Phân tích eQTL rễ củ khoai lang dự trữ năng lượng và dinh dưỡng

Phân tích eQTL rễ củ khoai lang dự trữ năng lượng và dinh dưỡng

Nguồn: Lei Zhang, Yicheng Yu, Tianye Shi, Meng Kou, Jian Sun, Tao Xu, Qiang Li, Shaoyuan Wu, Qinghe Cao, Wenqian Hou, Zongyun Li. 2020. Genome-wide analysis of expression quantitative trait loci (eQTLs) reveals the regulatory architecture of gene expression variation in the storage roots of sweet potato. Horticulture Research 2020 Jun 1;7:90.  doi: 10.1038/s41438-020-0314-4. eCollection 2020.

Khoai lang (Ipomoea batatas Lam.) là cây trồng lấy củ, thuộc họ Convolvulaceae, có nguồn gốc từ Trung Mỹ và Nam Mỹ, trải rộng toàn thế giới với đặc điểm là cây dễ trồng, hiệu quả năng suất trên đơn vị diện tích đất rất lớn so với những loài khác. Khả năng cung cấp năng lượng rất có hiệu quả, bên cạnh dinh dưỡng protein rất khả quan, và hàm lượng đường bột / ha, với thời gian trồng ngắn, nên nó là cây trồng chiến lược của thế giới. Khảo sát sự điều tiết di truyền của thể hiện gen chức năng rất cần thiết để hiểu được biến dị kiểu hình và sự tiến hóa của loài. Tuy nhiên, người ta rất ít biết về biến dị có tính chất phiên mã của cây khoai lang. Người ta đã tiến hành phân tích các bộ dữ liệu về biến dị trong phiên mã và cơ sở di truyền của củ khoai lang mang chức năng dự trữ nguồn dinh dưỡng. Phân tích dựa trên công cụ di truyền bao gồm 724.438 chỉ thị SNP có độ tin cậy cao và 26.026 gen biểu hiện. Phân tích eQTL (expression quantitative trait locus) cho thấy có  4408 eQTLs điều tiết sự biểu hiện của 3646 gen, bao gồm 2261 eQTLs tại chổ (local) và 2147 eQTLs mang tính chất distant. Hai điểm nóng của distant eQTL được tìm thấy tại những gen đích làm giàu đáng kể sự phân chia chức năng chuyên biệt nhau. Kết hợp thông tin về phân tích mạng lưới điều tiết, eQTLs và bản đồ di truyền kiểu "association”, người ta thấy rằng  IbMYB1- 2 hoạt động như một regulator điều hành và nó là gen chủ lực có chức năng hoạt hóa sự sinh tổng hợp anthocyanin trong củ khoai lang. Đây là thông tin đầu tiên về kiến trúc di truyền của biến thiên trên toàn hệ gen của khoai lang. Nó có thể được dùng để nghiên cứu ảnh hưởng của các biến thể di truyền đối với những tính trạng nông học chủ chốt của cây khoai lang.  Xem: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/32528702/

Di truyền tính kháng sùng đục củ khoai lang

 Di truyền tính kháng sùng đục củ khoai lang

Nguồn: Yinyin Liao, Lanting Zeng, Shunfa Rao, Dachuan Gu, Xu Liu, Yaru Wang, Hongbo Zhu, Xingliang Hou, Ziyin Yang. 2020. Induced biosynthesis of chlorogenic acid in sweet potato leaves confers the resistance against sweet potato weevil attack. Journal of Advanced Research (2020 July) 24:513-522.

Cylas formicarius là đối tượng gây hại rất nghiêm trọng cho canh tác khoai lang trên thế giới, làm củ khoai có vị đắng, có mùi hôi. Cải tiến giống kháng là chiến lược bền vững, với cơ chất biến dưỡng giết chết sùng khoai lang. Người ta tiến hành nghiên cứu di truyền cơ chất biến dưỡng này; bằng cách tiêm vào lá khoai lang chlorogenic acid, rồi phơi nhiễm chúng trong những nghiệm thức nuôi ấu trùng sùng khoai lang, để đánh giá hoạt tính của chất này. Chlorogenic acid đã giúp khoai lang tăng cường tính kháng đáng kể với ấu trùng của sùng khoai lang. Người ta quan sát các liều lượng trên lá khoai, chất chlorogenic acid phản ứng khi có xâm nhiễm của sùng. Để làm rõ tại sao sùng khoai lang điều tiết được sự phát sinh ra chất chlorogenic acid của cây chủ, người ta xem xét những nguyên tố căn bản trong tương tác giữa cây chủ và côn trùng gây hại; tạo vết thương liên tục rồi quan sát những phytohormones tham gia vào quá trình hình thành chlorogenic acid. Theo kết quả này, sùng khoai lang tạo nhiều vết thương liên tục sẽ kích thích nhiều phytohormones, bao gồm jasmonic acid, salicylic acid, và abscisic acid. Những phytohormones ấy có thể điều tiết theo kiểu “up” sự biểu hiện các gen điều khiển hình thành chlorogenic acid, đó là gen IbPAL, IbC4H và IbHQT, giúp quản lý sùng khoai lang trên đồng ruộng. Chlorogenic acid (CGA) có phổ hoạt tính rộng chống được sâu bướm đêm, bù lạch, và bọ cánh cứng. CGA còn giúp cây tăng trưởng và phát triển tốt, làm phát sinh cơ quan chồi thân (shoot organogenesis) và làm chín quả. Thông tin khoa học này rất hữu ích về cơ chết biến dưỡng có trong thiên nhiên “chống sùng khoai lang” khi có sùng tấn công, với cơ chế truyền tín hiệu hết sức sống động. Kết quả này rất hữu ích cho nhà chọn giống để tạo ra giống khoai lang cao sản kháng được sùng. Xem https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S209012322030120X?via%3Dihub

 

Di truyền tính chống chịu khô hạn của khoai lang

 Di truyền tính chống chịu khô hạn của khoai lang

Nguồn: Mohamed Hamed Arisha, Muhammad Qadir Ahmad, Wei Tang , Ya ju Liu , Hui Yan , Meng Kou, Xin Wang, Yungang Zhang & Qiang Li. 2020. RNA‑sequencing analysis revealed genes associated drought stress responses of different durations in hexaploid sweet potato. Scientific Reports, Nature Research: (2020) 10:12573 (17 p.)

Khoai lang tím (PFSP: purple-feshed sweet potato) rất quan trọng vì nguồn dinh dưỡng cao sắc tố anthocyanin. Khô hạn là mối đe doạn lớn để có sản lượng khoai lang bền vững, làm tổn thất năng suất lớn. Do đó, nhóm tác giả này đã tiến hành phân lập những gen có liên quan đến cơ chế chống chịu khô hạn của khoai lang nhờ tiếp cận với công nghệ NGS (next generation sequencing) và TGS (third-generation sequencing). Năm thư viện cDNA được hình thành từ sắc tố lá khoai lang khi cây còn non, với 30% dung dịch polyethylene glycol (PEG-6000) được xử lý trong vòng 0, 1, 6, 12, và 48 giờ đối với công nghệ SGS (second-generation sequencing). Mẫu lá được lấy ở lá thứ ba tính từ trên xuống sau khi cây non được xử 1, 6, 12, và 48 h dưới điều kiện stress khô hạn; để làm nên bộ thư viện phân tử cDNA phục vụ chạy TGS (third-generation sequencing). Tuy nhiên, mẫu lá của nhưng cây chưa xử lý khô hạn cũng được thu thập làm đối chứng. Tổng số chạy trình tự 184.259.679 kết quả “clean reads” trong SGS và TGS. Sau đó, người ta tổng hợp kết quả đọc trình tự lại thành 17.508 unigenes với độ dài phân tử trung bình là 1.783 bp. Trong số 17.508 unigenes ấy, có 642 (3,6%) unigenes không hề khớp với bất cứ phân tử DNA đồng dạng nào (any homologs) trong những cơ sở dữ liệu trước đó. Người ta có thể xem đây là những gen mới. Tổng số có 2, 920, 1.578, và 2.418 unigenes được điều tiết theo kiểu “up” trong thời gian tương ứng là 1, 6, 12, và 48 giờ xử lý stress khô hạn. Tổng số có 3, 834, 2.131, và 3.337 unigenes được điều tiết theo kiểu “down” trong thời gian tương ứng là 1, 6, 12, và 48 giờ xử lý stress khô hạn. Sau 6, 12, và 48 giờ xử lý stress khô hạn, có 540 unigenes điều tiết theo kiểu “up”, 486 unigenes điều tiết theo kiểu “down” và 414 unigenes biểu hiện khác nhau một cách đáng kể. Nhiều họ gen bao gồm gen mã hóa Basic Helix-loop-helix (bHLH), basic leucine zipper (bZIP), Cystein2/Histidine2 (C2H2), C3H, Ethylene-responsive transcription factor (ERF), Homo domain-leucine zipper (HD-ZIP), MYB, NAC (NAM, ATAF1/2, và CUC2), Thiol specifc antioxidant  và WRKY biểu hiện phản ứng tích cực với stress khô hạn. Tổng số có 17.472 chỉ thị SSRs (simple sequence repeats) và and 510.617 chỉ thị SNPs (single nucleotide polymorphisms) được xác định trên cơ sở chạy kết quả transcriptome sequencing của giống khoai lang tím (PFSP). Khoảng 96,55% số trình tự DNA ghi nhận được không thể đọc on-line trong nguồn tài nguyên di truyền khoai lang. Vì vậy, người ta sẽ khắc phục bằng cách làm phong phú hơn phần chú thích di truyền (annotation) và tăng cường nghiên cứu về cơ chế chống chịu khô hạn của khoai lang thông qua công nghệ di truyền. Xem https://doi.org/10.1038/s41598-020-69232-3