Tối đa hóa hiệu quả chọn lọc giống bắp bằng sàng lọc di truyền của cả hệ gen

 Tối đa hóa hiệu quả chọn lọc giống bắp bằng sàng lọc di truyền của cả hệ gen

Nguồn: Sikiru Adeniyi Atanda, Michael Olsen, Juan Burgueño, Jose Crossa, Daniel Dzidzienyo, Yoseph Beyene, Manje Gowda, Kate Dreher, Xuecai Zhang, Boddupalli M. Prasanna, Pangirayi Tongoona, Eric Yirenkyi Danquah, Gbadebo Olaoye & Kelly R. Robbins. 2021. Maximizing efficiency of genomic selection in CIMMYT’s tropical maize breeding program. Theoretical and Applied Genetics January 2021, vol. 134:279–294. 

Cơ sổ dữ lịệu của chương trình lai tạo giống bắp có thể được sử dụng một cách hiệu quả để cải tiến mức độ chính xác của sàng lọc hệ gen (genomic selection), đặc biệt là tập đoàn training set được tối ưu hóa thành những cá thể mang tính chất subset có nhiều thông tin di truyền nhất đối với tập đoàn target testing set. Chiến lược nghiên cứu hiện đại để nhà chọn giống thực hiện kỷ năng trên mức độ rộng về sàng lọc di truyền toàn bộ hệ gen (genomic selection: ký hiệu là GS), được thực hiện tại CIMMYT (International Maize and Wheat Improvement Center) bằng cách khảo sát những models sử dụng nguồn thông tin từ dòng con lai full-sibs theo bố trí thí nghiệm kiểu “test-half-predict-half approach.” Cho dù kết quả rất tốt, nhưng cách tiếp cận này cũng có những hạn chế nhất định, vì nó cần có những quần thể lớn full-sib và hạn chế khả năng  rút ngắn thời gian khảo nghiệm giống, rút ngắn thời gian của những thế hệ con lai. Mục tiên nghiên cứu là xác định kiểu bố trí thí nghiệm tối hảo và kiểu tập đoàn training tối hảo để tối đa hóa  giá trị chính xác trong dự đoán theo GS thuộc chương trình lai tạo giống bắp của CIMMYT. Tập đoàn training set (TS) được đánh giá để xác định sử dụng cơ sở dữ liệu kiểu hình sao cho đạt hiệu quả cao nhất đối với giá trị GP (genomic prediction) trên cơ sở dữ liệu bao gồm 849 (DS1) và 1389 (DS2) dòng đơn bội kép DH được đánh giá như thí nghiệm testcrosses vào năm 2017 và 2018, theo thứ tự. Có một kết quả tuyệt vời khi người ta sử dụng quần thể multiple bi-parental làm tập đoàn TS khi sàng lọc bằng các thuật toán để tối đa hóa các giá trị relatedness (từ họ hàng thân thuộc) giữa tập đoàn training và tập đoàn prediction. Theo chương trình cải tiến giống bắp này ở đó những thông tin số liệu trong quá khứ bị thất lạc hoặc không có đủ, người ta phải khai thác số liệu kiểu hình có trong quần thể bi-parental bằng cách chỉ đánh giá kiểu hình một số lượng nhỏ các dòng lấy ra từng mỗi quần thể con lai. Điều này đã cải thện đáng kể mức độ chính xác giá trị dự đoán so với phương pháp dự đoán trong cùng một quần thể (within-population prediction), đặc biệt khi tập đoàn TS dùng trong dự đoán full-sib có quy mô nhỏ. Cuối cùng, người ta chứng minh được giá trị chính xác của dự đoán dùng cho cả phương pháp sparse testing hoặc “test-half-predict-half” được cải thiện rất nhiều bằng cách tối ưu hóa những dòng con lai trồng ngoài ruộng để đánh giá kiểu hình, và dòng con lai chỉ được đánh giá kiểu gen để ghi nhận sự tiến bộ trên cơ sớ sàng lọc di truyền toàn bộ hệ gen GP. Xem: https://link.springer.com/article/10.1007/s00122-020-03696-9

 

Di truyền tính kháng bệnh cháy lá bắp ở châu Âu và Brazil

 Di truyền tính kháng bệnh cháy lá bắp ở châu Âu và Brazil

Nguồn: Ana L. Galiano-Carneiro, Bettina Kessel, Thomas Presterl & Thomas Miedaner. 2021.  Intercontinental trials reveal stable QTL for Northern corn leaf blight resistance in Europe and in Brazil. Theoretical and Applied Genetics January 2021; vol. 134:63–79

NCLB (Northern corn leaf blight) là bệnh có mức độ trầm trọng ở châu Âu, người ta khai thác nguồn gen cho tính kháng từ giống bắp Brazil nhằm tạo ra giống bắp cao sản kháng được bệnh NCLB mà ngân hành gen bắp châu Âu chưa tìm thấy. NCLB là pathogens chủ yếu trên cây bắp (Zea mays L.). Giống bắp cần phải có tính kháng phổ rộng và kháng ổn định với NCLB để thích ứng với điều kiện thâm canh và biến đổi khí hậu. Nguồn vật liệu di truyền từ Brazil là tài nguyên rất phong phú làm tăng tính kháng các giống bắp cao sản châu Âu, nhưng nguòi ta biết rất ít về ảnh hưởng của tương tác giữa kiểu gen và môi trường tại đây. Muốn nghiên cứu hiệu quả những donor đến từ Brazil về tính kháng với NCLB, người ta thực hiện kỹ thuật multi-parent QTL mapping, rồi đánh giá tiềm năng của chọn giống nhờ chỉ thị phân tử cũng như kỹ thuật genome-wide selection trong tập đoàn con lai bao gồm 742 dòng đơn bội kép từ quần thể F₁. Dòng này per se được khảo sát tại một địa điểm ở Brazil và sáu địa điểm ở châu Âu qua nhiều năm. Lai thử nghiệm (testcrosses) được đánh giá  tại hai địa điểm ở Brazil và 10 địa điểm ở châu Âu. Tích hợp số liệu lại, người ta xác định có 17 QTL điều khiển tính kháng NCLB giải thích được 3.57–30.98% biến thiên kiểu gen cho từng QTL. Hai QTL trong số ấy, được tìm thấy cả trong vật liệu Brazil và châu Âu, biểu hiện tính ổn định của những QTL này tại những môi trường canh tác khác nhau. Người quan sát thấy mức độ chính xác từ trung bình đến cao về giá trị dự đoán kiểu gen (genomic prediction) nằm trong quãng giá trị 0.58 - 0.83 tùy theo quần thể và châu lục. Kết quả nghiên cứu chỉ ra rằng khả năng sử dụng nguồn gen kháng từ nhiệt đới làm gia tăng tính kháng NCLB cho các giống bắp châu Âu trong chương trình cải tiến giống là khả thi. Xem: https://link.springer.com/article/10.1007/s00122-020-03682-1

 

Nguyên nhân ngô phát triển hiệu quả hơn

 Nguyên nhân ngô phát triển hiệu quả hơn

Ngô cho năng suất cao hơn hẳn so với nhiều loại cây trồng khác. Giải phẫu lá đặc biệt và hình thức quang hợp đặc biệt (gọi là C4) được phát triển trong quá trình tiến hóa của nó cho phép ngô phát triển nhanh hơn đáng kể so với các cây tương tự. Do đó, ngô cần các cơ chế vận chuyển hiệu quả hơn để phân phối các photoassimilate (là một trong số các hợp chất sinh học) được tạo ra trong quá trình quang hợp.

Các nhà nghiên cứu tại HHU đã phát hiện một cơ chế tải phloem mà trước đây chưa được mô tả - đó là lớp vỏ bọc xung quanh mạch là nơi vận chuyển các hợp chất như đường hoặc axit amin. Sự phát triển của cơ chế này có thể là bước tiến hóa quyết định đối với tốc độ vận chuyển các chất nhanh hơn ở cây ngô. Nó cũng có khả năng liên quan đến quá trình quang hợp C4 hiệu quả ở cây ngô so với các cây khác chỉ sử dụng quang hợp C3 – Kết quả nghiên cứu được dẫn đầu bởi Tiến sĩ Ji Yun Kim và Giáo sư Tiến sĩ Wolf B. Frommer từ Viện Sinh lý phân tử tại HHU.

Lá thực vật có cấu trúc khác nhau ở mặt trên (mặt trước) và mặt dưới (mặt trụ) và mỗi mặt thực hiện các nhiệm vụ khác nhau. Ví dụ, ở ngô, các chất vận chuyển sucrose (SWEET) hoạt động trong các tế bào vòng bao bó mạch (bundle sheath cells) ở mặt ngoài của lá. Ở cây mô hình Arabidopsis thaliana, đường được giải phóng qua SWEET từ các tế bào nhu mô phloem được vận chuyển trực tiếp vào các tế bào đồng hành lân cận thông qua quá trình vận chuyển tích cực. Ở ngô, đường được giải phóng theo hướng phloem bởi hai tế bào vòng bao bó mạch lớn. Bề mặt lớn của tế bào vòng bao bó mạch so với nhu mô phloem cho phép tốc độ vận chuyển các chất nhanh hơn nhiều do đó ngô có thể vận chuyển đường hiệu quả hơn so với Arabidopsis.

Nghiên cứu sinh và tác giả Margaret Bezrutczyk tại HHU nhấn mạnh: "Các tế bào vòng bao bó mạch được sắp xếp thành một vòng hoa thoạt nhìn trông giống nhau. Phương pháp giải trình tự tế bào đơn lẻ mà chúng tôi đã sử dụng lần đầu tiên có thể phân biệt giữa các loại tế bào bao bó mạch khác nhau trong một lá ngô. Với công nghệ này, chúng tôi hy vọng rằng nhiều loại tế bào và đặc biệt là những tế bào bao bó mạch sẽ được phát hiện trong tương lai". Giáo sư Frommer, Viện trưởng nhấn mạnh tầm quan trọng của phát hiện này, ông nói: "Cây ngô đem lại năng suất cao do quá trình quang hợp C4 của chúng. Có thể tưởng tượng rằng năng suất của lúa hoặc các cây trồng khác có thể được tăng lên khi chuyển nạp cơ chế này từ ngô sang các cây trồng khác".

2013. Phạm Văn Ngọc. Kết quả chọn tạo giống Ngô nếp lai phục vụ cho sản xuất ở các tỉnh phía Nam

Kết quả chọn tạo giống Ngô nếp lai phục vụ cho sản xuất ở các tỉnh phía Nam 

Phạm Văn Ngọc, Nguyễn Thị Bích Chi, La Đức Vực

DOWNLOAD

GIỚI THIỆU

Từ năm 2009 đến 2011, Trung tâm Hưng Lộc đã thu thập, lưu giữ  và đánh giá được 855 dòng ngô nếp; 42 dòng nếp ngọt. Kết quả thử khả năng kết hợp và lai tạo được 329 tổ hợp lai. Khảo sát đánh giá và tuyển chọn được 21 tổ hợp lai ưu tú, những tổ hợp lai này có các đặc điểm: thời gian sinh trưởng 76- 79 ngày, tương đương với đối chứng MX10 và Tím dẻo 926; có hương vị thơm ngon và có độ dẻo tương đương đối chứng MX10. Xác định được 5 tổ hợp lai triển vọng nhất là VK6; VK10; VK24; VK36 và VK37.