Chỉnh sửa gen OsDjA2 và OsERF104 giúp cây lúa kháng bệnh đạo ôn

 Chỉnh sửa gen OsDjA2 và OsERF104 giúp cây lúa kháng bệnh đạo ôn

Nguồn: Fabiano T.P.K.Távora, Anne Cécile Meunier, Aurore Vernet, Murielle Portefaix, Joëlle Milazzo, Henri Adreit, Didier Tharreau, Octávio L. Franco, Angela Mehta. 2022. CRISPR/Cas9-Targeted Knockout of Rice Susceptibility Genes OsDjA2 and OsERF104 Reveals Alternative Sources of Resistance to Pyricularia oryzae. Rice Science; Volume 29, Issue 6, November 2022, Pages 535-544

Gen OsDjA2 và OsERF104, mã hóa chaperone protein và APETELA2/ ethylene-responsive factor, theo thứ tự. Chúng là hai gen kích hoạt rất mạnh mẽ trong tương tác giữa cây lúa và nấm gây bệnh đạo ôn, chúng còn có chức năng trong lây nhiễm bệnh cây khi cho “gene silencing”. Người ta ghi nhận knockout gen bằng hệ thống CRISPR/Cas9 đối với OsDjA2 và OsERF104 dẫn đến kết quả cải tiến được tính kháng bệnh đạo ôn. Có tất cả 15 OsDjA2 (62.5%) và 17 OsERF104 (70.8%) cây T₀ (dòng chuyển nạp)  được phân lập từ 24 cây tái sinh đối với từng mục tiêu, rồi sử dụng những thí nghiệm downstream tiếp theo đó. Đánh giá kiểu hình cây T₁ mutant đồng hợp tử không những cho kết quả giảm đáng kể số vết bệnh trên lá mà còn giảm được % diện tích vùng lá bị bệnh, so với đối chứng. Kết quả cho thấy đột biến có chủ đích nhờ hệ thống CRISPR/Cas9 giúp gen gây nhiễm bệnh cây lúa trở thành genkháng bệnh phục vụ hiệu quả chương trình lai tạo giống lúa cao sản kháng đạo ôn.

Xem https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1672630822000762

 

Hình 1. Thiết kế hệ thống CRISPR/Cas9 và xét nghiệm T7EI đối với hoạt động chỉnh sửa gen của sgRNA.

 

Di truyền gen Rc và chỉnh sửa gen “lúa đỏ” thông quan hệ thống CRISPR/Cas9

 Di truyền gen Rc và chỉnh sửa gen “lúa đỏ” thông quan hệ thống CRISPR/Cas9

Nguồn: ZHANG Yuanye, YIN Liying, LI Rongtian, HE Mingliang, LIU Xinxin, PAN Tingting, TIAN Xiaojie, BU Qingyun, LI Xiufeng. 2022. Breeding of Rc Function Restoration Red Rice via CRISPR/Cas9 Mediated Genome Editing. Chinese Journal of Rice Science ›› 2022, Vol. 36 ›› Issue (6): 572-578. DOI: 10.16819/j.1001-7216.2022.211205

Sự phục tráng giống lúa đỏ mang lại cho người ta giá trị vô cùng to lớn, bởi tính chất phẩm chất gạo tốt và tính kháng mạnh mẽ với stress. Công nghệ chỉnh sửa gen CRISPR/Cas9 đã được sử dụng phổ cập để chỉnh sửa được gen Rc, phục tránh tính trạng vỏ bao hạt gạo mày đỏ, và đặt nền tảng cho cơ sở dữ liệu phục vụ cải tiến giống lúa phẩm chất gạo ngon và kháng được stress. Công nghệ CRISPR/Cas9  nhằm chỉnh sửa gen đích Rc với vector pYLCRISPR/ Cas9-Rc-gRNA được thiết kế và chuyển nạp vào cây lúa transgenic với 2 giống Kongyu 180 và Shangyu 453. Kết quả được minh chứng bởi chạy trình tự DNA và đánh giá kiểu hình. Hai dòng đột biến Rc được thu thập. Đối với KY-1, có 4 bases được bỏ đi từ vị trí 1414 bp đến vị trí 1417 bp, phân tử terminator được thay thể bởi phenylalanine. Đối với SY-1, có có một base bị mất ở vị trí 1411 bp, tạo ra kết quả khi chuyển nạp từ terminator đến aspartic acid. Hai loại hình của các vật liệu chỉnh sử gen ấy đã phục tráng lại kiểu hình “red rice” và chống chịu tốt “saline-alkali”. Kỹ thuật CRISPR/Cas9 cho phép thu thập được các dòng lúa đồng hợp với tính trạng “red seed coat”, cung cấp nguồn vật liệu nền phục vụ chó chương trình cải tiếng giống lúa gạo đỏ.

Xem http://www.ricesci.cn/EN/10.16819/j.1001-7216.2022.211205

 

Kiểu hình lúa chống chịu thiếu lân ở Madagascar

 Kiểu hình lúa chống chịu thiếu lân ở Madagascar

Nguồn: Juan Pariasca-Tanaka, Mbolatantely Fahazavana Rakotondramanana, Sarah Tojo Mangaharisoa, Harisoa Nicole Ranaivo, Ryokei Tanaka, Matthias Wissuwa. 2022. Phenotyping of a rice (Oryza sativa L.) association panel identifies loci associated with tolerance to low soil fertility on smallholder farm conditions in Madagascar. PLoS One; 2022 May 18; 17(5):e0262707.  doi: 10.1371/journal.pone.0262707. 

 

Cây lúa (Oryza sativa L.) là nguồn lượng thực chủ lực của Madagascar, nơi đó, nhu cầu lúa trên đầu người cao nhất trên thế giới. Lúa trồng ở Madagascar chủ yếu từ nông hộ nhỏ, đất kém phì nhiêu và không có sự đầu tư phân bón. Hậu quả là năng suất lúa ở mức thấp, chênh lệch năng suất lúa (yield gap) khá lớn trên toàn quốc. Kết quả nghiên cứu đánh giá tài nguyên di truyền giống lúa du nhập từ ngần hàng gen IRRI để xác định những giống cho cho nguồn gen có tiềm năng nhất và các loci liên quan đến tính trạng chống chịu độ phì nhiêu đất thấp (LFT: low soil fertility tolerance) mà tính trạng này có thể được sử dụng để cải tiến giống lúa trong điều kiện canh tác của địa phương. Các mẫu giống lúa được trồng trên ruộng không có phân bón thuộc cao nguyên ở trung tâm của đảo quốc Madagascar. Người ta áp dụng GWAS (genome-wide association study) xác định được  QTL điều khiển tính trạng khối lượng bông lúa trên cây, khối lượng rơm, sinh khối tổng số, ngày trổ bông và chiều cao cây. Người ta tìm thấy những loci tại các vị trí trên nhiễm sắc thể của các gen được biết điều khiển ngày trổ bông (hd1) và chiều cao cây (sd1), minh chứng được các quy trình tính toán của GWAS. Hai QTLs điều khiển khối lượng bông lúa định vị trên nhiễm sắc thể số 5 (qLFT5) và 11 (qLFT11); tính trạng khối lượng bông lớn nhất (superior panicle weight) được xem do những alen thứ yếu điều khiển (minor alleles). Đánh giá kiểu hình chi tiết ở nghiệm thức thiếu P và N cho thấy qLFT11 có liên quan đến sự bù đấp vào tăng trưởng của rễ ở nghiệm thức thiếu dinh dưỡng. Giống cho gen đích (IRIS 313-11949) mang cả alen có ích ở trạng thái minor được người ta xác định và được lai với giống lúa địa phương (X265) vốn rất thiếu những alen này để khởi động chương trình phát triển giống lúa mới thông qua kết hợp với MAS (marker-assisted selection); chọn giống tại ruộng (selection on-farm) trong vùng sinh thái mục tiêu hơn là chọn giống tại viện hoặc trạm trại nghiên cứu như phương pháp cụ thể.

Xem https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/35584097/

 

Di truyền tính trạng chống chịu thiếu lân của lúa hoang Oryza rufipogon

 Di truyền tính trạng chống chịu thiếu lân của lúa hoang Oryza rufipogon

Nguồn: Qianwen Deng, Liangfang Dai, Yaling Chen, Decai Wu, Yu Shen, Jiankun Xie, Xiangdong Luo. 2022. Identification of Phosphorus Stress Related Proteins in the Seedlings of Dongxiang Wild Rice (Oryza rufipogon Griff.) Using Label-Free Quantitative Proteomic Analysis. Genes (Basel); 2022 Jan 4; 13(1):108. doi: 10.3390/genes13010108.

Tính trạng chống chịu thiếu lân (P) của cây lúa là tính trạng phức tạp được điều khiển bởi đa gen. Thông qua kết quả phân tích proteomics, người ta có thể tính trạng chống chịu thiếu lân có liên quan đến proteins trong ngân hàng gen tập đoàn lúa hoang hết sức độc đáo Dongxiang (Oryza rufipogon, DXWR), tập đoàn các mẫu lúa hoang này cho chúng ta kiến thức cơ bản để nghiên cứu cơ chế điều hành gen của nó. Theo nghiên cứu này, phương pháp proteomic cũng như phương pháp liên quan đến cơ sở dữ liệu transcriptome được người ta thực hiện, nhằm xác định những gen tiềm năng độc nhất vô nhị, phản ứng với stress do P thấp trong DXWR ở giai đoạn mạ. Kết quả ghi nhận rằng 3589 protein tích tụ có mức độ khác biệt chuyên tính có ý nghĩa (significant differential accumulation proteins) đã được phân lập giữa nghiệm thức P thấp và P bình thường xét theo kiểu hình rễ lúa của DXWR. Mức độ thay đổi ấy hơn 1,5 lần, bao gồm 60 protein điều tiết kiểu “up” và 15 protein điều tiết kiểu “down”, có 24 thay đổi biểu hiện hơn 1,5 lần trong cơ sỡ dữ liệu transcriptome. Thông qua kết quả phân tích QTLs, có 7 gen tương ứng với những proteins biểu hiện khác biệt nhau có ý nghĩa, người ta xác định được trong nghiên cứu này tuy chưa định tính và người ta thấy sự phân bố các quãng phân tử chứa QTLs liên quan đến tính trạng chống chịu thiếu lân (low P), hai trong những QTLs đó là LOC_Os12g09620 và LOC_Os03g40670 được tìm thấy ở cả hệ transcriptome và hệ proteome. Trên cơ sở phân tích, người ta tìm thấy trong tập đoàn DXWR các mẫu lúa hoang có thể gia tăngmức độ biểu hiện của PAPs (purple acid phosphatases), vị trí màng của phân tử P transporters (PTs), vùng hệ rễ lúa (rhizosphere area), và sự kiện splicing luân phiên, nó có thể làm giảm hoạt tính ROS (reactive oxygen species) để phản ứng với stresss do lân thấp. Nghiên cứu này sẽ cung cấp cho chúng ta nhận thức rất hữu ích về dòng hóa các gen chống chịu thiếu lân có nguồn gốc từ lúa hoang, cũng như làm rõ hơn cơ chế phân tử của chống chịu lân thấp trong tập đoàn DXWR.

Xem https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/35052448/

 

Tương tác giữa ký sinh (nấm đạo ôn) và ký chủ cây lúa

 Tương tác giữa ký sinh (nấm đạo ôn) và ký chủ cây lúa

Nguồn: Basavantraya N Devanna, Priyanka Jain, Amolkumar U Solanke, Alok Das, Shallu Thakur, Pankaj K Singh, Mandeep Kumari, Himanshu Dubey, Rajdeep Jaswal, Deepak Pawar, Ritu Kapoor, Jyoti Singh, Kirti Arora, Banita Kumari Saklani, Chandrappa Anil Kumar, Sheshu Madhav Maganti, Humira Sonah, Rupesh Deshmukh, Rajeev Rathour, Tilak Raj Sharma. 2022. Dynamics of Blast Resistance in Rice- Magnaporthe oryzae Interactions. J. Fungi (Basel).; 2022 May 30;8(6):584. doi: 10.3390/jof8060584.

 

Lúa là mễ cốc cung cấp lương thực cho toàn thế giới với hơn một phân ba dân số phải lệ thuộc vào nó. Sản lượng lúa gạo bị tác động bới nhiều yếu tố bất lợi như bệnh đạo ôn do nấm Magnaporthe oryzae gây ra. Đây là một trong những stress sinh học nguy hiểm nhất, tàn phá mùa màng hết sức nghiêm trọng. Bài tổng quan này thảo luận tầm quan trọng của cây lúa và nấm gây bệnh đạo ôn hiện tại và tương lai, theo ngữ cảnh toàn thế giới, theo sinh học của genomics và sinh học phân tử pathogen gây đạo ôn và cây lúa. Sự tương tác được trình bày trên cơ sở phân tử giữa cây lúa và nấm M. oryzae bởi các mô phỏng khác nhau về tương tác gen. Người ta còn xem xét tỉ mỉ về M. oryzae effector và Avr genes, vai trò của noncoding RNAs trong phát triển bệnh đạo ôn. Những QTLs điều khiển tính kháng bệnh đạo ôn; gen kháng (R); và các alen được phân lập, được dòng hóa, được định tính cũng nằm trong thảo luận của tổng quan. Việc sử dụng QTLs các các gen R  đối với tính kháng bệnh đạo ôn được thảo luận thông quan chọn tạo giống truyền thống và phương pháp transgenic. Cuối cùng, người ta tổng quan lại các ví dụ kinh điển  và những ứng dụng đầy tiềm năng của các công cụ chỉnh sửa gen gần đây nhất, phương pháp quản lý bệnh đạo ôn trên cây lúa.

Xem https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/35736067/

 

Di truyền tính chống chịu khô hạn và kiến trúc rễ lúa

 Di truyền tính chống chịu khô hạn và kiến trúc rễ lúa

Nguồn: Jonaliza L. Siangliw, Burin Thunnom, Mignon A. Natividad, Marinell R. Quintana, Dmytro Chebotarov, Kenneth L. McNally, Jonathan P. Lynch, Kathleen M. Brown³ and Amelia Henry. 2022. Response of Southeast Asian rice root architecture and anatomy phenotypes to drought stress. Front. Plant Sci., 19 October 2022; Sec. Plant Abiotic Stress.
https://doi.org/10.3389/fpls.2022.1008954

Stress khô hạn ở Đông Nam Á ảnh hưởng rất lớn đến sản xuất lúa gạo, hệ thống rễ lúa đóng vai trò quan trọng trong chiến lược tránh stress khô hạn (avoiding drought stress). Trong nghiên cứu này, người ta xem xét mối tương quan giữa kiểu hình và kiểu gen của tính trạng nông học, hình thái học, giải phẩu học trên nhiều vụ lúa trên đồng ruộng. Tập đoàn giống lúa bao gồm hơn 200 mẫu giống của Đông Nam Á (thuộc của 3000 Rice Genomes Project) được tiến hành định tính nhằm mục đích xác định kiểu hình giải phẩu học và hình thái học của rễ lúa có liên quan đến năng suất trong điều kiện có stress khô hạn. Stress khô hạn làm gia tăng một ít đường kính metaxylem và đường kính stele của rễ mắt lóng (nodal roots). Mặc dù có những tương quan trực tiếp rất hiếm hoi giữa kiểu hình rễ và năng suất, nhưng sinh khối chắc chắn có tương quan thuận với số rễ của bộ rễ hình crown (crown root number) và tương quan nghịch với đường kính stele. Các mẫu giống lúa năng suất cao nhất được định tính bởi số rễ của của bộ rễ hình crown và đường kính metaxylem trung bình, đường kính stele nhỏ. Genome-wide association study (GWAS) cho thấy 162 chỉ thị SNPs và 210 chỉ thị SNPs có ý nghĩa liên quan đến các kiểu hình rễ lúa trong hai vụ mùa, theo thứ tự. Xác định được 59 gen ứng cử viên liên quan đến sự phát triển rễ lúa. Gen OsRSL3 được tìm thất trong vùng mục tiêu QTL đối với tính trạng đường kính metaxylem trung bình. Bón chỉ thị SNPs về gen OsRSL3 được tìm thấy, chúng gây ra những thay đổi về amino acid liên quan có ý nghĩa thống kê với kiểu hình rễ lúa. Trên cơ sở phân tích haplotype đối với đường kính “median metaxylem”, các mẫu giống lúa trong thí nghiệm được xếp nhóm thành 5 “allele combinations” để xác định được haplotypes có ý nghĩa nhất. Những gen ứng cử viên và “favorable haplotypes” là thông tin vô cùng có ích để cải tiến di truyền kiểu hình rễ lúa khi bị stress khô hạn.

Xem https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fpls.2022.1008954/full

Quy trình chỉnh sửa hệ gen cây lúa STAR

 Quy trình chỉnh sửa hệ gen cây lúa STAR

Nguồn: Meixia Wang, Fang Yan, Huanbin Zhou. 2022. Understanding the Protocol for targeted modification of the rice genome using base editing. STAR Protocol Volume 3, Issue 4, 16 December 2022, 101865

 

Quy trình này tập trung:

• - Mô tả kỹ thuật nuôi cấy mô nhanh đối với cây lúa.
• - Các bước chuẩn bị CRISPR plasmids và hoàn thiện vector A. tumefaciens để chuyển nạp trong cây lúa
• - Phát sinh ra những đột biến có chủ đích chính xác bằng “adenine base editor”.
• - Đánh giá kiểu gen của cây lúa được chỉnh sửa gen nhằm xác định những đột biến có tiềm năng tại đích đến

Chỉnh sửa các base là phương pháp tiếp cận chính xác trong “genome-editing” mà chỉnh sửa như vậy được ứng dụng rộng rãi để tạo ra SNVs (single-nucleotide variants) trong genomes. Ở đây, người ta giới thiệu một quy trình mới để hoàn thiện adenine tại đích (A) đến thay thế guanine (G) trong cây lúa thông qua cái gọi là “adenine base editor” (viết tắt ABE). Người ta chi tiết hóa trong thiết kế phân tử sgRNA, CRISPR plasmid, phương pháp chuyển nạp nhanh trong cây lúa, và đánh giá kiểu gen cây sự kiện được chỉnh sửa gen. Quy trình này có thể được áp dụng đối với cytosine base editing trong cây lúa.

Xem https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2666166722007456