Chọn tạo giống khoai tây và khoai lang ở CIP

 Chọn tạo giống khoai tây và khoai lang ở CIP

Nguồn: Hannele Lindqvist‑Kreuze, Merideth Bonierbale, Wolfgang J. Grüneberg, Thiago Mendes, Bert De Boeck, Hugo Campos. 2023. Potato and sweetpotato breeding at the international potato center: approaches, outcomes and the way forward. Theoretical and Applied Genetics (January 2024) 137:12; https://doi.org/10.1007/s00122-023-04515-7

 

 

Chương trình chọn tạo giống cây có củ là trọng tâm của chương trình khoa học tại CIP, trung tâm quốc tế nghiên cứu khoai tây tìm cách phát triển và phổ biến những công nghệ bền vững trong nông nghiệp, thực phẩm, trong thông tin và kỹ thuật canh tác để theo đuổi mục tiêu giảm nghèo, tăng thu nhập, an ninh lương thực và sử dụng bền vững nguồn tài nguyên thiên nhiên. CIP được thành lập vào năm 1971 tại Peru, đó là nơi phát sinh gốc tích của trung tâm giống khoai tây trên thế giới và trung tâm đa dạng khoai tây, với nhiệm vụ khởi đầu làm thế nào phát triển rộng khoai tây, kể cả khoai lang vào năm 1986. Khoai tây và khoai lang thuộc tốp 10 loài cây trồng được tiêu thụ nhiều nhất của loài người trên thế giới, cung cấp năng lượng và dưỡng chất quan trọng nhất cho nhân loại. Khoai lang đóng vai trò chủ lực trong an ninh lương thực của nhiều nông hộ ở Nam Á và châu Phi, trong khi khoai tây quan trọng trên toàn cầu. Cả hai loài cây trồng này được trồng với nhiều điều kiện khác nhau, với nhu cầu đầu vào tương đối ít và đơn giản về kỹ thuật trồng trọt. Khoai tây đáp ứng với môi trường sinh thái lạnh, trong khi khoai lang đáp ứng môi trường sinh thái nóng, vì vậy, chúng bổ sung cho nhau. Tăng cường nguồn vật liệu “pre-breeding” trong lai tạo giống, phát triển giống mới và đào tạo nguồn nhân lực trong lĩnh vực cải tiến giống, khả nghiệm giống khi khí hậu đang biến đổi ngày càng cực đoan, nhấn mạnh tính thích nghi, tính kháng, phẩm chất dinh dưỡng và hiệu quả sử dụng tài nguyên là các hoạt động trung tâm của CIP với lợi ích to lớn cho người nghèo. Đầu tư lĩnh vực cải tiến giống khoai tây và khoai lang kết nối lại các lĩnh vực nghiên cứu tại CIP đã dẫn đến kết quả tạo ra nhiều giống mới mà chúng đã và đang tác động ảnh hưởng đến nhiều quốc gia. Hợp tác với nhiều loại hình khác nhau đã và đang là nội dung chính đến các trung tâm, là con đường hợp tác nhằm cải tiến improving sự an sinhcủa cư dân nam bán cầu.

 

Khiếm khuyến trong splicing gen StDRO2, intron 1 làm tăng cường hệ rễ khoai tây bởi làm đột phá vận chuyển auxin thích nghi với stress khô hạn

 Khiếm khuyến trong splicing gen StDRO2, intron 1 làm tăng cường hệ rễ khoai tây bởi làm đột phá vận chuyển auxin thích nghi với stress khô hạn

Nguồn: Jianping Zhao, Baolin Yao, Ziai Peng, Xinyue Yang, Kuixiu Li, Xiaoyan Zhang, Haiyan Zhu, Xuan Zhou, Meixian Wang, Lihui Jiang, Xie He, Yan Liang, Xiaoping Zhan, Xiaoran Wang, Yuliang Dai, Yanfen Yang, Ao Yang, Man Dong, Suni Shi, Man Lu, Yi Zhao, Mingyun Shen, Liwei Guo, Changning Liu, Hongji Zhang, Decai Yu, Yunlong Du. 2024. Splicing defect of StDRO2 intron 1 promotes potato root growth by disturbing auxin transport to adapt to drought stress. Horticultural Plant Journal; Available online 3 February 2024. https://doi.org/10.1016/j.hpj.2023.11.003

 

Sự hình thành kiến trúc hệ thống rễ (root system architecture: RSA) đóng vai trò quan trọng trong tăng trưởng cây. Gen OsDRO1 được biết có chức năng điều khiển RSA trong cây lúa, tuy nhiên, vai trò của gen StDRO2, trong khoai tây, một đồng dạng gen OsDRO1, trong tăng trưởng rễ vẫn còn chưa biết rõ. Nghiên cứu này tiến hành thực hiện dòng đột biến potato dro2 trong hệ thống chỉnh sửa gen CRISPR/Cas9. Các dòng đột biến như vậy được phát sinh từ một hiện tượng khiếm khuyết khi splicing (splicing defect) của intron 1 trong gen StDRO2, điều này làm cho đột biến có dạng “nonsense” của gen StDRO2. Hơn nữa, cấu trúc bậc hai của phân tử StDRO2 mRNA được phân tích bằng RNAfold WebServer được thay đổi trong đột biến dro2. Đột biến của gen StDRO2 làm cho khoai tây thích nghi với thay đổi RSA thông qua thay đổi dòng vận chuyển auxin trong điều kiện stress khô hạn. Dòng khoa tây đột biến dro2 biểu thị cây cao hơn, rễ dài hơn, góc tăng trưởng của rễ nhó hơn và khối lượng củ tăng hơn so với dòng WT (wild-type). Sự thay đổi RSA được kết gắn với sự xáo trộn của phân bố kích thích tố IAA của đột biến dro2, và mức độ biểu hiện gen StPIN7, gen StPIN10 được tìm thấy bởi “real-time PCR” có tính chất điều tiết theo kiểu “up” trong rễ dòng khoai tây đột biến dro2 khi xử lý stress khô hạn. Hơn nữa, phân tử microRNAs (miRNAs) PmiREN024536 và PmiREN024486 xác định đích đến của gen StDRO2, auxin điều tiết tích cực và tiêu cực sự biểu hiện gen StDRO2 và miRNAs  PmiREN024536 và PmiREN024486, theo thứ tự, trong rễ khoai tây. Kết quả cho thấy hệ thống điều tiết gồm có auxin, StDRO2, PmiREN024536 và PmiREN024486 có thể điều khiển RSA để truyền đạt tính thích nghi của khoai tây dưới điều kiện stress khô hạn.

 

Xem https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2468014124000074

 

Kiểu hình rễ khoai tây và mức độ biểu hiện “auxin efflux” mang gen trong khoai tây dòng nguyên thủy WT và dòng đột biến dro2 trồng trên ruộng trong nghiệm thức khô hạn và đối chứng.

Đặc điểm của họ gen C3HC4 RING Finger trong khoai tây (Solanum tuberosum L.): Sinh tổng hợp anthocyanin

 Đặc điểm của họ gen C3HC4 RING Finger trong khoai tây (Solanum tuberosum L.): Sinh tổng hợp anthocyanin

Nguồn: Limin Chen, Yuanming Li, Jinyong Zhu, Zhitao Li, Weilu Wang, Zheying Qi, Dechen Li, Panfeng Yao, Zhenzhen Bi, Chao Sun, Yuhui Liu, Zhen Liu. 2024. Comprehensive Characterization of the C3HC4 RING Finger Gene Family in Potato (Solanum tuberosum L.): Insights into Their Involvement in Anthocyanin Biosynthesis. Int J Mol Sci.; 2024 Feb 8; 25(4):2082. doi: 10.3390/ijms25042082.

 

 

Họ gen C3HC4 RING finger (RING-HC) mã hóa “zinc finger protein”, rất cần thiết cho cây tăng trưởng. Tuy nhiên, chưa có nhiều nghiên cứu về họ gen RING-HC trong hệ gen cây khoai tây.  Người ta tiến hành nghiên cứu 77 gen giả định của StRING-HCs  trong genome cây khoai tây, rồi phân nhóm thành 3 clusters di truyền trên cơ sở di truyền huyết thống, sự phân bố nhiễm sắc thể, kiến trúc gen, motif có tính bảo thủ, các sự kiện tự tái bản gen và tương quan trong “synteny”, các nguyên tố “cis-acting”.

 

Thông qua kết quả phân tích cơ sở dữ liệu RNA-seq các giống khoai tây trồng trọt, người ta thấy gen ứng cử viên StRING-HC có thể đã tham gia vào sự phát triển của mô, stress phi sinh học, đặc biệt là khô hạn, và sinh tổng hợp anthocyanin. Cuối cùng, một gen StRING-HC (Soltu.DM.09G017280 annotated as StRNF4-like), biểu hiện cực mạnh mẽ trong củ khoa tây có màu; gen này được tập trung nghiên cứu. StRNF4-like định vị trong nhân, kết quả xét nghiệm Y2H cho thấy nó có thể tương tác với những TFs có liên quan đến phiên mã tính trạng hàm lượng  anthocyanin – đó là phiên mã gen StbHLH1 trong củ khoai tây, gen này định vị trong nhân và ở màng tế bào. Kết quả xét nghiệm “transient” cho thấy StRNF4-like ức chế tích tụ anthocyanin trong lá cây thuốc lá thuộc 2 loài Nicotiana tabacum và Nicotiana benthamiana thông qua ức chế trực tiếp hoạt động của dihydroflavonol reductase (DFR) promoter được kích hoạt bởi StAN1 và StbHLH1.

 

Kết quả ghi nhận StRNF4-like có thể ức chế sự tích tụ anthocyanin trong củ khoai tây thông qua tương tác với StbHLH1. Phân tích đầy đủ họ gen khoai tây StRING-HCs cho thất chúng đóng góp rất có ý nghĩa về chức năng phát triển cây khoai tây, stress phi sinh học, truyền tín hiệu hormone, và đặc biệt là sinh tổng hợp anthocyanin.

 

Xem https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38396758/

 

Hình: Phân bố của 77 gen StRING-HC trên 11 nhiễm sắc thể. Chữ “Soltu” là “Soltu.DM.”

1. Phân bố của gen StRING-HC trên 11 nhiễm sắc thể. Hộp màu đó đánh dấu các gen tự tái bản kiểu “tandem”
2. Số lần phân bố của gen StRING-HC trên từng nhiễm sắc thể cây khoai tây.

Biểu hiện gen CYP450 trong khoai lang (Ipomoea batatas L.) tăng cường hệ thống tự vệ

 Biểu hiện gen CYP450 trong khoai lang (Ipomoea batatas L.) tăng cường hệ thống tự vệ

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 quan trọng trong nhiều phản ứng sinh hóa bao gồm sự tổng hợp các chất antioxidants, sắc tố, polymers kiến trúc, và hợp chất liên quan đến tự vệ của cây.

 

Khoai lang (Ipomoea batatas L.) là loài cây trồng có giá trị kinh tế, một phân tích đầy đủ về các gen CYP450 có thể cho chúng ta biết rõ hơn khái niệm về các quan hệ trong quá trình tiến hóa loài khoai lang và đặc điểm chức năng của các gen ấy.

 

Người ta tiến hành xác định được rất thành công và định tính được 95 gen CYP450 tự hệ gen khoai lang chia thành 5 fhọ và 31 họ phụ (subfamilies). Kết quả định vị “subcellular” theo dự đoán cho thấy: CYP450s phân bố nhiều trong màng tế bào. Vùng promoter của các gen IbCYP450 có khá nhiều cis-acting elements đa dạng liên quan đến chất điều hòa sinh trưởng thực vật và các phản ứng với stress. Bên cạnh đó, 10 motifs có tính bảo thủ (Motif1-Motif10) cũng được xác định trong họ protein IbCYP450, với 5 gen thiếu introns và chỉ có một exon. Tác giả quan sát các sự kiện tự tái bản một cách tích cực (extensive duplication) trong họ gen CYP450, họ gen này có thể giải thích cho sự phát triển của nó. Phân tích tự tái bản của gen (gene duplication) cho thấy có sự xuất hiện của 15 cặp gen với hiệu ứng “tandem repeats” (tự tái bản theo trình tự). Phân tích hệ thống tương tác gen cho thấy họ IbCYP450 có thể tương tác với nhiều gen mục tiêu và có tương tác protein-protein trong họ gen này. Yếu tố phiên mã (TFs) theo kết quả phân tích tương tác cho thấy họ IbCYP450 tương tác với nhiều TFs khác. Hơn nữa, phân tích biểu hiện gen cho thấy có sự biểu hiện từng phần rất đặc trưng của gen CYP450 trong khoai lang, cũng như phản ứng của chúng với stress phi sinh học và kích thích tố thực vật. Đáng chú ý là,  kết quả qRT‒PCR  cho thấy  có sự tham gia của gen CYP450 trong phản ứng tự vệ chống lại stress phi sinh học  của cây khoai lang.

 

Đây là cơ sở lý luận của nghiên cứu này để làm rõ chức năng gen CYP450 của khoai lang.

 

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

Giống mới, kỹ thuật mới giúp năng suất khoai tây tăng vọt

 Giống mới, kỹ thuật mới giúp năng suất khoai tây tăng vọt

Với nguồn giống mới chất lượng và quy trình sản xuất mới, mô hình liên kết sản xuất khoai tây ở vùng Tây Nguyên cho năng suất 26 tấn/ha.

 

Năm 2023, Trung tâm Nghiên cứu Khoai tây, Rau và Hoa (Viện Khoa học Kỹ thuật nông nghiệp miền Nam) triển khai dự án khuyến nông trung ương “Xây dựng mô hình sản xuất khoai tây nguyên liệu gắn với hệ thống tiêu thụ sản phẩm tại một số tỉnh Tây Nguyên”. Dự án được thực hiện với quy mô 5ha tại xã Ia Băng (huyện Chư Prông, Gia Lai) và 27ha tại xã Lạc Xuân (huyện Đơn Dương, Lâm Đồng).

 

Mô hình sản xuất khoai tây nguyên liệu gắn với hệ thống tiêu thụ sản phẩm tại Gia Lai và Lâm Đồng cho năng suất và hiệu quả kinh tế cao. Ảnh: Minh Hậu.

 

Giống khoai tây được áp dụng trong dự án là các giống phổ biến, phù hợp với điều kiện sinh thái vùng Tây Nguyên. Các giống này phục vụ cho nhu cầu ăn tươi và chế biến.

 

Ông Trần Anh Thông (cán bộ phụ trách xây dựng mô hình của Trung tâm Nghiên cứu Khoai tây, Rau và Hoa) cho biết, đối với khoai tây ăn tươi, đơn vị sử dụng giống TK15.80. Đây là giống có thời gian sinh trưởng khoảng 95 - 100 ngày, dạng cây nửa đứng, củ có dạng hình oval ngắn, mắt nông, vỏ củ hồng đậm, ruột củ màu vàng đậm và trung bình đạt từ 6 - 8 củ/cây.

 

Đối với khoai tây sử dụng cho chế biến, đơn vị sử dụng giống Atlantic có thời gian sinh trưởng từ 90 - 95 ngày, chín sớm, có tiềm năng năng suất cao. Các giống sử dụng cho dự án (TK15.80 và Atlantic) là những giống được nghiên cứu, chọn tạo và đang được sản xuất tất cả các cấp giống tại Trung tâm Nghiên cứu Khoai tây, Rau và Hoa.

 

Tại các mô hình, chất lượng giống và vật tư được kiểm soát chặt chẽ. Vật tư có nguồn gốc xuất xứ và thông số kỹ thuật rõ ràng… Các mô hình được thực hiện sản xuất theo quy trình chuẩn, mỗi mô hình có 1 - 2 cán bộ trực tiếp theo dõi.

 

Theo đánh giá, mô hình 5ha sử dụng giống TK15.80 tại xã Ia Băng (huyện Chư Prông, Gia Lai) có sự sinh trưởng, phát triển tốt, độ đồng đều cao. Tại thời điểm 50 - 60 ngày, mức độ phủ luống đạt 100%, không xuất hiện các triệu chứng bệnh héo xanh và virus. Bệnh mốc sương chỉ ở mức khoảng 2% tại thời điểm 50 - 60 ngày sau trồng, tuy nhiên sau đó được kiểm soát hoàn toàn.

 

Các mô hình sản xuất giống khoai tây Atlantic và TK15.80 đều cho năng suất trung bình 26 tấn/ha. Ảnh: Minh Hậu.

Về mô hình sản xuất khoai tây nguyên liệu được thực hiện trên quy mô 27ha tại xã Lạc Xuân (huyện Đơn Dương, Lâm Đồng) với giống Atlantic và TK15.80, kết quả cho thấy các giống này sinh trưởng, phát triển tốt, độ đồng đều cao. Tại thời điểm 50 - 60 ngày, mức độ phủ luống đạt 100% và không xuất hiện các triệu chứng bệnh héo xanh, virus trên đồng ruộng, bệnh mốc sương bị nhiễm nhẹ với khoảng 2%.

 

Ông Trần Anh Thông, cán bộ phụ trách xây dựng mô hình cho biết: Các mô hình với giống Atlantic và TK15.80 ở Lâm Đồng và Gia Lai đều thu hoạch đảm bảo thời gian sinh trưởng từ 95 - 100 ngày. Đặc biệt, năng suất trung bình đều đạt khoảng 26 tấn/ha, cao hơn mục tiêu của dự án 30% và cao hơn hẳn năng suất tại các ruộng khoai tây ngoài mô hình (năng suất chỉ đạt 16 - 19 tấn/ha). Các mô hình đều mang lại hiệu quả cao, góp phần tăng thu nhập cho nông dân, phù hợp nhân rộng trong thời gian tới.

 

Nhiều hộ ngoài dự án đã liên hệ, tìm hiểu, học hỏi để thực hiện. Đặc biệt, hiệu quả từ các mô hình sẽ góp phần chủ động nguồn khoai tây nguyên liệu cung cấp cho các cơ sở chế biến tại địa phương cũng như các vùng khác trên cả nước.

 

Tây Nguyên là vùng sản xuất khoai tây quan trọng thứ 2 của cả nước với khoảng 2.500 - 3.000ha (sau vùng Đồng bằng sông Hồng), năng suất trung bình từ 16 - 20 tấn/ha. Với điều kiện khí hậu thuận lợi, vùng Tây Nguyên có thể sản xuất khoai tây quanh năm, đặc biệt là tại Lâm Đồng.

 

Thời gian qua, bà con nông dân sản xuất khoai tây, đặc biệt là khoai tây nguyên liệu ở Tây Nguyên chưa chú trọng nhiều tới việc ứng dụng các tiến bộ kỹ thuật về giống, kỹ thuật canh tác, cơ giới hóa vào sản xuất. Nhiều nơi canh tác theo phương pháp truyền thống dẫn tới chi phí đầu vào tăng cao, đặc biệt không tạo được chuỗi giá trị nên hiệu quả thấp.