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

 

NET locus quy định cả chất lượng hương vị và sự tích lũy dinh dưỡng trong gạo

 NET locus quy định cả chất lượng hương vị và sự tích lũy dinh dưỡng trong gạo 

Lúa (Oryza sativa L.) là một trong những cây trồng quan trọng nhất trên toàn thế giới, cung cấp phần lớn nhu cầu năng lượng cho một nửa dân số toàn cầu. Kinh tế phát triển, đời sống nâng cao khiến nhu cầu về gạo chuyển dần từ đáp ứng nhu cầu “ăn no” sang đáp ứng nhu cầu “ăn ngon” và việc kết hợp hương vị với dinh dưỡng là điều cần thiết cho nhu cầu này. Nhiều nghiên cứu đã tập trung vào việc cải thiện vị ngon và chất lượng nấu (ECQ) của gạo để đáp ứng nhu cầu “ngon”. Tuy nhiên, nỗ lực cải thiện dinh dưỡng toàn diện trong cây lúa vẫn còn manh mún.

Trong một nghiên cứu mới được công bố trên tạp chí Science Bulletin, tận dụng lợi thế của nghiên cứu kết hợp trên toàn bộ bộ gen (mGWAS) và phân tích định vị đặc điểm định lượng chuyển hóa (mQTL), các nhà nghiên cứu đã định vị và mô tả một locus liên quan đến dinh dưỡng hạt gạo - NET (dinh dưỡng, ăn uống, hương vị). Vị trí này kiểm soát cả ECQ của gạo và sự tích lũy nhiều chất dinh dưỡng, bao gồm vitamin, chất béo, axit amin và polyphenol. Hơn nữa, cơ chế điều tiết của NET đã được làm sáng tỏ dựa trên phân tích tin sinh học và các thí nghiệm sinh học phân tử.

Các kết quả về lộ trình thuần hóa cho thấy các vùng NET ở indica và japonica có nguồn gốc từ hai nhóm lúa hoang dại khác nhau, Wild-1 và Wild-2. NET của indica có thể được phát triển từ Wild-1, giữ lại dinh dưỡng cao nhưng hương vị kém do tỷ lệ amylose cao và hàm lượng axit béo thấp.

Wild-2 NET thể hiện bởi japonica cải thiện khả năng tạo cảm giác no và chất lượng hương vị bằng cách giảm tỷ lệ amyloza và tăng hàm lượng axit béo, nhưng quá trình này phải trả giá bằng việc mất nhiều chất dinh dưỡng. Điều này cho thấy hương vị và chất lượng dinh dưỡng chưa được cân bằng một cách hiệu quả trong quá trình lai tạo giống lúa.

Do đó, để đáp ứng mục tiêu “ăn ngon” của con người, cần phải tính đến sự thay đổi các chất dinh dưỡng trong quá trình nhân giống để hương vị đạt được sự tốt nhất của cả hai yếu tố và locus NET dường như là một trong những locus di truyền quan trọng để đạt được mục tiêu này.

Tóm lại, nghiên cứu này làm rõ cơ chế di truyền về những thay đổi của các chất chuyển hóa dinh dưỡng trong quá trình thuần hóa lúa và cung cấp một kế hoạch nhân giống để thu được các giống dinh dưỡng và hương vị lý tưởng.