Tăng tốc qúa trình quang hợp ở cây ngô giúp tăng năng suất

 Tăng tốc qúa trình quang hợp ở cây ngô giúp tăng năng suất 

Các nhà khoa học vừa tăng cường một enzyme hấp thu carbon có tên RuBisCO để tăng tốc quá trình quang hợp ở cây bắp. Phát hiện hứa hẹn là một bước tiến quan trọng trong việc cải thiện hiệu suất và năng suất nông nghiệp, theo một nghiên cứu mới

Các nhà khoa học từ Viện Boyce Thompson (BTI) và Đại học Cornell (Mỹ) vừa tăng cường một enzyme hấp thu carbon có tên RuBisCO để tăng tốc quá trình quang hợp ở cây bắp. Phát hiện hứa hẹn là một bước tiến quan trọng trong việc nâng cao hiệu quả và năng suất nông nghiệp, theo một nghiên cứu mới đăng trên tạp chí Nature Plants.

Hàm lượng RuBisCO tăng hỗ trợ cỗ máy sinh học được sử dụng trong quá trình quang hợp của cây bắp để kết hợp carbon dioxide khí quyển vào carbohydrate.

“Mọi quá trình trao đổi chất chẳng hạn như quang hợp đều có sự tương đương với đèn hiệu giao thông hay gờ giảm tốc. RuBisCO thường là một yếu tố kìm hãm trong quá trình quang hợp. Mặc dù vậy, với RuBisCO tăng, gờ giảm tốc này được hạ xuống, dẫn tới hiệu suất quang hợp được cải thiện”, nhà sinh học thực vật David Stern cho biết.

RuBisCO thực tế có tên khoa học chính thức đó là Ribulose-1,5-bisphosphate carboxylase/oxygenase, một enzyme giúp chuyển đổi carbon dioxide thành đường. Người ta nhìn chung thừa nhận rằng nó là một enzyme phong phú nhất quả đất.

Nhưng đối với thế giới nông nghiệp thương mại và hệ thống quang hợp C4 (hợp chất 4 carbon) của cây bắp, RuBisCO hoạt động chậm chạp. Các nhà nghiên cứu đã tìm ra một cách để biểu hiện quá mức một enzyme hỗ trợ quan trọng có tên tên yếu tố lắp ráp 1 RuBisCO hay viết tắt là RAF1 để giúp sản xuất nhiều RuBisCO hơn.

Tác giả dẫn đầu nghiên cứu, nghiên cứu sinh tiến sĩ về lĩnh vực sinh học thực vật Coralie Salesse cho biết: “Nó cần sự trợ giúp từ các protein khác để tự lắp ráp”.

Với enzyme hỗ trợ này, các nhà khoa học thực tế đã hạ thấp một gờ giảm tốc khác – một thứ hạn chế tốc độ mà RuBisCO có thể đạt được kiến trúc sinh học phù hợp – dẫn tới cây trồng tích lũy chất này nhiều hơn.

Cơ chế chính xác về cách RuBisCO được lắp ráp vẫn còn là một bí ẩn trong nhiều năm cho đến khi protein RAF1 và RAF2 được phát hiện, Salesse cho biết. Salesse đã tiến hành một nghiên cứu trong phòng thí nghiệm ở Đại học quốc gia Úc và tại Đại học Illinois. Ông phát hiện ra rằng tăng RuBisCO khiến thực vật sinh trưởng nhờ khí nhà kính ra hoa sớm hơn, mọc cao hơn và cho nhiều sinh khối hơn.

“Bắp là một cây trồng quan trọng nhưng ngốn nhiều đất đai và năng lượng và giảm vết tích môi trường của nó là điều quan trọng. Chỉ chỉ riêng nước Mỹ, bắp được trồng trên khoảng 90 triệu mẫu và gần 15 tỉ giạ bắp đã được sản xuất trong những năm gần đây”, Stern cho biết. Ông giải thích rằng có nhiều phương pháp khác nhau để tăng sinh khối trên mỗi mẫu đất như tăng cường quang hợp vốn có thể tăng trọng lượng mỗi trái bắp và do đó làm tăng sản lượng trên mỗi mẫu.

Stern lưu ý rằng cùng phương pháp này có thể hứa hẹn cải thiện năng suất ở những cây trồng C4 khác như lúa miến và mía đường.

“Khi chuyển từ nhà kính và vào đồng ruộng, chúng tôi hy vọng rốt cuộc sẽ quan sát được sự sinh trưởng và năng suất cải thiện ở các giống cây sản xuất. Tăng tốc RuBisCO cung cấp nền tảng để có tác động sâu sắc đối với đối với khả năng trưởng thành và sản xuất sinh khối của cây bắp, đặc biệt khi kết hợp với các phương pháp khác”, ông cho biết thêm.

Dẫn theo https://dost-dongnai.gov.vn

Di truyền tính chịu khô hạn của bắp do gen ZmABF4-ZmVIL2/ZmFIP37, giai đoạn cây non

 Di truyền tính chịu khô hạn của bắp do gen ZmABF4-ZmVIL2/ZmFIP37, giai đoạn cây non

Nguồn: Dongling Zhang, Shixiang Ma, Zhixue Liu, Yuwei Yang, Wenjing Yang, Haixia Zeng, Huihui Su, Yang Yang, Wanjun Zhang, Jing Zhang, Lixia Ku, Zhenzhen Ren, Yanhui Chen. 2024. ZmABF4-ZmVIL2/ZmFIP37 module enhances drought tolerance in maize seedlings. Plant Cell Environ.; 2024 Sep; 47(9):3605-3618. doi: 10.1111/pce.14954.

 

Khô hạn, một yếu tố ngoại cảnh chủ yếu, cho thấy những hạn chế đáng kể tiến trình phát triển và năng suất cây trồng. PHDs được xác định là gen đáp ứng với stress trong phần lớn các loài sinh học thuộc eukaryotes. Tuy nhiên, cơ chế điều tiết đối với các gen PHD trong điều kiện stress phi sinh học chưa được người ta biết nhiều, cần phải nghiên cứu sâu hơn. Ở đây, các tác giả tiến hành phân lập gen đột biến, zmvil2, một đột biến bằng hóa chất EMS với vị trí đột biến C thành T trong đoạn exon của gen đích Zm00001d053875 (VIN3-like protein 2, ZmVIL2), cho kết quả “chấm dứt sớm mã hóa protein coding”.

 

ZmVIL2 thuộc họ protein PHD. So với dòng nguyên thủy WT, đột biến zmvil2 biểu hiện mức nhạy cảm tăng đối với stress khô hạn. Đồng thời, sự biểu hiện mạnh mẽ của gen ZmVIL2 làm tăng tính chống chịu khô hạn của cây bắp. Các nghiệm thức Y2H, BiFC, và Co-IP cho thấy rằng ZmVIL2 tương tác trực tiếp với ZmFIP37 (tương tác protein FKBP12 của 37). Đột biến knockout zmfip37 cũng biểu hiện tính trạng chống chịu khô hạn giảm đi. Lý thú là, người ta cho thấy ZmABF4 gắn kết trực tiếp với promoter của ZmVIL2 để làm tăng cường hoạt động của nó trong xét nghiệm “yeast one hybrid” (Y1H), xét nghiệm EMSA (electrophoretic mobility shift assay)  và xét nghiệm “dual luciferase reporter assays”. Do vậy, người ta phát hiện ra một mô hình mới ZmABF4-ZmVIL2/ZmFIP37 thúc đẩy khả năng chống chịu khô hạn của cây bắp. Tóm lại, phát hiện này làm giàu kiến thức nghiên cứu về chức năng của các gen PHD của hệ gen cây bắp và cung cấp nguồn vật liệu di truyền phục vụ cải tiến giống bắp cao sản chống chịu khô hạn.

 

Xem https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38747469/

Một liên kết protein bất ngờ trong quá trình sinh trưởng và phòng vệ của ngô có thể tăng khả năng thích ứng của cây trồng

 Một liên kết protein bất ngờ trong quá trình sinh trưởng và phòng vệ của ngô có thể tăng khả năng thích ứng của cây trồng

Ngô là một trong những cây lương thực quan trọng nhất trên thế giới và đã được nghiên cứu rộng rãi. Tuy nhiên, nhiều khía cạnh của cơ chế di truyền điều chỉnh sự sinh trưởng và phát triển của nó vẫn chưa được khám phá.

 

Nghiên cứu gần đây cho thấy một họ protein có tên là COI1, trước đây liên quan đến cơ chế phòng vệ ở các loài thực vật khác như cây Arabidopsis và lúa, chủ yếu điều chỉnh sự phát triển ở ngô. Phát hiện này có thể dẫn đến việc phát triển các giống ngô khỏe và năng suất hơn.

 

Ở thực vật, sinh trưởng và phòng vệ thường xung đột. Khi cây tập trung vào việc phòng vệ chống lại sâu bệnh, sinh trưởng thường chậm lại do sự tương tác đối lập giữa các protein ức chế gen phòng vệ, được gọi là JAZ (miền ZIM jasmonate) và các protein ức chế gen sinh trưởng (DELLA). Protein COI đóng vai trò then chốt trong việc cân bằng hai quá trình này bằng cách phân hủy JAZ.

 

Nghiên cứu tập trung vào sáu protein COI trong ngô, được chia thành hai nhóm: COI1 và COI2. Những cây đột biến được tạo ra thiếu một, hai hoặc cả bốn protein COI1. Tuy nhiên, không thể tạo ra các cây đột biến thiếu cả hai protein COI2 vì phấn hoa thiếu cả hai bị chết. Điều này chỉ ra rằng protein COI2 đóng vai trò quan trọng trong quá trình sinh thực của bộ phận đực và sự phát triển của phấn hoa ở ngô.

 

Điều ngạc nhiên thực sự đến từ những cây thiếu cả bốn protein COI1. “Những cây đột biến 'COI1-4x' này biểu hiện sự tăng trưởng chậm lại đáng kể so với cây ngô hoang dại”, Leila Feiz, tác giả đầu tiên và đồng tác giả liên hệ của nghiên cứu mới được công bố trên The Plant Cell, cho biết. “Điều này trái ngược với kỳ vọng của tôi vì các đột biến COI thường dẫn đến sự phát triển cao hơn ở các loài khác như cây Arabidopsis và lúa”.

 

Feiz giải thích thêm: “Ở các cây đột biến C3 COI, chẳng hạn như cây Arabidopsis, việc thiếu sự phân hủy JAZ bởi COI dẫn đến DELLA bị JAZ bẫy. Điều này tạo ra các gen tăng trưởng do axit gibberellic gây ra, thường bị DELLA ức chế khi không có axit gibberellic. Ngược lại, các cây hoang dại được xử lý liên tục bằng axit jasmonic sẽ phát triển thấp hơn các cây không được xử lý. Điều này là do COI nhận biết axit jasmonic và phân hủy JAZ.

 

“Sự phân hủy kích hoạt các gen phòng vệ và giải phóng DELLA khỏi sự bẫy JAZ, do đó ức chế sự tăng trưởng. Không giống như các đột biến COI của cây Arabidopsis và lúa, mà cho thấy biểu hiện kiểu hình cao hơn so với cây hoang dại của chúng, đột biến cả bốn protein COI1 của ngô biểu hiện sự phát triển thấp hơn so với các đột biến kép và các cây hoang dại của nó”.

 

Phân tích sâu hơn cho thấy rằng các protein COI1 của ngô có thể đã phát triển một chức năng mới: phân hủy các protein DELLA, ức chế sự tăng trưởng của cây. Feiz đề xuất phá vỡ các DELLA để ức chế sự tăng trưởng này, các protein COI1 cho phép ngô tiếp tục phát triển ngay cả khi tự vệ trong điều kiện có nồng độ axit jasmonic cao - có nhiều trong các loại cây được trồng ở vùng khí hậu nóng và khô cằn, nơi các loại cây C4, chẳng hạn như ngô và mía, đã tiến hóa.

 

Vai trò mới này của COI1 trong việc điều chỉnh nồng độ DELLA và sự tăng trưởng có thể là một sự thích nghi đã giúp ngô và có thể là các loại cây C4 khác phát triển mạnh trong những môi trường như vậy - một động lực thúc đẩy quá trình tiến hóa của C4. Bằng cách tách rời các phản ứng tăng trưởng và phòng vệ, ngô và các loại cây C4 khác như lúa miến có thể duy trì sự tăng trưởng mạnh mẽ ngay cả khi phải đối mặt với các căng thẳng về môi trường thường hạn chế sự tăng trưởng.

 

Dự án bắt đầu cách đây gần năm năm với một số ít cây đột biến đơn được cứu khỏi một dự án bị bỏ dở. Kevin Ahern, khi đó là quản lý thực địa và là nghiên cứu sinh tại phòng thí nghiệm của Georg Jander tại Viện Boyce Thompson, đã cứu chúng bằng cách thụ phấn và thu thập hạt giống của chúng.

 

Vài tháng sau, Feiz, một nhà nghiên cứu tại phòng thí nghiệm của Jander, đã tiếp quản những hạt giống đột biến để tiếp tục dự án. Trong suốt quá trình nghiên cứu này, cô đã hợp tác với một số nhà khoa học khác, bao gồm Shan Wu, nhà nghiên cứu sau tiến sỹ tại phòng thí nghiệm của Zhangjun Fei, người đã giúp phân tích một tập dữ liệu giải trình tự RNA lớn.

 

Nghiên cứu này mở ra những khả năng mới để tăng cường khả năng thích ứng và năng suất của cây trồng bằng cách tiết lộ cách protein COI tương tác với protein DELLA và các thành phần khác của con đường truyền tín hiệu của cây. Nghiên cứu này nêu bật cách nghiên cứu cơ bản về sinh học thực vật có thể khám phá ra những sự thích nghi tiến hóa hấp dẫn và dẫn đến những tiến bộ trong nông nghiệp thực tế.

 

Nguyễn Tiến Hải theo Phys.org

Cơ sở di truyền mới và khả năng kháng côn trùng gây hại của cây trồng công nghệ sinh học

 Cơ sở di truyền mới và khả năng kháng côn trùng gây hại của cây trồng công nghệ sinh học

Sâu đục thân ngô, còn được biết với tên gọi là sâu đục quả bông hoặc Helicoverpa zea, đã cho thấy khả năng phát triển nhanh chóng khả năng kháng thuốc trên đồng ruộng đối với các loại cây trồng biến đổi gen. Các nhà nghiên cứu của Đại học Arizona tại Khoa Nông nghiệp, Khoa học Sự sống và Môi trường đang nghiên cứu yếu tố di truyền độc đáo giúp một trong những loài gây hại cây trồng chính của Hoa Kỳ kháng thuốc đối với các loại cây trồng chuyển gen.

 

Nếu không được kiểm soát, côn trùng gây hại có thể tàn phá mùa màng. Để giảm thiểu thiệt hại và giảm nhu cầu phun thuốc trừ sâu, cây trồng đã được biến đổi gen để sản xuất protein vi khuẩn tiêu diệt các loài gây hại chính nhưng không gây hại cho con người hoặc động vật hoang dã. Tuy nhiên, việc trồng rộng rãi các loại cây trồng chuyển gen như vậy đã dẫn đến sự thích nghi nhanh chóng của một số loài gây hại. Một nghiên cứu mới trong Biên bản của Viện Hàn lâm Khoa học Quốc gia tiết lộ một cơ sở di truyền mới về khả năng kháng thuốc của cây trồng chuyển gen ở một trong những loài gây hại cây trồng quan trọng nhất tại Hoa Kỳ.

 

Các nhà nghiên cứu từ Khoa côn trùng học của Đại học Arizona thuộc Cao đẳng Nông nghiệp, Khoa học Sự sống và Môi trường đã sử dụng công nghệ gen để nghiên cứu những thay đổi di truyền gây ra khả năng kháng thuốc đối với cây trồng chuyển gen trong quần thể sâu đục thân ngô, còn được gọi là sâu đục quả bông hoặc Helicoverpa zea. Họ phát hiện ra rằng ở loài gây hại háu ăn này, khả năng kháng thuốc tiến hóa trên đồng ruộng không liên quan đến bất kỳ gen nào trong số 20 gen trước đây có liên quan đến khả năng kháng thuốc đối với các protein diệt côn trùng gây hại ở cây trồng chuyển gen.

 

"Sâu đục thân ngô là một trong những loài gây hại thách thức nhất thế giới xét về khả năng nhanh chóng phát triển khả năng kháng thuốc trên đồng ruộng đối với các loại cây trồng biến đổi gen. Chúng tôi đã xác định được 20 gen chứa đột biến mang lại khả năng kháng thuốc đối với các protein diệt côn trùng gây hại dựa trên công trình trước đây với các chủng sâu đục thân ngô được chọn lọc trong phòng thí nghiệm cũng như các quần thể kháng thuốc trên đồng ruộng và các chủng phòng thí nghiệm của các loài gây hại cánh vảy khác", tác giả nghiên cứu cấp cao Bruce Tabashnik, trưởng khoa Côn trùng học đã cho biết. "Chúng tôi gọi 20 gen này là 'những đối tượng thường gặp'. Trái với kỳ vọng của chúng tôi, khi tìm kiếm gen gây ra khả năng kháng thuốc tiến hóa trên đồng ruộng của sâu đục thân ngô, không có gen thường gặp nào gây ra".

 

Một công cụ mới trong cuộc chiến không hồi kết với côn trùng gây hại

 

Để được bảo vệ khỏi sâu đục thân ngô và một số loài sâu bướm và bọ cánh cứng gây hại chính khác, cây trồng đã được biến đổi gen để sản xuất protein từ vi khuẩn phổ biến Bacillus thuringiensis hay Bt. Không giống như thuốc trừ sâu phổ rộng, protein Bt chỉ có tác dụng chống lại tương đối ít loài côn trùng. Trong khi thuốc trừ sâu phổ rộng là chất độc thần kinh, protein Bt chỉ có thể gây độc nếu chúng được ăn vào và sau đó liên kết với các thụ thể đường ruột cụ thể không có ở hầu hết các loài không phải là côn trùng gây hại, bao gồm cả con người. Do hiệu quả và độ an toàn của chúng, cây trồng Bt được trồng ở hàng chục quốc gia trên diện tích hơn một phần tư tỷ mẫu Anh mỗi năm. Tại Hoa Kỳ vào năm 2024, các giống Bt chiếm 86% diện tích ngô và 90% diện tích bông được trồng. Tuy nhiên, sự tiến hóa của khả năng kháng thuốc của các loài gây hại như sâu đục thân ngô đã làm giảm lợi ích của cây trồng Bt.

 

Sâu đục thân ngô là một trong những loài gây hại có ý nghĩa kinh tế nhất ở Hoa Kỳ, gây ra thiệt hại và chi phí hàng trăm triệu đô la mỗi năm. Chúng tấn công nhiều loại cây trồng, bao gồm ngô, bông, đậu nành và cà chua.

 

Một sự thay đổi trong DNA

 

Để phân tích cơ sở di truyền của khả năng kháng sâu đục thân ngô tiến hóa trên đồng ruộng, các nhà nghiên cứu của Đại học Alberta đã hợp tác với các đồng nghiệp tại Đại học Texas A&M, những người đã sử dụng kiểm tra sinh học để đánh giá khả năng kháng bệnh bằng cách thử nghiệm các loài côn trùng có nguồn gốc từ đồng ruộng.

 

Luciano Matzkin, giáo sư côn trùng học tại Đại học Alberta và là đồng tác giả của nghiên cứu đã cho biết: "Các kiểm tra sinh học thường được sử dụng để xác định xem côn trùng có khả năng kháng thuốc hay không bằng cách cho chúng tiếp xúc với protein Bt trong phòng thí nghiệm".

 

Sau khi các kiểm tra sinh học hoàn tất, các loài côn trùng được thử nghiệm thường bị loại bỏ. Trong quan hệ đối tác sáng tạo này, các loài côn trùng từ các kiểm tra sinh học được tiến hành tại Texas A&M đã được đông lạnh và gửi đến U of A để chiết xuất DNA và giải trình tự để có thể quét toàn bộ bộ gen để tìm ra sự khác biệt về mặt di truyền giữa sâu bướm tai ngô kháng và dễ bị nhiễm. Bao gồm một số mẫu đã được giải trình tự trước đó, phân tích bộ gen bao gồm 937 con sâu bướm tai ngô từ 17 địa điểm ở bảy tiểu bang trên khắp miền Nam Hoa Kỳ, được lấy mẫu từ năm 2002 đến năm 2020.

 

"Chúng tôi đã kiểm tra cẩn thận 20 gen ảnh hưởng đến cách côn trùng gây hại phản ứng với protein Bt trong các nghiên cứu trước đây. Bằng chứng của chúng tôi cho thấy những thay đổi trong các gen này không gây ra tình trạng kháng thuốc đối với cây trồng Bt trong quần thể sâu đục thân ngô hoang dã", Andrew Legan, nghiên cứu sinh sau tiến sỹ tại U of A và là tác giả đầu tiên của nghiên cứu đã cho biết. "Thay vào đó, chúng tôi phát hiện ra tình trạng kháng thuốc có liên quan đến một nhóm gen được nhân đôi trong một số quần thể đồng ruộng kháng thuốc. Nhưng vẫn còn là một bí ẩn về việc có bao nhiêu gen trong số này góp phần vào tình trạng kháng thuốc và chúng truyền tình trạng kháng thuốc như thế nào".

 

Mặc dù không thu hẹp nguyên nhân gây ra tình trạng kháng thuốc đối với một gen duy nhất, các nhà nghiên cứu cho biết nghiên cứu này cung cấp một lời nhắc nhở quan trọng rằng cơ sở di truyền của tình trạng kháng thuốc có thể khác nhau giữa thực địa và phòng thí nghiệm. Đây là một cảnh báo quan trọng để phát triển các công cụ theo dõi tình trạng kháng thuốc trên thực địa. Các kết quả cũng chứng minh cách các kiểm tra sinh học có thể được sử dụng với các phân tích bộ gen. Như nghiên cứu minh họa, các phân tích bộ gen của côn trùng kháng thuốc và dễ bị nhiễm bệnh được bảo quản từ các kiểm tra sinh học theo dõi thường quy có thể giúp làm sáng tỏ cơ sở di truyền của tình trạng kháng thuốc tiến hóa trên thực địa, trong khi kết quả kiểm tra sinh học có thể xác định ngay lập tức tình trạng kháng thuốc trên thực địa và giúp tạo điều kiện thuận lợi cho các quyết định quản lý.

 

Đỗ Thị Nhạn theo Đại học Arizona

Biến thiên di truyền của TFs đối với tính trạng chống chịu lạnh của giống bắp

 Biến thiên di truyền của TFs đối với tính trạng chống chịu lạnh của giống bắp

Nguồn: Lei Gao, Lingling Pan, Yiting Shi, Rong Zeng, Minze Li, Zhuoyang Li, Xuan Zhang, Xiaoming Zhao, Xinru Gong, Wei Huang, Xiaohong Yang, Jinsheng Lai, Jianru Zuo, Zhizhong Gong, Xiqing Wang, Weiwei Jin, Zhaobin Dong, Shuhua Yang. 2024. Genetic variation in a heat shock transcription factor modulates cold tolerance in maize. Mol Plant; 2024 Sep 2; 17(9):1423-1438. doi: 10.1016/j.molp.2024.07.015. 

 

Hiểu được làm thế nào cây bắp (Zea mays) phản ứng với stress lạnh là yếu cầu cần thiết nhằm phục vụ tốt hơn chương trình cải tiến giống bắp chống chịu lạnh. Mặc dù người ta sử dụng rất phổ biến GWAS (genome-wide association study) để khai thác các alen trong tự nhiên gắn vvo71i tính trạng chống chịu lạnh, nhưng có rất ít nghiên cứu xác định thành công gen ứng cử viên điều khiển tính chống chịu lạnh của cây bắp. Kết quả này, tác giả đã sử dụng tập đoàn giống bắp cận giao rất đa dạng, được thu thập từ nhiều ngân hàng gen khác nhau để hoàn thiện phương pháp GWAS trên cơ sở biến thiên di truyền của vùng lá bắp bị tổ thương tương đối khi có stress lạnh xảy đến, như một tính trạng mục tiêu tương quan chặt với tính chịu lạnh của cây bắp.

 

Người ta xác định HSF21, mã hóa protein có tên là “B-class heat shock transcription factor” (HSF), yếu tố phiên mã này điều tiết tích cực tính chịu lạnh ở cả 2 giai đoạn: cây non và hạt nẩy mầm. Biến thiên di truyền tự nhiên  của vùng promoter gen chịu lạnh HSF21Hap1 (alen) dẫn đến kết quả biểu hiện gen HSF21 tăng khi bị stress lạnh bởi ức chế sự gắn kết với “basic leucine zipper bZIP68” – một TF, một regulator thụ động với chống chịu lạnh. Bằng phương pháp chạy trình tự “transcriptome deep sequencing”, kết hợp với chạy “DNA affinity purification sequencing”, rồi phân tích “lipidomic” mục tiêu, người ta ghi nhận được chức năng của HSF21 là điều tiết sự kiện sinh lý “homeostasis” (tăng giảm theo lượng ở không bào) biến dưỡng lipid  để điều chỉnh khả năng chịu lạnh của cây bắp. Hơn nữa, người ta nhận thấy HSF21 liên quan đến tính chịu lạnh mà không làm suy giảm năng suất. Như vậy, nghiên cứu này cho thấy HSF21 là một regulator chủ chốt làm tăng cường tính chịu lạnh của cây bắp, cung cấp nguồn gen có giá trị phục vụ cải tiến giống bắp cao sản chịu lạnh.

 

Xem https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/39095994/

Tính linh hoạt của mô phỏng “genomic predictions” đối với hai chu kỳ lai giống bắp

 Tính linh hoạt của mô phỏng “genomic predictions” đối với hai chu kỳ lai giống bắp

Nguồn: Alizarine Lorenzi, Cyril Bauland, Sophie Pin, Delphine Madur, Valérie Combes, Carine Palaffre, Colin Guillaume, Gaëtan Touzy, Tristan Mary-Huard, Alain Charcosset & Laurence Moreau. 2024. Portability of genomic predictions trained on sparse factorial designs across two maize silage breeding cycles. Theoretical and Applied Genetics; March 2024; vol. 137; article 75

 

Người ta minh chứng được hiệu quả của “genomic predictions” (dự đoán hiệu quả di truyền) hiệu chỉnh trên tập đoàn giống bắp “sparse factorial training sets” để biết trước được thế hệ con lai kế tiếp và trắc nghiệm, các chiến lược khác nhau phục vụ cập nhật kết quả dự báo theo nhiều thế hệ con lai.

 

Sàng lọc di truyền thu nhận những triển vọng mới phục vụ nội dung kiểm tra lại sơ độ lai thông qua thay thế việc đánh giá kiểu hình tích cực của từng cá thể với số liệu dự đoán hiệu quả di truyền. Tìm ra được thiết kế lý tưởng phục vụ “training genomic prediction models” vẫn còn là câu hỏi chưa có lời đáp. Những nghiên cứu trước đây đã và đang biểu hiện triển vọng về khả năng dự báo thông qua thuật toán “sparse factorial” thay vì “tester-based training sets” để dự đoán được kết quả lai đơn trong cùng một thế hệ. Nghiên cứu này nhằm mục tiêu tìm hiểu sâu hơn việc sử dụng thuật toán “factorials” và sự tối ưu hóa của cúng nhằm chọn dòng có khả năng phối hợp chung mong muốn (GCAs) và giá trị con lai thông qua các chu kỳ lai chọn. Điều đó dựa vào hai chu kỳ lai chọn của một sơ đồ sàng lọc di truyền lai nghịch đảo giống bắp bao gồm quần thể có nhiều bố mẹ (multiparental) kết hợp với quần thể lai nghịch đảo (reciprocal populations) từ tập đoạn bắp “flint” và tập đoàn bắp “dent”, nhóm bổ sung ưu thế lai được sàng lọc để hoàn tất “silage”. Chọn lọc trên cơ sở dự đoán hiệu quả di truyền chạy trên mô phỏng “factorial design” cho kết quả GA% tăng đáng kể (genetic gain: hiệu quả chọn lọc) đối với năng suất chất khô ở thế hệ mới. Kết quả khẳng định hiệu quả của thuật toán “sparse factorial training sets” cho biết dòng ứng cử viên về khả năng phối hợp cao GCAs và giá trị ưu thế lai qua các chu kỳ lai chọn. So với kết quả trước đây trên thế hệ thứ nhất, lợi thế của “factorial” hơn “tester training sets” biểu thị thấp hơn qua nhiều thế hệ. Cập nhật hóa “factorial training sets” bằng “adding single-cross hybrids” giữa dòng con lai được chọn từ thế hệ đầu tiên hoặc một subset ngẫu nhiên nào đó của con lai hybrids của thế hệ mới đã cải tiến được khả năng dự đoán rất nhiều. Giá trị “CDmean criterion” giúp nhà chọn giống xác định được tập đoàn của “single-crosses” (cặp lai đơn) để tiến hành đánh giá kiểu hình nhằm cập nhật “training set” một cách hiệu quả. Kết quả minh chứng tính hiệu quả của thuật toán “sparse factorial designs” trong việc điều chỉnh số liệu dự đoán hiệu quả di truyền của con lai trong thí nghiệm, chỉ ra rằng lợi ích của sự cập nhật theo từng thế hệ con lai.

 

Xem https://link.springer.com/article/10.1007/s00122-024-04566-4

 

Sơ đồ những thay đổi về quy mô thử nghiệm trong chương trình nhân giống bắp.

Chất chuyển hóa đặc biệt từ rễ bắp làm giảm độc tố arsenic: “benzoxazinoids”

 Chất chuyển hóa đặc biệt từ rễ bắp làm giảm độc tố arsenic: “benzoxazinoids”

Nguồn: V Caggìa et al. 2024. Root-exuded specialized metabolites reduce arsenic toxicity in maize. PNAS March 26 2024; 121 (13) e2314261121

 

Các mức độ của độc tố arsenic trong đất có thể làm giảm năng suất cây trồng đáng kể. Ở đây, người ta công bố một cơ chế giảm giảm tích tụ arsenic và giảm độc tính của nó. Benzoxazinoids, một lớp có tính trội của chất biến dưỡng chuyên biệt (còn được gọi là chất biến dưỡng thứ cấp) được mễ cốc sản sinh ra ví dụ như lúa mì và bắp, chúng có thể làm giảm sự hấp thu arsenic và cải tiến hiệu suất thức vật trong nhà kính và trên đồng ruộng. Bên cạnh đó, sự tiết dịch benzoxazinoid vào đất làm tăng cường hiệu suất của những thế hệ con cháu của cây trong đất có nồng độ arsenic cao. Công trình nghiên cứu này mở rộng các chiến lược kháng trên cơ sở di truyền để ổn định năng suất cây trồng trong hệ sinh thái nông nghiệp bị ô nhiễm.

 

Nhờ giải phóng được các chất biến dưỡng chuyên biệt, cây cải thiện được môi trường của chúng. Liệu rằng và bằng cách nào những chất biến dưỡng bảo vệ được cây chống lại mức độ độc chất của nguyên tố vi lượng (trace elements) thì người ta chưa biết rõ. Tác giả đánh giá liệu rằng các benzoxazinoids, được phóng thích vào đất bằng những loài mễ cốc chính, có thể tạo hành lang bảo vệ độc tố arsenic hay không. Benzoxazinoid sản sinh từ cây bắp thực hiện tốt hơn trong đất bị nhiễm độc arsenic hơn các dòng đột biến thiếu benzoxazinoid theo kết quả xét nghiệm nhà kính và trên ruộng. Thêm benzoxazinoids vào đất khôi phục được tác dụng bảo vệ, và ảnh hưởng này còn kéo dài cho đến thế hệ cây con tiếp theo thông qua phản hồi tích cực của đất và cây. Mức độ arsenate trong đất và mức độ arsenic tổng số trong rễ đều thấp hơn khi có sự hiện diện của benzoxazinoids.

 

Xem https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2314261121