Bản đồ di truyền locus mới Ra điều khiển tính kháng bệnh siêu vi A trên khoai tây (Solanum tuberosum L.)

 Bản đồ di truyền locus mới Ra điều khiển tính kháng bệnh siêu vi A trên khoai tây (Solanum tuberosum L.)

Nguồn: Wei Huang, Jie Zheng, Bihua Nie, Jiana Li, Ruhao Chen, Xianzhou Nie, Zhen Tu, Kyle Gardner, Jiaru Chen, Manhua Yang, Jingcai Li, Jianke Dong, Hui Ma & Botao Song. 2024. Mapping of a novel locus Ra conferring extreme resistance against potato virus A in cultivated potato (Solanum tuberosum L.). Theoretical and Applied Genetics; August 2024; vol.137; article 198

 

Gen Ra cực kháng “potato virus A” được người ta lập bản đồ di truyền trên nhiễm sắc thể 4 của hệ gen khoai tây.

 

Potato virus A (PVA) là một trong những siêu vi chính ảnh hưởng nghiêm trọng đến canh tác khoai tây trên toàn thế giới, có thể gây ra triệu chứng bệnh nặng, mất năng suất. Trước đây, người ta ta đã xác định giống khoai tây Barbara mang gen kháng Rysto (kiểu gen: Ryryryry) và gen Ra (kiểu gen: Rararara); chúng điều khiển tính kháng một cách độc lập với kiểu kháng cực mạnh (extreme resistance) đối với PVA. Nghiên cứu này được tiến hành nhằm khai thác sự kết hợp của NGS (next-generation sequencing) và BSA (bulked-segregant analysis). Người ta định vị đượcgen mới Ra trên nhiễm sắc thể 4 thông qua sử dụng nguồn vật liệu “quần thể con lai khoai tây tứ bội BC1” dẫn xuất từ dòng con “Ry-free” (Rararararyryryry) của giống khoai tây Barbara (RarararaRyryryry) × F58050 (rararararyryryry). Sử dụng 29 chỉ thị phân tử InDels (insertion–deletion) quyet1 trên nhiễm sắc thể 4, gen Ra nằm trong quãng giữa 2 chỉ thị InDel liên kết gần nhất là M8-83 và M10-8, khoảng cách di truyền là 1,46 cM, tương ứng với vùng có kích thước phân tử 1,86-Mb trong hệ gen tham chiếu khoai tây DM. Chỉ thị InDel này là M10-8, liên kết chặt chẽ với tính kháng bệnh siêu vi A (PVA) của quần thể con lai phân ly gen “Ry-free”, được thanh lọc sau đó để xe xét 43 dòng vô tính khoai tây tứ bội mang gen Rysto-free. Kiểu hình đối với bệnh PVA tương quan có ý nghĩa với marker, mặc dù có dương tính giả là 9,3% và tỷ lệ âm tính giả là 14,0%. Kết quả này rất quan trọng phục vụ dòng hóa gen Ra và khai thác chọn giống nhờ chỉ thị phân tử để có giống khoai tây kháng bệnh PVA.

 

Xem https://link.springer.com/article/10.1007/s00122-024-04705-x

Phân tích transcriptome xem mức độ biểu hiện gen điều khiển tính kháng bệnh mốc sương khoai tây

Phân tích transcriptome xem mức độ biểu hiện gen điều khiển tính kháng bệnh mốc sương khoai tây

Nguồn: Nisha Bhatia, Jagesh Kumar Tiwari, Chandresh Kumari, Rasna Zinta, Sanjeev Sharma, Tanuja Buckseth, Ajay K Thakur, Rajesh K Singh, Vinod Kumar. 2024. Transcriptome analysis reveals genes associated with late blight resistance in potato. Sci Rep.; 2024 Jul 5; 14(1):15501. doi: 10.1038/s41598-024-60608-3.

 

Bệnh mốc sương (late blight) gây thiệt hại nghiêm trọng ngành khoai tây trên toàn thế giới. Nghiên cứu này nhằm tìm ra những gen kháng bệnh mốc sương thông qua phân tích RNA-seq  với thao tác chủng bệnh nhân tạo trong điều kiện kiểm soát ảnh hưởng ngoại cảnh. Theo đó, hai con lai sô ma (potato somatic hybrids: dòng P7 và dòng Crd6) được xem xét cùng với 3 giống khoai tây Kufri Girdhari, Kufri Jyoti và Kufri Bahar (đối chứng). Phân tích transcriptiome cho thấy biểu hiện khác biệt gen có ý nghĩa thống kê (p < 0.05) trong các gen DEGs (differentially expressed genes), chúng được phân tích cả gen điều tiết kiểu “up” và kiểu “down”. Hơn nữa, DEGs được định tính theo chức năng thông qua công cụ Gene Ontology annotations và Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes pathways. Nhìn chung, một vài gen điều tiết kiểu “up” có trong dòng giống khoai tây kháng bệnh mã hóa protein như CC-NBS-LRR resistance protein, ankyrin repeat family protein, cytochrome P450, leucine-rich repeat family protein/protein kinase family, và MYB transcription factor. Phân tích đa dạng chuỗi trình tự trên cơ sở 38 chuỗi trình tự peptide đặc trưng cho 18 gen cho thấy có sự biến dị khá xa và sự hiện diện của ba motifs (cấu trúc bậc hai đặc thù) trong trình tự 15 amino acid. Các gen sàng lọc được minh chứng bởi real-time quantitative PCR. Đáng chú ý, những chỉ thị phân tử của biểu hiện gen đã được người ta phát triển thành công để chọn dòng kháng bệnh mốc sương. Kết quả này làm rõ được gen tham gia vào di truyền tính kháng bệnh mốc sương, sẽ là thuận lợi trong chiến lược quản lý bệnh này trong tương lai.

 

Xem https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38969681/

 

“Heat maps” của 50 gen DEGs hàng đầu (differentially expressed genes) (p < 0.05) điều khiển tính kháng bệnh mốc sương khoai tây “dòng somatic hybrid P7” so với “dòng Kufri Bahar” (KB, đối chứng) thông qua “RNA-seq”. Trong “heat map”, mỗi dòng tương ứng với một gen. Các gen điều tiết theo kiểu “up” biểu thị màu đỏ, điều tiết theo kiểu “down” có màu xanh lá cây.

Xác định quy mô toàn hệ gen cây khoai lang, gen mã hóa “U-Box E3 ubiquitin ligases” và vai trò của IbPUB52 trong điều khiển tiêu cực với stress khô hạn

 Xác định quy mô toàn hệ gen cây khoai lang, gen mã hóa “U-Box E3 ubiquitin ligases” và vai trò của IbPUB52 trong điều khiển tiêu cực với stress khô hạn

Nguồn: Shanwu Lyu, Yaping Mao, Yi Zhang, Tianli Yu, Xuangang Yang, Hongbo Zhu, Shulin Deng. 2024. Genome-wide identification of sweet potato U-Box E3 ubiquitin ligases and roles of IbPUB52 in negative regulation of drought stress. Physiol Plant.; 2024 Sep-Oct; 176(5):e14568. doi: 10.1111/ppl.14568.

 

Protein U-box (PUB) của thực vật, họ “ubiquitin ligases (E3) enzymes”, là họ protein then chốt trong điều phối nhiều tiến trình sinh học và giúp cho phản ứng của cây đối với các tác nhân gây stess bởi ngoại cảnh. Mặc dù chúng có vai trò quan trọng như vậy, nhưng người ta rất hạn chế trong khai thác đặc điểm của họ gen PUB và sự đa dạng chức năng của chúng trong cây khoai lang (Ipomoea batatas (L.) Lam.). Có 81 gen IbPUB được phân lập trong hệ gen cây khoai lang, chúng được phân nhóm thành 8 groups khác nhau dựa trên cơ sở kiến trúc “domain”, điều ấy chỉ ra rằng có sự phân bố không đồng nhất trên 15 nhiễm sắc thể của Ipomoea batatas. Người ta tìm thấy “cis-acting elements” làm lóe sáng khả năng tiềm ẩn của PUBs để tham gia vào hàng loạt các quá trình sinh học, đặc biệt là, nhấn mạnh vai trò của chúng trong phản ứng trung gian với stress phi sinh học. Phổ biểu hiện transcriptome cho thấy rằng: các gen  IbPUB biểu hiện ở mức độ rất rộng trong các mô tế bào khác nhau và được điều tiết bởi stress mặn hoặc khô hạn. IbPUB52 biểu hiện như một gen hết sứ thú vị bởi sự cảm ứng của nó với stress mặn và khô hạn. Kết quả nghiên cứu định vị gen cho thấy IbPUB52 có trong nhân và tế bào chất, và hoạt động “ubiquitin hóa” đã và đang được minh chứng thông qua kết quả xét nghiệm in vitro và in vivo. Điều hấp dẫn là, biểu hiện gen dị hợp tử IbPUB52 trong cây Arabidopsis cho thấy sự chống chịu hạn lại suy giảm. Thực hiện kỹ thuật VIGS (virus-induced gene silencing) đối với gen IbPUB52 trong khoai lang cho thấy tính chống chịu khô hạn được tăng cường. Minh chứng này  gh nhận IbPUB52 điều tiết một cách tiêu cực tính chống chịu khô hạn của cây. Kết quả là công cụ nâng cao sự hiểu biết của chúng ta về động lực học chức năng của PUB E3 ubiquitin ligases trong khoai lang.

 

Xem https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/39377156/

Thụ thể của hai “ligands” điều khiển tính miễn dịch và phản ứng hormone của khoai tây đối với effector của tuyến trùng Globodera pallida

 Thụ thể của hai “ligands” điều khiển tính miễn dịch và phản ứng hormone của khoai tây đối với effector của tuyến trùng Globodera pallida

Nguồn: Li Huang, Yulin Yuan, Chloe Ramirez, Zhe Zhao, Letian Chen, Thomas Griebel, Joanna Kud, Joseph C. Kuhl, Allan Caplan, Louise-Marie Dandurand, and Fangming Xiao. 2024. A receptor for dual ligands governs plant immunity and hormone response and is targeted by a nematode effector. PNAS; October 10, 2024; 121 (42) e2412016121; https://doi.org/10.1073/pnas.2412016121

 

Hình: Potato cyst nematode (Globodera pallida)  

 

Kết quả nghiên cứu chỉ ra rằng một cơ chế chưa được mô tả trong bảo vệ thực vật, ở đó, một thụ thể ghi nhận tín hiện đơn StNILR1 (single pattern recognition receptor) xác định được một phân tử gắn với tuyến trùng NAMP (nematode-associated molecular pattern) con ascaroside #18 (Ascr18) cũng như kích thích tố thực vật brassinosteroid (BR) để kích hoạt những phản ứng khác nhau về sinh lý. Bên cạnh đó, người ta xác định một effector của tuyến trùng (RHA1B) làm gián đoạn tín hiệu kép này thông qua việc tiến đến thụ thể StNILR1 để phân giải. Kết quả đã làm loé sáng sự tương tác phức tạp giữa miễn dịch thực vật, điều hòa hormone, và sự ký sinh của tuyến trùng.

 

Theo nghiên cứu này, thụ thể ghi nhận tính hiệu của khoai tây (Solanum tuberosum)  PRR có chức năng của NEMATODE-INDUCED LEUCINE-RICH REPEAT (LRR)-RLK1 (StNILR1) là thụ thể kép (dual receptor), ghi nhận tín hiệu của cả phân tử ascaroside #18 (Ascr18) của tuyến trùng và tín hiệu của BR (plant hormone brassinosteroid) để tăng hoạt ra hai kết quả sinh lý khác nhau: PTI (pattern-triggered immunity) và phản ứng BR. Tín hiệu Ascr18/BR-StNILR1 yêu cầu cần phải có thụ thể coreceptor potato “BRASSINOSTEROID INSENSITIVE 1-ASSOCIATED RECEPTOR KINASE 1 (StBAK1)” và việc nhận ra được “ligand” làm mạnh thêm tương tác của StNILR1 với StBAK1 trong tế bào thực vật. Rất đáng kể là, tuyến trùng sưng rễ khoai tây (Globodera pallida) sử dụng effector RHA1B, có chức năng như enzyme “ubiquitin ligase”, để đánh dấu mục tiêu StNILR1 phục vụ nội dung thoái hóa protein phụ thuộc vào proteasome trên nền tảng ubiquitin hóa (protein phân rả thành amino acid), do đó, phản công lại Ascr18/BR-StNILR1-mediated PTI trong cây khoai tây và làm dễ dàng cho tiến trình ký sinh của tuyến trùng. Kết qảu đã mở rộng sự hiểu biết của chúng ta về “tính chuyên tính của PRR” và cho thấy một cơ chế ký sinh mới của tuyến trùng nhằm đến chu trình truyền tín hiệu PTI.

 

Xem https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2412016121

Tạo căng thẳng cho khoai tây chống chịu với khí hậu tốt hơn

 Tạo căng thẳng cho khoai tây chống chịu với khí hậu tốt hơn

Nhiệt độ cao, hạn hán và lũ lụt - toàn bộ thiên nhiên đang chịu áp lực và khoai tây cũng không ngoại lệ. Là một loại lương thực chính, người ta đặc biệt quan tâm đến việc tạo ra khoai tây thích ứng với thực tế khí hậu mới. Là một phần của dự án ADAPT kéo dài bốn năm của EU, một nhóm quốc tế do Đại học Vienna đứng đầu và có sự tham gia của Đại học Bonn hiện đã nghiên cứu cách thực hiện điều này.

 

Các nhà nghiên cứu đã thành công trong việc xác định các tính trạng cụ thể và phản ứng phân tử có thể rất quan trọng đối với việc trồng khoai tây trong tương lai. Những phát hiện mới nhất này sẽ được đưa vào thực tế trong một dự án tiếp theo.

 

Khoai tây là một trong những cây lương thực quan trọng nhất trên thế giới. Một mối đe dọa lớn chắc chắn đối với năng suất củ và chất lượng cao của loại thực phẩm cơ bản này trong tương lai là mức độ dễ bị ảnh hưởng của nhiệt độ cao và hạn hán - hai hiện tượng mà biến đổi khí hậu đang gây ra ngày càng thường xuyên, cùng nhau hoặc liên tiếp.

 

Thời tiết nóng và hạn hán thường xảy ra sau lũ lụt cục bộ do mưa lớn, có thể phá hủy toàn bộ vụ thu hoạch trong vòng vài ngày. Tuy nhiên, cho đến gần đây, người ta vẫn biết rất ít về cách khoai tây phản ứng với những căng thẳng này.

 

Sau bốn năm nghiên cứu chuyên sâu, một nhóm nghiên cứu quốc tế do Đại học Vienna đứng đầu hiện đã cung cấp một số hiểu biết cơ bản quan trọng về cách cây này có thể ứng phó với biến đổi khí hậu. Các nhà nghiên cứu đã đưa ra một số phát hiện có giá trị về cách cây khoai tây phản ứng với thời tiết nóng và khô cũng như tình trạng ngập úng bởi các cánh đồng bị ngập lụt.

 

Họ đã lấy mẫu từ cây khoai tây trong các giai đoạn sinh trưởng quan trọng của chúng và thực hiện việc đo đếm để nghiên cứu các tính trạng cụ thể và các phản ứng thích nghi ở cấp độ phân tử mà giúp canh tác các giống khoai tây thích nghi tốt hơn trong tương lai.

 

Trong các thí nghiệm ngoài đồng, bao gồm một khu vực từ Tây Ban Nha và Serbia đến Áo và Hà Lan và liên quan đến khoảng 50 giống được trồng trong nhiều điều kiện khí hậu khác nhau, nhóm nghiên cứu đã xác định được một số khác biệt đáng kể về tính ổn định năng suất của từng giống.

 

Mặc dù nhiều giống thường cho năng suất cao hơn trong điều kiện lý tưởng, nhưng điều kiện căng thẳng cực độ mà chúng ta đã thấy trong những năm gần đây cho thấy các giống năng suất có xu hướng thấp hơn một chút lại tỏ ra đặc biệt ổn định về mặt năng suất dưới điều kiện căng thẳng. Câu hỏi hiện cần được trả lời là điều gì khiến các giống này có khả năng thích ứng tốt hơn nhiều trong điều kiện hạn hán và nhiệt độ khắc nghiệt.

 

Để đạt được mục đích này, các đánh giá ngoài đồng đã được bổ sung bằng các thí nghiệm được tiến hành trong nhà kính và trong phòng thí nghiệm, nơi các điều kiện căng thẳng có thể được điều chỉnh chính xác và các phản ứng với căng thẳng có thể được quan sát ở cấp độ tế bào - tức là “sự sống”.

 

Ví dụ, tại Đại học Bonn, nhóm làm việc do Giáo sư Ute Vothknecht từ Viện Thực vật học Tế bào và Phân tử đứng đầu đã làm việc với các đồng nghiệp từ Đại học Durham và Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg để phát triển các giống khoai tây có khả năng truyền tin thứ cấp như canxi để phân tích. Đây là chìa khóa để chuyển đổi những thay đổi được nhận thức trong điều kiện môi trường thành phản ứng của tế bào.

 

Các thí nghiệm cho phép nhóm ADAPT theo dõi những thay đổi về chuyển hóa dựa trên các kiểu biểu hiện gen, hormone hoặc chất chuyển hóa và xác định các dấu hiệu căng thẳng cụ thể. Các nhà nghiên cứu đã đặt ra một số nền tảng có giá trị để phát triển các chỉ thị (markers) cho cách trồng khoai tây trong tương lai.

 

Dự án ADAPT của EU đã tập hợp chuyên môn bổ sung cho nhau của 10 viện nghiên cứu khoa học hàng đầu, bốn người trồng khoai tây, một nhà phát triển công nghệ sàng lọc, một cơ quan và một liên minh phi lợi nhuận của EU để nghiên cứu các cơ chế hỗ trợ khả năng thích ứng nhiều loại căng thẳng của khoai tây.

 

“Chính sự kết hợp này đã giúp chúng tôi giải quyết những thách thức phức tạp này ở cấp độ cao như vậy và dựa trên nhu cầu của cộng đồng và các bên liên quan khác nhau”, Tiến sỹ Markus Teige, nhà sinh học tế bào tại Đại học Vienna, người đứng đầu dự án, giải thích về cách tiếp cận của nhóm. “Tôi tin rằng đây là con đường đúng đắn để nghiên cứu trong tương lai về các loại cây trồng có khả năng chống chịu với khí hậu tốt hơn và đây là con đường nên được thực hiện trong các dự án tiếp theo”.

 

Nguyễn Tiến Hải theo Phys.org

Phân tích GWAS và biểu hiện gen CYP450 của cây khoai lang (Ipomoea batatas L.)

 Phân tích GWAS và biểu hiện gen CYP450 của cây khoai lang (Ipomoea batatas L.)

Nguồn: Xiongjian Lin, Binquan Tang, Zhenqin Li, Lei Shi, Hongbo Zhu. 2024. Genome-wide identification and expression analyses of CYP450 genes in sweet potato (Ipomoea batatas L.). BMC Genomics; 2024 Jan 13; 25(1):58. doi: 10.1186/s12864-024-09965-x.

 

Cytochrome P450 monooxygenases (CYP450s) có vai trò cực trọng trong nhiều phản ứng sinh hóa khác nhau bao gồm tổng hợp những  antioxidants, sắc tố, polymers cấu trúc, và hợp chất liên quan đến tự vệ của cây. Khoai lang (Ipomoea batatas L.) có vai trò quan trọng về kinh tế nông nghiệp, một phân tích đầy đủ họ gen CYP450 trong loài khoai lang có thể là những kết quả liên quan đến sự tiến hóa và đặc điểm về chức năng của họ gen này.

 

Trong nghiên cứu, người ta phân lập thành công và liệt kê danh mục 95 gen thuộc họ CYP450 trong hệ gen cây khoai lang, cụ thể là 5 họ và 31 subfamilies (họ phụ). Kết quả định vị gen cho thấy CYP450s phân bố tại hệ thống màng tế bào. Vùng promoter của gen IbCYP450 có nhiều cis-acting elements khác nhau liên quan đến hormones thực vật và  phản ứng với stress. Bên cạnh đó, có 10 motifs bảo tồn (Motif1-Motif10) đã được xác định trong họ protein IbCYP450, với 5 gen thiếu introns và chỉ có một exon. Người ta quan sát thấy có sự kiện “duplication” (tự tái bản) rất phổ biến trong họ gen CYP450, giải thích được sự mở rộng của nó. Phân tích “gene duplication” (tự tái bản gen) cho thấy có sự hiện diện của 15 cặp gen với hiện tượng lặp đoạn tuần tự (tandem repeats). Phân tích “interaction network” cho kết quả là họ IbCYP450 có thể tương tác với nhiều gen đích khác và có hiện tượng tương tác protein x protein trong họ gen này. Phân tích tương tác TFs cho thấy họ IbCYP450 tương tác với với nhiều yếu tố phiên mã. Hơn nữa, kết quả phân tích biểu hiện gen cho thấy thành phần biểu hiện ở mô chuyên biệt, các gen CYP450 trong khoai lang, phản ứng với stress phi sinh học và hormones thực vật. Chú ý,  kết quả phân tích qRT‒PCR cho thấy có sự tham gia của các gen CYP450 trong hệ thống tự vệ chống lại stress phi sinh học của cây khoai lang.

 

Xem https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38218763/

 

Vị trí của các gen IbCYP trên nhiễm sắc thể. Đơn vị căn bản là 5.0 Mb.

Sử dụng máy bay không người lái lấy dữ liệu đa phổ trong chọn tạo giống khoai tây

 Sử dụng máy bay không người lái lấy dữ liệu đa phổ trong chọn tạo giống khoai tây

Nguồn: Alessio Maggiorelli, Nadia Baig, Vanessa Prigge, Julien Bruckmüller, Benjamin Stich. 2024. Using drone‑retrieved multispectral data for phenomic selection in potato breeding. Theoretical and Applied Genetics; March 2024; vol. 137; article 70

 

Những phương pháp tiếp cận với chọn giống có tính chất dự đoán, như sàng lọc kiểu hình và kiểu gen, có khả năng làm tăng hiệu quả chọn lọc giống khoai tây trong chương trình cải tiến giống mà nó được định tính bởi số lượng rất lượng các dòng giống (entries) vào giai đoạn sớm sinh trưởng cũng như tính khả thi của giống có rất ít củ được cải tiến.

 

Mục tiêu nghiên cứu là (i) khai thác khả năng của chỉ số dự đoán kiểu hình (phenomic prediction) trên cơ sở máy bau không người lái ấy số liệu đa phổ trong chọn giống khoai tây thông qua trắc nghiệm nhiều kích bản dự báo khác nhau trên một quần thể giống khoai tây đa dạng, từ bội thể, từ tất cả những phân khúc thị trường và tất cả những đặc điểm nông học, (ii) so sánh  hiệu suất dự đoán kiểu hình và kiểu gen và (iii) đánh giá khả năng dự đoán  của những matrices tương quan thông qua dữ liệu của “SNP array” dung lượng lớn và dữ liệu phản xạ đa phổ. Khả năng dự báo của những kịch bản kiểu hình biến thiện rất lớn trong khoảng − 0.15 và 0.88; tùy thuộc mạnh mẽ vào ngoại cảnh, tính trạng dự đoán, và kịch bản dự đoán được xem xét. Người ta quan sát những khả năng cao trong dự đoán với dự đoán kiểu hình đối với năng suất (0.45), thời gia thu hoạch (0.88), phát triển lá (0.73), và nẩy mầm (0.73), trong tất cả tính trạng khác th được khả năng cao hơn trong dự đoán với so sánh dự đoán giữa kiểu gen và kiểu hình. Khi có một matrix tương tác phối trộn với nhau để dự đoán, thì khả năng cao trong dự đoán được thấy là 20 trong 22 tính trạng, biểu thị số dữ liệu kiểu hình và kiểu gen còn chứa thông tin bổ sung nữa. Người ta thấy ứng dụng chính của sàng lọc kiểu hình trong chương trình cải tiến giống khoai tây cho phép sử dụng nguyên tắc “predictive breeding” cho thí nghiệm trồng cây con trong chậu hoặc giai đoạn cây có chồi đơn, lúc đó, kiểu gen chưa được khuyến cáo do chi phí cao.

 

Xem file:///C:/Users/Admin/Downloads/s00122-024-04567-3.pdf

Tập tính ăn của bọ cánh cứng (sùng khoai lang) Cylas formicarius (Fabricius) (Coleoptera: Brentidae) trên 3 giống khoai lang Ipomoea batatas L. tại vùng Tarlac, Philippines

Tập tính ăn của bọ cánh cứng (sùng khoai lang) Cylas formicarius (Fabricius) (Coleoptera: Brentidae) trên 3 giống khoai lang Ipomoea batatas L. tại vùng Tarlac, Philippines

Nguồn: Jerah Mystica B. Novenario and Flor A. Ceballo-Alcantara. 2024. Feeding Behavior of Sweet Potato Weevil, Cylas formicarius (Fabricius) (Coleoptera: Brentidae) on Three Sweet Potato, Ipomoea batatas L. Cultivars Grown in Tarlac, Philippines. PHILIPP AGRIC SCIENTIST Vol. 107 No. 1, 7-13 March 2024

 

Khoai lang được  trồng nhiều ở các nước nhiệt đới để ăn củ, củ khoai lang dần dần trở thành nguồn lương thực thiết yếu của cư dân. Người ta sử dụng nhân giống khoai lang vô tính bằng dây thân khoai lang, khi thu hoạch hoặc tạo ra vườn ươm theo quy chuẩn để cắt hom thân làm giống cho vụ sau. Việc sử dụng dây thân thường xuyên như vậy có thể gây ra sự xâm nhiễm của sùng (weevil infestation). Khoai lang bị nhiễm sùng là hiện tượng rất phổ biến. Quan trọng hơn là bọ cánh cứng hại củ khoai, tên khoa học là Cylas formicarius, xem củ khoai là đối tượng chính để tấn công, làm củ bị đắng và có mùi, gây thiệt hại kinh tế. Nông dân trồng khoai lang ở vùng Tarlac, Philippines cho rằng chỉ có một giống khoai lang bị C. formicarius tấn công, tuy vậy, người ta thấy rằng trong thí nghiệm này tập tính ăn và hành vi kiếm ăn của sùng khoai lang không bị ảnh hưởng bởi giống khoai lang, sự khác biệt không có ý nghĩa thống kê về số liệu trung bình mẫu của khoai bị sùng đực và sùng cái tấn công cũng như mức độ thiệt hại.

 

Xem https://www.researchgate.net/profile/

Chỉnh sửa gen NPR3 giúp khoai tây kháng được vi khuẩn Candidatus Liberibacter spp.

 Chỉnh sửa gen NPR3 giúp khoai tây kháng được vi khuẩn Candidatus Liberibacter spp.

Nguồn: Manikandan Ramasamy, Mohan Singh Rajkumar, Renesh Bedre, Sonia Irigoyen, Katherine Berg-Falloure, Michael V. Kolomiets, Kranthi K. Mandadi. 2024. Genome editing of NPR3 confers potato resistance to Candidatus Liberibacter spp. Plant Biotechnology Journal; First published: 22 May 2024. https://doi.org/10.1111/pbi.14378

 

Hình: Rầy khoai tây Bactericera cockerelli Šulc., là vector truyền vi khuẩn gây bệnh khoai tây.

 

Candidatus Liberibacter solanacearum (CLso) là một vi khuẩn gây hại khoai tây (Solanum tuberosum) ức chế mạch phloem, gắn liền với bệnh “potato zebra chip” (chíp khoai tây có dạng zebra). Vector truyền bệnh này là rầy Bactericera cockerelli Šulc., làm thiệt hại kinh tế quy mô toàn cầu (Mora et al., 2021). Phát triển giống kháng theo phương pháp kinh điển không thành công (Mora et al., 2022), do vậy, người ta cần phải ứng dụng công nghệ di truyền hiện đại hoặc chỉnh sửa gen.

 

Trong tực vật, những protein có tính chất non-expressor of pathogenesis-related (NPR) hoạt động như những thụ thể của hormone tự vệ, như salicylic acid (SA). Trong khi NPR1 kích hoạt miễn dịch theo SA có trong cây Arabidopsis (Arabidopsis thaliana), thi chất đồng phân của nó NPR3, điều tiết một cách thụ động hệ thống bảo vệ SA. Biểu hiện NPR1 của Arabidopsisi trong cây cam ngọt (Citrus sinensis) và loài cây trồng khác làm tăng cường tính chống chịu theo SA đối với nhiều pathogens (Peng et al., 2021). Trái lại, sự điều tiết kiểu “down” của NPR3 trong cây Arabidopsis (Ding et al., 2018) và cây cacao (Theobroma cacao) (Fister et al., 2018) làm tăng cường tính kháng bệnh do vi khuẩn và nấm, theo thứ tự. Trước đây người ta thấy rằng sự điều tiết có tính chất “transiently down” của StNPR3 trong rễ tóc cây khoai tây làm giảm CLso titer (Irigoyen et al., 2020). Ở đây, kết quả chỉnh sửa gen StNPR3 liên quan đến tính kháng của khoai tây với vi khuẩn CLso thông qua kích hoạt được hệ phòng vệ nhờ SA và sự dị hóa JA.

 

Để khai thác được chức năng gen StNPR3 trong khoai tây, người ta xác định một gen tương đồng NPR3 (NCBI# XM_006366563.2, Table S1) và thiết kế phân tử “guide RNA” nhắm đích đến ở vị trí exon đầu tiên của khung đọc mã (ORF) thuộc gen StNPR3. Chuyển nạp gián tiếp th6ong qua vi khuẩn Agrobacterium tumefaciens vào giống khoai tây Atlantic, để tạo nên nhiều dòng chỉnh sửa gen StNPR3. Trên cơ sở “amplicon sequencing”, có 2 dòng khoai tây được chọn phục ụ phân tích sâu. Dòng số 1 là đồng hợp tử “mono-allelic” có chiều dài mất đoạn là 8-bp trong 4 alen. Dòng số 2 là dị hợp tử “bi-allelic” có chiều dài mất đoạn là 6/7-bp trong 2 của 4 alen. Khung ORF của gen StNPR3 được dự đoán là sản sinh ra protein “truncated NPR3” với BTB domain và thiếu phân tử Ankyrin-repeat, cũng như SA-binding core (Ding et al., 2018; Wang et al., 2020b). Dòng chỉnh sửa gen StNPR3 biểu hiện tăng trưởng và phát triển không bình thường so với đối chứng vector (VC, biểu hiện một mình Cas9). Tóm lại, người ta đề nghị một mô phỏng hoạt động trong cây khoai tây, knockdown hoặc lấy ra hoàn toàn NPR3, kích hoạt tín hiệu SA và khoai tây được vi khuẩn CLso. NPR3 bị lấy ra còn kích hoạt sự dị hóa JA-Ile và tránh được sự kích hoạt quá mức của hệ thống bảo vệ JA, đồng thời có thể dẫn đến tế bào chết.

 

Xem https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/pbi.14378

 

Hình: Chỉnh sửa gen NPR3 nhờ hệ thống CRISPR-Cas9 giúp khoai tây kháng bệnh “zebra chip”.

Họ gen Pectate Lyase trong cây khoai tây và stress mặn

 Họ gen Pectate Lyase trong cây khoai tây và stress mặn

Nguồn: Zhiqi Wang, Tao Liu, Wenbo Wu, Wenting Shi, Jian Shi, Fengyan Mo, Chong Du, Chaonan Wang, Zhongmin Yang. 2024. Genome-Wide Identification of the Pectate Lyase Gene Family in Potato and Expression Analysis under Salt Stress. Plants (Basel); 2024 May 11; 13(10):1322. doi: 10.3390/plants13101322.

 

Pectin có cấu trúc polysaccharide, là một thành phần chính của thành tế bào. Pectate lyases là hệ men có chức năng phân cắt pectin bị demethyl hóa nhờ cắt cầu nối α-1,4-glycosidic, enzyme của nhóm này có vai trò quan trọng giúp cây tăng trưởng và phát triển. Hiện nay, người ta biết được rất ít các thành viên của họ gen PL (Pectate Lyase) và  sự tham gia của chúng khi khoai tây bị stress mặn. Người ta tiến hành nghiên cứu nhờ tin sinh học để xác định các thành viên của họ gen PL  và phân tích bản chất của chuỗi trình tự DNA cũng như chuỗi amino acid. Kết quả cho thấy có 27 thành viên của họ gen pectate lyase được phân lập thành công trong cây khoai tây. Phân tích cây gia hệ cho thấy những gen này được phân chia thành 8 nhóm. Phân tích các promoters cho thấyvùng promoter của các thành viên có chứa một số hormone đáng kể và các yếu tố phản ứng với stress. Nghiên cứu sâu hơn, người ta thấy rằng nhiều thành viên phản ứng tích cực với stress mặn đơn độc hoặc mặn có kết hợp với stress khác. Riêng gen StPL18 biểu hiện nhất quán trong cả hai loại hình mặn như vậy, định vị của nó dưới quy mô tế bào được phân lập thành công. Kết quả cho thấy StPL18 định vị trong màng võng nội chất (endoplasmic reticulum). Kết quả này sẽ xây dựng nên cơ sở để phân tích chức năng của họ gen pectate lyase trong cây khoai tây và biểu hiện gen đích khi cây bị stress mặn.

 

Xem https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38794393/

Phân tích ở quy mô genome-wide và biểu hiện gen CYP450 của cây khoai lang (Ipomoea batatas L.)

 Phân tích ở quy mô genome-wide và biểu hiện gen CYP450 của cây khoai lang (Ipomoea batatas L.)

Nguồn: Xiongjian Lin, Binquan Tang, Zhenqin Li, Lei Shi, Hongbo Zhu. 2024. Genome-wide identification and expression analyses of CYP450 genes in sweet potato (Ipomoea batatas L.).BMC Genomics; 2024 Jan 13; 25(1):58. doi: 10.1186/s12864-024-09965-x.

 

Cytochrome P450 monooxygenases (CYP450s) có vai trò cực kỳ quan trọng trong nhiều phản ứng sinh hóa xảy ra trong tổng hợp chất antioxidants, sắc tố, polymers cấu trúc và chất liên quan đến bảo vệ cây. Khoai lang (Ipomoea batatas L.) có tầm quan trọng về kinh tế, người ta tiến hành phân tíchgen CYP450 ví chúng có thể cung cấp những hiểu biết về sự tiến hóa và chức năng của gen trong họ gen này.

 

Theo kết quả nghiên cứu,  người ta xác định được và xếp hạng được 95 gen CYP450 trong genome khoai lang thành 5 families và 31 subfamilies. Kết quả dự đoán “subcellular localization” cho thấy CYP450s phân bố trong hệ thống có tính chất màng tế bào. Vùng promoter của các gen IbCYP450 có nhiều  cis-acting elements khác nhau liên quan đến hormones thực vật và phản ứng với stress. Hơn nữa, 10 motifs bảo thủ (Motif1-Motif10) đã được phân lập trong họ protein IbCYP450 với 5 gen thiếu introns và chỉ có một exon. Quan sát sự kiện lặp đoạn rất mạnh (duplication) trong họ gen CYP450, có thể đóng góp vào sự phát triển của nó. Phân tích “gene  duplication” cho thấy có sự hiện diện của 15 cặp gen có tính chất “tandem repeats” (lập lại theo tuần tự). Phân tích hệ thống tương tác gen cho thấy họ gen IbCYP450 có thể tương tác với nhiều gen đích và không có hiện tượng tương tác protein-proteintrong họ này. Phân tích tương tác giữa TFs (transcription factor) cho thấy họ IbCYP450 tương tác với nhiều yếu tố phiên mã. Hơn nữa, kết quả phân tích biểu hiện gen cho thấy gen CYP450 biểu hiện trong mô đặc thù của khoai lang, cũng như phản ứng của gen với stress phi sinh học và hormones thực vật. Đáng chú ý,  kết quả phân tích qRT‒PCR cho thấy trong các gen CYP450 đều phản ứng như hệ thống tự vệ với stress không phải sinh học của hệ gen cây khoai tây.

 

Xem https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38218763/

 

Vị trí của các gen IbCYP trên nhiễm sắc thể. Đơn vị cơ sở cho thấy chiều dài trên nhiễm sắc thể khoảng 5.0 Mb. Mỗi nhiễm sắc thể, co số được đánh dấu bên trên có màu đỏ là biểu thị của cặp gen với cách lặp đoạn kiểu “tandem duplication”.