraya Navadagi Devanna, Sumali Sucharita, N C Sunitha, C Anilkumar, Pankaj K Singh, D Pramesh, Sanghamitra Samantaray, Lambodar Behera, Jawahar Lal Katar, C Parameswaran, Prachitara Rout, Selvaraj Sabarinathan, Hosahatti Rajashekara, Tilak Raj Sharma. 2024. Refinement of rice blast disease resistance QTLs and gene networks through meta-QTL analysis. Sci Rep.; 2024 Jul 16; 14(1):16458. doi: 10.1038/s41598-024-64142-0.

 

Bệnh đạo ôn lúa rất phổ biến trên thế giới làm suy giảm nặng nề năng suất lúa. Tính kháng dọc (vertical resistance) được nghiên cứu nhiều cho dù nó không bền vững. Những chùm gen hoặc những QTLs điều khiển tính kháng đạo ôn ghi nhận tính kháng ngang (horizontal resistance) bền vững hơn, rất quan trọng trong cải tiến giống lúa. Theo nghiên cứu này, người ta muốn tinh lọc lại những QTLs đã được báo cáo trước đây và xác định meta-QTLs ổn định (MQTLs) gắn với tính kháng bệnh đạo ôn lúa. Có tất cả 435 QTLs được sử dụng cho nghiên cứu dự án 71 MQTLs trên tất cả 12 nhiễm sắc thể của hệ gen cây lúa. Với 199 gen kháng giả định (putative rice blast resistance genes), người ta xác định có 53 vùng MQTL. Những gen này bao gồm 48 analogs được định tính gen kháng và các protein có liên quan, ví dụ như NBS-LRR, LRR receptor-like kinase, NB-ARC domain, pathogenesis-related TF/ERF domain, elicitor-induced defense và những proteins có trong sự truyền tín hiệu bảo vệ cây lúa. Các vùng MQTL với chùm gen của RGA (resistance gene analogs) được phân lập. Mười lăm MQTLs có ý nghĩa cao nhất bao gồm 29 gen ứng cử viên và các gen được định tính đối với kháng bệnh đạo ôn, ví dụ như Piz, Nbs-Pi9, pi55-1, pi55-2, Pi3/Pi5-1, Pi3/Pi5-2, Pikh, Pi54, Pik/Pikm/Pikp, Pb1 và Pb2.

 

Bên cạnh đó, các gen ứng cử viên này (42) được kết gắn với sự biểu hiện khác nhau (differential expression in silico) trong những phản ứng có tính chất tương thích và không tương thích khi nhiễm bệnh.

 

Bên cạnh đó, gần một nửa số gen trong vùng MQTL mang bản chất orthologous (tương đồng) với các gen trong cây lúa O. sativa loài phụ indica, Z. mays và A. thaliana, chúng xác định tính chất có ý nghĩa của MQTL. Những markers đỉnh cao (liên kết chặt chẽ với gen đích) trong 3 vùng MQTLs có ý nghĩa phân rõ dòng lúa kháng và dòng lúa nhiễm bệnh; chỉ thị phân tử ấy đóng vai trò thay thế đầy tiềm năng (potential surrogates) phục vụ chọn lọc dòng lúa kháng đạo ôn. Những MQTLs này là những ứng cử viên có khả năng cải tiến giống kháng bệnh đạo ôn phổ rộng, bền vững; chúng có thể được sử dụng trong chương trình cải tiến giống lúa.

 

Xem https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/39013915/

 

Hình: Biểu hiện của MQTLs mang những loci di truyền gắn chặt với tính kháng bệnh đạo ôn. Loci màu đỏ là gen kháng, xanh lá cây là RGAs (resistance gene analogs), xanh dương là gen kháng trong mỗi lần mô tả, màu đen là loci với “trait ontology” có liên quan đến tính kháng đạo ôn.

Sản xuất lúa bền vững ở đồng bằng sông Cửu Long từ mô hình An Giang

 Sản xuất lúa bền vững ở đồng bằng sông Cửu Long từ mô hình An Giang

Nguồn: Dung Duc Tran, Edward Park, Can Thu Van, Thien Duc Nguyen, Au Hai Nguyen, Tran Che Linh, Pham Hong Quyen, Duong Anh Tran, Hong Quan Nguyen. 2024. Advancing sustainable rice production in the Vietnamese Mekong Delta insights from ecological farming systems in An Giang Province. Heliyon; 2024 Aug 29; 10(17): e37142. doi: 10.1016/j.heliyon.2024.e37142.15.

 

Lúa gạo là nguồn lương thực chủ yếu của một nửa dân số thế giới. Tại ĐBSCL, Việt Nam, lúa gạo có vai trò sống còn trong an ninh lương thực quốc gia. Tuy nhiên, phần lớn các mô hình thâm canh lúa ở đồng bằng sông Cửu Long mang tính truyền thống, khiến sinh kế của nông dân thiếu tính bền vững, bởi sự thoái hóa đất, ô nhiễm nước do hóa chất, rủi ro về sức khỏe, và thu nhập thấp. Do vậy, người ta cần phải tìm những hệ thống canh tác mới bền vững hơn để thay thế. Công trình này nghiên cứu lợi ích của hai hệ thống sinh thái canh tác, đặc biệt là lúa hữu cơ, lúa xen canh với sen, là giải tháp thay thế cho canh tác truyền thống ở tỉnh An Giang, đầu nguồn sông Mê Kông. Hai hệ thống canh tác này đã và đanh minh chứng được lợi ích lâu dài về kinh tế và xã hội. Mặt khác, người ta giới thiệu sản phẩm gạo ra thị trường với giá cả phải chăng. Hơn nữa, chúng góp phần cải tiến ô nhiễm nguồn nước, cải tiến độ phì nhiêu đất, làm tăng đa dạng sinh học như lớp chim, cá, và loài thực vật so với kết quả của phương pháp canh tác truyền thống. Mặc dù người ta thừa nhận rằng khả năng ngập lũ làm trở ngại đáng kể cho hệ thống canh tác thay thế này, nhưng cơ hội kinh doanh và lợi ích kinh tế xã hội của hệ thống có ưu điểm hơn những hạn chế ấy. Kết quả cung cấp bằng chứng thực hiện mô hình canh tác sinh tái mới trong sản xuất lúa như phương pháp thay thế triển vọng phục vụ sản xuất lúa gạo bền vững, điều ấy có thể giảm thiểu trong hệ thống lúa thâm canh và có thể mở rộng cho các tỉnh bị ảnh hưởng lũ lụt khác.

 

Xem https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/39286112/

Chỉnh sửa gen điều khiển tính kháng bệnh bạc lá lúa

 Chỉnh sửa gen điều khiển tính kháng bệnh bạc lá lúa

Nguồn: Chenhao Li, Bo Liu, Hansong Dong, Bing Yang. 2024. Enhancing resistance to bacterial blight in rice using CRISPR-based base editing technology The Crop Journal; Available online 21 September 2024

 

Bệnh bạc lá lúa do vi khuẩn  Xanthomonas oryzae pathovar oryzae (Xoo) gây ra, là mối lo ngại rất lớn đối với canh tác lúa tại châu Á và Tây Phi. Cải tiến giống lúa cao sản kháng bệnh bạc lá là yêu cầu bức thiết trong chương trình cải tiến giống lúa và giúp đỡ cho nông hộ nhỏ canh tác lúa. TALes (Transcription Activator-Like effectors) là yếu tố chính của độc tố vi khuẩn Xoo, với một vài gen đích gắn với tính nhiễm bệnh (S) ví dụ như gen sugar transporter SWEET  của cây lúa. Trong số các gen ấy, SWEET14 là gen S quan  trọng, với khả năng promoter của nó được kết gắn bởi TALe TalC có mặt  trong tất cả chuỗi trình tự của nhiều mẫu phân lập Xoo thu thập tại châu Phi. Trong nghiên cứu này, người ta sử dụng hệ thống chỉnh sửa gen CRISPR/Cas9 trên cơ sở cytidine and adenine base editors để thay đổi EBE (effector binding element) của TalC trong promoter của gen SWEET14 – giống lúa Kitaake, IR24, và Zhonghua 11. Đột biến gốc C thành T làm cho EBE thay đổi giúp suy giảm biểu hiện gen SWEET14 bởi chủng nòi vi khuẩn Xoo mang TalC, kết quả là biểu hiện tính kháng bệnh đối vởi chủng nòi vi khuẩn Xoo Kitaake châu Phi phụ thuộc vào TalC về độc lực. Trái lại, đột biến gốc A thành G, giữ lại SWEET14 tính cảm ứng và tính nhiễm bệnh với vi khuẩn Xoo trong các dòng chỉnh sửa gen. Quan trọng là, không có đột biến không chủ đích được tìm thấy tại các vị trí dự đoán, và các dòng chỉnh sửa gen biểu hiện không có khiếm khuyết nào đối với những tính trạng nông học chính của giống lúa Kitaake. Kết quả nhấn mạnh tính hiệu quả của hệ thống chỉnh sửa gen này đối với sinh học phân tử và cải tiến giống lúa.

 

Xem https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2214514124001831

 

Độc lực của TalC tùy thuộc vào sự cảm ứng của gen SWEET14 .

Hiệu suất trên đồng ruộng và phát thải “nitrous oxide” của dòng lúa biến đổi gen có hiệu quả sử dụng N cao tại vùng trồng lúa nhiệt đới

 Hiệu suất trên đồng ruộng và phát thải “nitrous oxide” của dòng lúa biến đổi gen có hiệu quả sử dụng N cao tại vùng trồng lúa nhiệt đới

Nguồn: Atmitri Sisharmini, Anicetus Wihardjaka, Wening Enggarini, Aniversari Apriana, Aris Hairmansis & Bahagiawati Amirhusin. 2024. Field performance and nitrous oxide emissions of transgenic nitrogen use efficient rice lines cultivated in tropical paddy fields. Transgenic Research; Published: 13 September 2024

 

Phân nitrogen (N) chiếm phần lơn giá đầu vào trong sản xuất lúa, và việc lạm dụng nó đã và đang gây ra ô nhiễm. Phát triển giống lúa có tính trạng cải tiến hiệu quả sử dụng nitrogen (NUE) rất cần thiết để duy trì tính bền vững của sản xuất lúa. Nghiên cứu nhằm mục đích đánh giá hiệu quả của giống lúa transgenic Kitaake, Oryza sativa japonica, biểu hiện gen đích từ lúa mạch (Hordeum vulgare), gen này mã hóa alanine aminotransferase (gen HvAlaAT) phản ứng với nhiều mức độ bón N khác nhau trong điều kiện đồng ruộng nhiệt đới. Kết quả chứng minh rằng sử dụng giống lúa transgenic có gen Kitaake NUE làm năng suất lúa tăng 41% so với giống Kitaake nguyên thủy. Giống Kitaake NUE chuyển nạp gen biểu hiện mạnh mẽ gen HvAlaAT làm cho cây lúa hấp thu N cao hơn và thu được hiệu quả sử dụng đạm tốt hơn so với đối chứng, trong khi, nó duy trì được phát thải khí N2O thấp hơn. Sự giảm phát thải khí N2O của giống Kitaake NUE so với giống Kitaake nguyên thủy biến thiên từ 37.5 đến 96.3%. Giống lúa biến đổi gen Kitaake NUE trong nghiên cứu này là nguồn vật liệu cho gen đích để cải tiến hiệu quả sử dụng phân đạm của loài phụ indica nhằm thích ứng tốt hơn trong điều kiện canh tác lúa nhiệt đới.

 

Xem https://link.springer.com/article/10.1007/s11248-024-00410-z

Gen ứng cử viên điều khiển tính trạng dạng hạt gạo trên cơ sở GWAS

Gen ứng cử viên điều khiển tính trạng dạng hạt gạo trên cơ sở GWAS

 Nguồn: Wei Xin, Ning Chen, Jiaqi Wang, Yilei Liu, Yifeng Sun, Baojia Han, Xinghua Wang, Zijie Liu, Hualong Liu, Hongliang Zheng, Luomiao Yang, Detang Zou & Jingguo Wang. 2024. Candidate gene analysis of rice grain shape based on genome-wide association study. Theoretical and Applied Genetics; September 29 2024; vol.137; article 241

 

Mười ba QTLs gắn liền với tính trạng dạng hạt gạo định vị trên nhiễm sắc thể được phát hiện nhờ GWAS (genome-wide association study). LOC_Os01g74020, gen ứng cử viên giả định cùng định vị tại quãng phân tử QTL-qGSE1.2, đười người ta phân lập và minh chứng.

 

Tính trạng dạng hạt gạo (GS: grain shape) là tính trạng chủ chốt có ảnh hưởng đến năng suất và phâm chất lúa. Người ta tiến hành xác định các gen có liên quan đến GS và làm rõ cơ chế sinh lý, sinh hóa và sinh học phân tử; điều này rất quan trọng cho cải tiến giống lúa. Theo đó,  người ta thực hiện GWAS trên cơ sở 1.795.076 chỉ thị phân tử SNPs và 3 tính trạng có liên quan đến  GS,: chiều dài hạt (GL), chiều rộng hạt (GW) và khối lượng 1.000 hạt (TGW), trong tập đoàn giống lúa tự nhiên gồm 374 mẫu giống. Có tổng cộng 13 quantitative trait locus (QTLs) liên quan đến tính trạng GL, GW và TGW được xác định, theo thứ tự, hai QTLs (qGSE1.2 và qGSE5.3) liên quan đến tính trạng GL và TGW. Một gen chủ chốt được biết về tính trạng GS  là GW5, gen này có trong quãng phân tử chứa qGSE5.3. Kết quả qRT-PCR cho thấy: LOC_Os01g74020 (OsGSE1.2) được xác định là gen ứng cử viên của tính trạng GS. Phân tích chức năng gen OsGSE1.2 cho thấy chiều rộng của tế bào “vỏ trấu: glume” và tính trạng GW đã giảm đáng kể, trong khi, chiều dài tế bào vỏ trấu, tính trạng GL, TGW và tính trạng năng suất gia tăng đáng kể trong dòng lúa đột biến bởi knockout gen OsGSE1.2. Gen OsGSE1.2 có ảnh hưởng đến chiều dài hạt thông qua ức chế sự kéo dài của tế bào vỏ trấu và là một gen điều tiết mới tính trạng GS. Kết quả nghiên cứu đặt nền tảng cho chiến lược “molecular breeding” để cải tiến tính trạng GS và làm tăng năng suất lúa và lợi nhuận.

 

Xem https://link.springer.com/article/10.1007/s00122-024-04724-8

Cơ chế tính kháng bệnh bạc lá lúa thông qua phytohormones

Cơ chế tính kháng bệnh bạc lá lúa thông qua phytohormones

Nguồn: Qianqian Zhong, Yuqing Xu, Yuchun Rao. 2024. Mechanism of Rice Resistance to Bacterial Leaf Blight via Phytohormones. Plants (Basel); 2024 Sep 10; 13(18):2541. doi: 10.3390/plants13182541.

 

 

Lúa là cây lương thực quan trọng bậc nhất trên thế giới, và tổn thất về năng suất lúa dẫn đến đe dọa an ninh lương thực toàn cầu. Tuy nhiên, nhiều sâu bệnh hại lúa đang đặt ra nguy cơ rất lớn cho an ninh lương thực ấy. Trong đó, vi khuẩn gạy bệnh bạc lá (BLB) là Xanthomonas oryzae pv. oryzae (Xoo) trở nên nghiêm trọng bậc nhật đe dọa an ninh lương thực thế giới này, bệnh tạo ra một yêu cầu cực trọng ngày càng tăng trong nghiên cứu giống kháng bệnh. Phytohormones được biết có liên quan rất rộng lớn đến tính kháng bệnh như vậy, ví dụ như auxin, abscisic acid (ABA), ethylene (ET), jasmonic acid (JA), và salicylic acid (SA). Trong những năm gần đây, người ta có nhiều đột phá trong nghiên cứu phân tích cơ chế điều tiết di truyền của tính kháng bệnh BLB trong hệ gen cây lúa. Bài tổng quan này, người ta tổng hợp hàng loạt những thành tựu của phytohormones trong tính kháng bệnh BLB của cây lúa vào những năm gần đây, những gen đích và gen trong lộ trình truyền tín hiệu được tổng hợp có hệ thống, chiến lược chọn tạo giống kết hợp với mạng lưới điều hóa phytohormones với kỹ thuật chọn giống hiện đại được người ta kiến nghị rõ ràng, với ý định áp dụng chiến lược này qua chọn giống phân tử và liệt kê vai trò tham chiếu trong chiến lược tạo tính kháng bệnh được cải tiến có chiều sâu.

 

Xem https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/39339516/

 

Hình: Tiến trình xâm nhiễm vào cây lúa của vi khuẩn Xoo.

Yếu tố phiên mã IDD10-NAC079 điều tiết tính kháng bệnh đốm vằn của cây lúa

 Yếu tố phiên mã IDD10-NAC079 điều tiết tính kháng bệnh đốm vằn của cây lúa

Nguồn: Zhuo Li, Huan Chen, De Peng Yuan, Xu Jiang, Zhi Min Li, Si Ting Wang, Tian Ge Zhou, Hong Yao Zhu, Qiang Bian, Xiao Feng Zhu, Yuan Hu Xuan. 2024. IDD10-NAC079 transcription factor complex regulates sheath blight resistance by inhibiting ethylene signaling in rice. J Adv Res.; 2024 May 31:S2090-1232 (24) 00222-4. doi: 10.1016/j.jare.2024.05.032. 

 

Nấm Rhizoctonia solani Kühn là một pathogen gây ra bệnh đốm vằn cho cây lúa (ShB). Ammonium transporter 1 (AMT1) làm tăng cường tính kháng của cây lúa đối với bệnh ShB thông qua hoạt động tích cực truyền tín hiệu của ethylene. Tuy nhiên, người ta không biết làm thế nào AMT1 hoạt hóa được truyền tín hiệu của ethylene.

 

Nghiên cứu này nhằm mục đích xác định mô hình tương tác domain 10 (IDD10) - NAC079 để xem xét một cách khoa học ethylene truyền tín hiệu theo cách thức như vùng cận dưới của truyền tín hiệu ammonium và cách thức cây lúa kháng được bệnh đốm vằn trên cơ sở ammonium.

 

Người ta tiến hành chạy RT-qPCR để xác định được các mức độ biểu hiện tương đối của gen có liên quan đến nitrogen và ethylene. Áp dụng phương pháp “Yeast two-hybrid”, “Bimolecular fluorescence complementation” (BiFC) và “Co-immunoprecipitation” (Co-IP) để làm rõ tương tác của IDD10-NAC079-calcineurin B-like với protein kinase 31 (CIPK31) một phức của yếu tố phiên mã. Kết quả “Yeast one-hybrid assay”, “Chromatin immunoprecipitation (ChIP) assay”, và “Electrophoretic mobility shift assay” (EMSA) xác minh được khi nào ETR2 được kích hoạt bởi IDD10 và NAC079. Xét nghiệm “định lượng ethylene” nhằm xác minh được hàm lượng ethylene có trong cây lúa transgenic IDD10. Phân tích di truyền để tìm thấy được phản ứng của IDD10, NAC079 và CIPK31 khi bị bệnh đốm vằn tấn công.

 

Kết quả ghi nhận rằng:  IDD10-NAC079 hình thành nên một phức protein phiên mã kích hoạt ETR2 để ức chế truyền tín hiệu ethylene đề điều tiết một cách tiêu cực tính kháng bệnh ShB. CIPK31 tương tác và thực hiện phosphoryl hóa NAC079 nhằm tăng cường hoạt động phiên mã tích cực của nó. Bên cạnh đó, sự hấp thu ammonium trên cơ sở AMT1 và sự đồng hóa N ngay sau đóngăn cản được sự biểu hiện của IDD10 và CIPK31 để hoạt hóa sự truyền tín hiệu ethylene, mà truyền tín hiệu ấy làm điều tiết một cách chủ động tính kháng bệnh ShB.

 

Như vậy, kết quả nghiên cứu đã xác định được đường liên kết giữa ammonium và sự truyền tín hiệu ethylene; cải tiến được suy nghĩ của chúng ta về cơ chế kháng bệnh đốm vằn của cây lúa.

 

Xem https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38825317/

Phổ biểu hiện polyadenyl hóa có tính chất tuần tự về tính kháng và tính nhiễm bệnh bạc lá lúa (Oryza sativa L.) thông qua kỹ thuật “RNA-seq”

 Phổ biểu hiện polyadenyl hóa có tính chất tuần tự về tính kháng và tính nhiễm bệnh bạc lá lúa (Oryza sativa L.) thông qua kỹ thuật “RNA-seq”

Nguồn: Shaochun Liu, Shuqi Luo, Dewei Yang, Junying Huang, Xinlei Jiang, Shangwei Yu, Junru Fu, Dahu Zhou,

 Xiaorong Chen, Haohua He, Haihui Fu. 2024. Alternative polyadenylation profiles of susceptible and resistant rice

(Oryza sativa L.) in response to bacterial leaf blight using RNA-seq. BMC Plant Biol.; 2024 Feb 28; 24(1):145. doi: 10.1186/s12870-024-04839-6.

 

Thuật ngữ APA được viết tắt từ chữ “alternative polyadenylation” (polyadenyl hóa thay đổi luân phiên) là một hợp phần quan trọng trong điều tiết sau khi phiên mã của gen hiện hữu phổ biến trong sinh vật bậc cao eukaryotes, bao gồm tiến trình sinh lý thực vật và phát sinh bệnh. Tuy nhiên, rất thiếu các nghiên cứu về vai trò của “APA profile” trong bệnh bạc lá lúa.

 

Trong nghiên cứu này, tác giả so sánh “APA profile” của giống lúa nhiễm bệnh bạc lá (CT 9737-613P-M) và giống lúa kháng bệnh (NSIC RC154) kèm theo chủng bệnh nhân tạo. Thông quan phân tích mức độ phong phú của gen đích, người ta thấy các gen này từ hai giống lúa nói trên biểu hiện điển hình các vị trí theo khoảng cách của poly(A) (PA); các vị trí ấy có vai trò rất khác nhau tùy theo loại hình của 2 giống, có cơ chế điều tiết APA khác biệt. Trong tiến trình này, nhiều gen kháng bệnh BB biểu hiện nhiều phân tử transcripts thông qua APA. Bên cạnh đó, người ta còn thấy co 5 yếu tố mang tính chất polyadenyl hóa của các hợp phần giống nhau khi biểu hiện trong cây lúa, phác thảo ra vai trò cựa trọng của năm yếu tố nói trên khi cây lúa phản ứng với sự xâm nhiễm của bệnh bạc lá về locus PA hết sức đa dạng.

 

Đáng chúy ý là, nghiên cứu này cung cấp những thay đổi cơ học lần đầu tiên về APA của cây lúa trong phản ứng đầu tiên với stress sinh học và đề ra rằng có một liện hệ của APA trong phản ứng miễn nhiễm thực vật, phản ứng này đặt ra một luận điểm căn bản về sự xác định có chiều sâu  vai trò của những sự kiện APA trong phản ứng với stress của cây và các tiến trình sống khác nữa.

 

Xem https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38413866/

 

Hình: Phổ biểu hiện của vị trí poly(A)(PA) thuộc tính trạng kháng bệnh và tính trạng nhiễm bệnh.

Con đường mới để cảm nhận nhiệt độ lạnh được xác định ở lúa

 Con đường mới để cảm nhận nhiệt độ lạnh được xác định ở lúa

Một gen có tên là COLD6 góp phần vào khả năng chịu lạnh ở lúa, có khả năng cung cấp một con đường sử dụng thiết kế phân tử để lai tạo giống lúa có khả năng chống chịu lạnh tốt hơn. Nghiên cứu này được công bố trên tạp chí Molecular Cell của Cell Press.

 

 

“Thiệt hại do lạnh là một thách thức lớn trong sản xuất lúa và việc xác định các mô-đun gen chính trong các con đường truyền tín hiệu là một bước quan trọng để giải quyết vấn đề này”, tác giả nghiên cứu cấp cao Kang Chong của Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc cho biết. “Nghiên cứu của chúng tôi tập trung vào việc khám phá cơ chế phân tử đằng sau phản ứng của cây trồng đối với căng thẳng lạnh. Chúng tôi hy vọng cải thiện khả năng chịu lạnh thông qua thiết kế phân tử và cuối cùng là ổn định năng suất ngay cả khi chịu lạnh”.

 

Lúa đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo an ninh lương thực toàn cầu. Với hơn 15 triệu ha diện tích trồng lúa đã bị ảnh hưởng bởi giá lạnh do biến đổi khí hậu, nhiệt độ thấp đặt ra thách thức đáng kể đối với việc trồng lúa ở 24 quốc gia. Do đó, một mục tiêu chính trong nông nghiệp là phát triển các giống lúa có khả năng chịu lạnh tốt hơn thông qua thiết kế phân tử.

 

Mặc dù người ta biết rằng các cảm biến nhiệt độ kích hoạt tín hiệu Ca2+ để truyền khả năng chịu lạnh trong tế bào, nhưng ít ai biết về các cảm biến kết hợp với các thông điệp khác.

 

“Từ lâu người ta cho rằng các cảm biến lạnh kết hợp với các ion canxi để kích hoạt nhận thức nhiệt độ trong tế bào”, Chong nói. “Nghiên cứu của chúng tôi tiết lộ một con đường mới về nhận thức nhiệt độ trong tế bào. Chúng tôi phát hiện ra rằng một mô-đun COLD6-OSM1 định vị trên màng huyết tương đã kích hoạt sản xuất phân tử tín hiệu 2',3'-cAMP, ngoài tín hiệu canxi, để bắt đầu phản ứng phòng vệ với nhiệt độ thấp”.

 

Trong nghiên cứu mới, Chong và các đồng nghiệp đã xác định được một phức hợp cảm biến lạnh bao gồm phân kỳ chịu lạnh 6 (COLD6) và protein giống osmotin (OSM1). Trong điều kiện bình thường, COLD6 tương tác với tiểu đơn vị α của protein G ở gạo (RGA1) tại màng huyết tương. Trong điều kiện lạnh, OSM1 liên kết vật lý với COLD6, đẩy RGA1 ra ngoài. Quá trình này, cùng với sự gia tăng OSM1, dẫn đến sự gia tăng mức 2',3'-cAMP, cuối cùng là tăng cường khả năng chịu lạnh ở lúa.

 

Các cơ chế truyền tín hiệu này cũng có thể áp dụng cho các loại cây trồng khác, cải thiện khả năng chịu lạnh của chúng. Tuy nhiên, cần có thêm nhiều nghiên cứu để xác định cơ chế chính xác nằm bên dưới mô-đun COLD6-OSM1.

 

Các nhà nghiên cứu đã chứng minh rằng đột biến gen và biến thể tự nhiên của COLD6 ở lúa lai làm tăng khả năng chịu lạnh. Các phát hiện cho thấy biến thể alen ở COLD6 đóng vai trò trong quá trình thích nghi về mặt địa lý với nhiệt độ tăng trưởng.

 

Theo các tác giả, kết quả phù hợp với bằng chứng phân tử về quá trình thuần hóa lúa, cho thấy một số lượng lớn alen thuần hóa có nguồn gốc từ lúa hoang ở Nam Á và Đông Nam Á.

 

“Nhìn chung, những phát hiện của chúng tôi gợi ý các chiến lược mới để lai tạo các giống lúa chịu lạnh”, Chong nói. “Bằng cách hiểu được cách thức hoạt động của phức hợp COLD6-OSM1, các nhà lai tạo có khả năng phát triển lúa để ổn định năng suất ngay cả khi chịu thiệt hại do lạnh, điều này rất quan trọng khi nhiệt độ toàn cầu dao động”.

 

TP - Mard, theo Sciencedaily