Di truyền tính chống chịu lạnh của cây bắp

Di truyền tính chống chịu lạnh của cây bắp

Nguồn: Q. Yi, L. Álvarez-Iglesias, R. A. Malvar, M. C. Romay & Pedro Revilla. 2021. A worldwide maize panel revealed new genetic variation for cold tolerance. Theoretical and Applied Genetics April 2021; vol. 134:1083–1094

Quần thể association bao gồm 836 mẫu giống bắp cận giao cung cấp một nền đa dạng di truyền rất rộng để nghiên cứu tính chịu lạnh của cây bắp, như QTL thăm dò đầu tiên có những ảnh hưởng nhỏ được người ta phân lập. Điều này chỉ ra rằng kỹ thuật sàng lọc di truyền (genomic selection) là phương pháp rất triển vọng phục vụ chương trình cải tiến giống bắp cao sản chịu lạnh giỏi.

Cây bắp (Zea mays L.) có một hạn chế tự nhiên là không kháng được lạnh, chương trình cải tiến giống bắp cao sản kháng lạnh là nút cổ chai đê người ta tiến đến mục tiêu sản lượng bắp cao hơn ở nông nghiệp ôn đới. Theo kết quả nghiên cứu này, người ta đánh giá một tập đoàn bao gồm 836 mẫu giống bắp cận giao để tìm kiếm những loci di truyền và những gen ứng cử viên điều khiển chống chịu lạnh ở giai đoạn nẩy mầm và giai đoạn cây con. Biến dị di truyền đối với tính trạng chịu lạnh lớn hơn rất nhiều so với những báo cáo trước đây, với chỉ số di truyền tương đối khá cao đối với hầu hết tính trạng liên quan. Có tất cả 187 chỉ thị SNPs có ý nghĩa liên kết chặt với 159 QTLs đối với tính trạng nẩy mầm và tính trạng tăng trưởng ở giai đoạn cây con. Hầu hết QTL này đều có ảnh hưởng nhỏ bé và rất chuyên biệt với yếu tố môi trường, so với đối chứng (nghiệm thức không xử lý lạnh). Những alen chủ lực có tần suất cao trong 120 mẫu bắp cận giao có trong những nhóm nguồn vật liệu ban đầu (germplasm groups), chủ yếu là giống bắp có nguồn gốc ở  Minnesota và Tây Ban Nha Spain. Do đó, biến dị truyền rất lớn, mới trong bộ giống bắp này  đại diện bởi các dòng cận giao nói trên. Hầu hết những gen ứng cử viên có những tiến trình biến dưỡng rõ ràng và những cơ quan có chức năng xuyên màng bên trong những tế bào. Người ta kỳ vọng rằng: những đánh giá sau này về ngân hàng gen cây bắp với mức đa dạng rộng hơn nữa có thể xác định được  các alen cần thiết điều khiển tính chống chịu lạnh. Tuy vậy, người ta không kỳ vọng những alen sẽ được tìm thấy sắp tới có ảnh hưởng lớn hơn (large effects) để cải tiến giống bắp chịu lạnh.

Xem: https://link.springer.com/article/10.1007/s00122-020-03753-3

 

Yếu tố phiên mã BES1/BZR1 trong cây bắp và kích thước hạt bắp

 Yếu tố phiên mã BES1/BZR1 trong cây bắp và kích thước hạt bắp

Nguồn: Fuai Sun, Lei Ding, Wenqi Feng, Yang Cao, Fengzhong Lu, Qingqing Yang, Wanchen Li , Yanli Lu, Nitzan Shabek, Fengling Fu, Haoqiang Yu. 2021. Maize transcription factor ZmBES1/BZR1-5 positively regulates kernel size. J Exp Bot. 2021 Feb 27; 72(5):1714-1726.  doi: 10.1093/jxb/eraa544.

Yếu tố phiên mã (TFs) BES1/BZR1 điều tiết sự biểu hiện của những gen đáp ứng với hợp chất brassinosteroids, đóng vai trò chủ chốt trong quá trình phát triển thực vật, nhưng vai trò của những TFs ấy trong phát triển hạt bắp vẫn còn bí ẩn. Theo nghiên cứu này, các tác giả đã tìm thấy ZmBES1/BZR1-5 điều tiết tích cực kích thước trái bắp. Phân tích “association” những gen ứng cử viên của 513 dòng cận giao rất đa dạng cho thấy có 3 chỉ thị SNPs liên quan đến gen ZmBES1/BZR1-5 một cách có ý nghĩa đối với tính trạng chiều ngang hạt bắp và chiều dài hạt bắp và có 4 chỉ thị SNPs liên quan đến khối lượng 100 hạt. Sự biểu hiện mạnh mẽ gen ZmBES1/BZR1-5 trong cây Arabidopsis và cây lúa đều kèm theo kích thước và khối lượng hạt gia tăng đáng kể, hạt nhỏ hơn được sản sinh trong giống bắp có hiện tượng chèn đoạn Mu transposon và dòng đột biến hóa chất EMS. Protein ZmBES1/BZR1-5 nằm trong nhân tế bào, bao gồm domain bHLH và BAM, chỉ ra rằng không có hoạt động phiên mã như một monomer nhưng hình thành nên một homodimer thông qua domain có tên là BAM. Phân tích kỹ thuật ChIP-sequencing và phương pháp yeast one-hybrid cộng với xét nghiệm dual-luciferase cho kết quả: protein này gắn kết với những promoters của gen AP2/EREBP (Zm00001d010676 và Zm00001d032077); ức chế hoạt động phiên mã của chúng. Sàng lọc di truyền thư viện cDNA cho kết quả: ZmBES1/BZR1-5 tương tác với casein kinase II subunit β4 (ZmCKIIβ4) và ferredoxin 2 (ZmFdx2) in vitro và in vivo, theo thứ tự. Kết hợp lại, nghiên cứu này chỉ ra rằng ZmBES1/BZR1-5 điều tiết tích cực kích thước hạt bắp, cho chúng ta khái niệm mới rõ ràng hơn về cơ chế phát triển hạt bắp.

 

Xem https://academic.oup.com/jxb/issue/72/5

 

Vai trò của Ufo1-1 trong phát triển nội nhũ và tích tụ carbohydrate của hạt bắp

Vai trò của Ufo1-1 trong phát triển nội nhũ và tích tụ carbohydrate của hạt bắp

Nguồn; Debamalya Chatterjee, Kameron Wittmeyer, Tzuu-fen Lee, Jin Cui, Neela H Yennawar, Hemant P Yennawar, Blake C Meyers, Surinder Chopra. 2021. Maize unstable factor for orange1 is essential for endosperm development and carbohydrate accumulation. Plant Physiology; 26 April 2021.

Cây bắp (Zea mays L.) có đột biến trội tự phát sinh Ufo1-1 được viết tắt từ chữ unstable factor for orange1 (ufo1). Người ta vừa dòng hóa gen ufo1, một gen đặc thù của họ Poaceae biểu hiện trong giai đoạn phát triển của hạt bắp. Người ta tiến hành định tính gen Ufo1-1 và thực hiện “loss-of-function” bằng alen Ds chèn đoạn (ufo1-Dsg) để làm rõ vai trò gen ufo1 trong cây bắp. Người ta thấy rằng cả đột biến alen ufo1 đều tác động đến hàm lượng đường và hormones. Chúng làm sai lệch BELT (basal endosperm transfer layer) và loại hình tế bào nằm kế bên. Gen Ufo1-1 BETL làm suy giảm sự vươn dài của tế bào, sự dầy lên của thành tế bào, làm cho nó có dạng hình khối ở những tế bào đóng vai trò vận chuyển dịch dinh dưỡng. Trái lại, tế bào có gen ufo1-Dsg BETL biểu thị một sự suy giảm chung về kích thước với tăng trưởng thành tế bào bất thường. Phân tích sự thể hiện gen, người ta xác định được tác động của alen ufo1 trên nhiều gen cần thiết cho sự phát triển BETL. Sự biểu hiện mạnh mẽ gen Ufo1-1 ở nhiều mô khác dẫn đến kết quả là tạo ra những kiểu hình có tính chất ectopic (sai lệch), bao gồm sự tổ chức tế bào lộn xộn và hình thái tế bào khí khổng phụ trợ bất thường. Đặc biệt là, những transcriptomes ở lá và vỏ quả so với kiểu hình wild type, Ufo1-1 biểu hiện ectopic của gen khi phát triển nội nhũ. Như vậy Ufo1-1 tác động đến sự biểu hiện của một loạt các gen có trong tiến trình phát triển hết sức khác biệt nhau. 

Xem  https://academic.oup.com/plphys/advance-article-abstract/

 

Protein Knl1 có vai trò truyền tín hiệu trong hệ gen cây bắp

 Protein Knl1 có vai trò truyền tín hiệu trong hệ gen cây bắp

Nguồn: Handong Su, Yang Liu,  Chunhui Wang, Yalin Liu, Chao Feng, Yishuang Sun, Jing Yuan,  James A. Birchler, and Fangpu Han. 2021. Knl1 participates in spindle assembly checkpoint signaling in maize. PNAS May 18, 2021 118 (20) e2022357118; GENETICS.

Truyền tín hiệu có tiính chất checkpoint ở giai đoạn sợi nhiễm sắc hình thoi, viết tắt là SAC (spindle assembly checkpoint) điều khiển tính trạng gắn kết kinetochores đến thoi nhiễm sắc (spindle microtubules). Tuy nhiên, làm thế nào SAC proteins kết nối với kinetochores vẫn còn là điều bí ẩn trong thực vật. người ta xác định được chore protein Knl1 của cây bắp và cho rằng nó có chắc năng mang tính chất bảo thủ Knl1 khi phân bào. Dạng xoắnvới những amino acid có tính chất “hydrophobic” (kỵ nước) ở giữa phân tử protein Knl1 có trong sự tập họp của SAC protein, điều này khác với phosphoryl hóa trên môi trường Mps1 của những modules MELT. Chúng được mô tả trong tế bào nấm men (yeast) và động vật có vú. Vùng này, được tìm thấy trong protein Knl1 của cây bắp, được bảo tồn trong thực vật một lá mầm nhưng biểu hiện hết sức đa dạng trong sinh vật eukaryote, như vậy,  kiến trúc của kinetochore rất khác biệt nhau trong sự truyền tín hiệu SAC của thực vật.

Hệ thống Knl1-Mis12-Ndc80 (KMN) là thành phần rất cần thiết của kinetochore–microtubule gắn ở mặt ngoài, rất cần cho sữ ổn định hệ gen của sinh vật eukaryote. Người ta tiến hành dòng hóa phân tử đồng dạng Knl1 của cây bắp (Zea mays), rồi xác định nó như một kinetochore trung tâm có tính chất giả định. Các xét nghiệm về chức năng cho thấy chúng có vai trò hết sức bảo thủ trong phân ly và tập học nhiễm sắc thể trong phân bào, gây ra sự phân bào khiếm khuyết khi phát triển hạt bắp, lúc đó, phân tử Knl1 transcript hết hoạt động. Một vùng có 145 aa trong đoạn giữa của phân tử protein Knl1 cây bắp, không có trongnhững đoạn lập lại MELT, được gắn với hoạt động tương tác SAC (spindle assembly checkpoint) của họ protein Bub1/Mad3 số 1và số 2 (Bmf1/2) mà không gắn với protein Bmf3..

Xem https://www.pnas.org/content/118/20/e2022357118