Di truyền tính kháng bệnh Fusarium trên hạt bắp

 Di truyền tính kháng bệnh Fusarium trên hạt bắp

Nguồn: Eric N. Butoto, Jason C. Brewer & James B. Holland. 2022. Empirical comparison of genomic and phenotypic selection for resistance to Fusarium ear rot and fumonisin contamination in maize. Theoretical and Applied Genetics August 2022; vol. 135: 2799–2816

 

Sàng lọc kiểu gen (GS) và sàng lọc kiểu hình (PS) có kết quả giống nhau trong cải tiến tính trạng kháng bệnh FER (Fusarium ear rot) và quản lý độc tố trên hạt FUM (fumonisin contamination in maize). Phương pháp rẽ tiền hơn và nhanh hơn trong sàng lọc kiểu gen (genotyping methods: GS) tỏ ra hiệu quả so với sàng lọc kiểu hình (PS).

Nấm Fusarium verticillioides rất thường thấy trên ruộng bắp (Zea mays L.); pathogen này gây ra bệnh FER (Fusarium ear rot), sản sinh ra độc tố có tên gọi là mycotoxin fumonisin (FUM). Nghiên cứu này so sánh giữa phương pháp sàng lọc kiểu hình (PS) với sàng lọc kiểu gen (GS) nhằm cải tiến được tính trạng kháng bệnh FER và kháng độc tố FUM. Ba thế hệ giao phối kiểu intermating của kiểu gen tái tục (recurrent GS) được tiến hành trong cùng thời gian và từ một quần thể chung như hai thế hệ kiểu hình tái tục “recurrent PS”. Các dòng cây bắp được lấy mẫu từ mỗi chu kỳ PS và GS, mẫu được đánh giá tại 3 địa điểm ở bang North Carolina, năm 2020. Người ta quan sát phản ứng có tích chất tích lũy giống nhau đối với GS và PS, kết quả giảm khoảng 50% xét theo giá trị trung bình FER và FUM so sánh với quần thể ban đầu. Chu kỳ thứ nhất của GS hiệu quả hơn chu kỳ sau đó. PS và GS cả hai đều đạt được 70% hiệu quả chọn lọc (predicted total gain) từ sàng lọc FER, nhưng chỉ đạt 26% hiệu quả chọn lọc từ sàng lọc FUM, kết quả chỉ ra rằng hệ số di truyền của FUM có tính chất “overestimated”. Người ta thấy 20% giảm trong biến thiên của chỉ thị phân tử di truyền (genetic marker) từ PS và 30% giảm từ GS. Thách thức lớn nhất của nhóm tác giả là không có khả năng thu nhận nhanh chóng một tập họp dầy đặc và phù hợp của những “marker genotypes” thông quan các thế hệ của GS. Thực tiễn thao tác trên GS ở mức độ nhỏ cá thể trong chương trình lai tạo giống sẽ yêu cầu những phương pháp sàng lọc kiểu gen rẽ và nhanh hơn, chẳng hạn như những tiến bộ kỹ thuật sẽ là những cơ hội để tối ưu hóa có ý nghĩa và giao phối theo những công thức phục vụ sàng lọc GS trong tương lai bên cạnh cái mà người ta có thể tìm được trong kết quả này.

Xem https://link.springer.com/article/10.1007/s00122-022-04150-8

 

Hiện tượng của Fusarium ear rot.

 

Di truyền tính chống chịu lạnh của cây bắp

 Di truyền tính chống chịu lạnh của cây bắp

Nguồn: Xuemei Zhou, Imran Muhammad, Hai Lan, Chao Xia. 2022. Recent Advances in the Analysis of Cold Tolerance in Maize. Front Plant Sci.; 2022 Apr 12;13:866034.  doi: 10.3389/fpls.2022.866034. 

 

Bắp (Zea mays L.) là cây hòa thảo hàng niên có nguồn gốc ở nhiệt đới và cận nhiệt đới của châu Mỹ (New World). Bắp rất nhạy cảm với nhiệt độ lạnh trong giai đoạn hạt nẩy mầm và giai đoạn cây non (seedling phase), lạnh có thể dẫn đến làm suy giảm cường lực tăng trưởng của cây và năng suất hạt. Có những khác biệt rất lớn về những thay đổi tính trạng hình thái và tính trạng sinh lý bởi stress lạnh trong các mẫu giống bắp khác nhau.  Nói chung, giống bắp chống chịu lạnh có khả năng mạnh mẽ hơn để duy trì những thay đổi như vậy đối với tính trạng có liên quan đến hạt nẩy mầm, kiểu hình rễ, và quang hợp của chồi thân. Những đặc điểm về hình thái và sinh lý đã và đang được sử dụng phổ biến để đánh giá tính chồng chịu lạnh của các giống bắp trong phân tích di truyền. Những năm gần đây, người ta xem xét tiến bộ dựa trên những cơ chể rõ ràng  của phản ứng cây bắp với chống chịu lạnh. Nhiều phân tích QTL, GWAS, và transcriptomics đã và đang được tiến hành trên nhiều dòng bắp khác nhau và quần thể con lai khác nhau cho thấy có mức biến thiên di truyền rất lớn về chống chịu lạnh, kết quả của hàng trăm gen ứng cử viên điều tiết chống chịu lạnh đã được khám phá. Tuy nhiên, chỉ có một gen ứng cử viên được định tính về chức năng. Trong tổng quan này, người ta tóm tắt những tiến bộ gần đây có tính chất quy mô phân tử, sinh lý học, di truyền học, và những phân tích hệ gen của tính trạng chống chịu lạnh của cây bắp. Người ta xem xét những tiến bộ của các phân tích mang tính chất kết nối (joint analyses) kết quả phối hợp nhiều phương pháp tiếp cận về di truyền và hệ gen để cải tiến mức độ chính xác trong phân lập gen được tiều tiết bởi nhiệt độ lạnh, tất cả đều có thể được áp dụng trong cái gọi là “molecular breeding”. Người ta còn thảo luận về sự kiện truyền tín hiệu theo đường dài (long-distance signaling) trong chống chịu lạnh của cây. Những luận điểm mới ấy sẽ cung cấp cho chúng ta hiểu biết tốt hơn về tính chống chịu lạnh của cây bắp.

Xem https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/35498657/

 

ZmR1 làm tăng anthocyanin trong hệ gen cây bắp

 ZmR1 làm tăng anthocyanin trong hệ gen cây bắp

Nguồn: Meijie Luo, Baishan Lu, Yaxing Shi, Yanxin Zhao, Zhiyuan Wei, Chunyuan Zhang, Yuandong Wang, Hui Liu, Yamin Shi, Jinxiao Yang, Wei Song, Xiaoduo Lu, Yanli Fan, Li Xu, Ronghuan Wang & Jiuran Zhao. 2022.  A newly characterized allele of ZmR1 increases anthocyanin content in whole maize plant and the regulation mechanism of different ZmR1 alleles. Theoretical and Applied Genetics September 2022; vol. 135: 3039–3055

 

Hình: Hình thái học của tế bào có anthocyanin của cơ quan hoa bắp. (Irani et al. 2005)

 

Alen mới ZmR1^CQ01 được phân lập là alen điều khiển sinh tổng tổng anthocyanin trong cây bắp, chức năng sinh học và cơ chế điều tiết ở mức độ phân tử của 3 alen ZmR1 được thảo luận.

Anthocyanins trong cây bắp rất có giá trị đối với sức khỏe con người. Họ gen R1 là một trong những gen điều tiết quan trọng đối với sự phân bố trong các mô chuyên biệt hàm lượng anthocyanins. Biến thiên di truyền của R1 rất phong phú,chức năng sinh học của gen và cơ chế điều tiết ở mức độ phân tử vẫn chưa được người ta biết rõ ràng. Nhờ khai thác bản đồ di truyền và sự minh chứng của gen chuyển nạp (transgenic verification), người ta đã tìm thấy sắc tố anthocyanin của lá bắp được điều khiển bởi gen đích ZmR1 định vị trên nhiễm sắc thể 10. Trắc nghiệm allelism gen lặn đột biến hóa chất EMS là zmr1 người ta xác định được sắc tố anthocyanin pigmentation trong bẹ lá cũng được điều khiển bởi ZmR1. ZmR1^CQ01 là biến thể di truyền mới ZmR1 được thu thập từ cây bắp tím. Sự biểu hiện mạnh mẽ của gen làm cho toàn thân cây bắp chuyển thành màu tím. Alen ZmR1^B73 có liên quan đến sự tích tụ anthocyanin ở gần bẹ lá sát đất nhiều hơn là ở gân lá. Biểu hiện phân tử mRNA của gen ZmR1^B73 thấp trong gân lá, làm cho anthocyanin không tích tụ. Sự biểu hiện mạnh mẽ ZmR1^B73 đã làm tăng cường sự tích tụ anthocyanin trong gân lá. Sự mất của exon 5 dẫn đến phá vở chức năng alen ZmR1^ZN3  và không có sự tích tụ anthocyanin trong gân lá và trong bẹ lá. Kết quả chạy “DNA affinity purification sequencing” cho thấy có 1010 gen hướng đích đến tổng hợp ZmR1^CQ01, bao gồm bz2 trong chu trình tổng hợp anthocyanin. Kết quả chạy “RNA-seq analysis” cho thấy có 55 gen hướng đích đến tổng hợp ZmR1^CQ01 đã làm thay đổi mức độ biểu hiện gen rất đáng kể, sự biểu hiện của những gen mã hóa các enzymes chủ chốt trong sinh tổng hợp flavonoid và phenylpropanoid điều tiết theo kiểu “up” có ý nghĩa. Chỉ thị phân tử có chức năng của ZmR1 được người ta phát triển thành công. Kết quả này ghi nhận rằng ảnh hưởng của điều tiết phiên mã và biến thể trình tự DNA về chức năng của gen ZmR1 được xác định và các gen này đã được phân lập bởi ZmR1^CQ01 với quy mô toàn bộ hẹ gen (genome-wide level).

Xem https://link.springer.com/article/10.1007/s00122-022-04166-0

 

Di truyền từ teosinte đến giống bắp trồng

  Di truyền từ teosinte đến giống bắp trồng

Nguồn: Qingjun Wang, Zhengqiao Liao, Chuntao Zhu, Xiangjian Gou, Yaxi Liu, Wubing Xie, Fengkai Wu, Xuanjun Feng, Jie Xu, Jingwei Li & Yanli Lu. 2022.  Teosinte confers specific alleles and yield potential to maize improvement. Theoretical and Applied Genetics October 2022; vol. 135: 3545–3562

 

Hình: Sự tiến hóa về hoa cái (hạt bắp) từ teosinte đến bắp trồng maize (nguồn: J.A.S,)

 

Teosinte cải tiến năng suất hạt giống bắp trồng và làm giàu nguồn gen trong ngân hàng gen cây bắp. Bảy mươi mốt QTLs liên quan đến 24 tính trạng biểu trưng giữa cây bắp và cây teosinte được xác định. Bắp là loài cây trồng chủ lực trong mễ cốc có ngân hàng gen khá hẹp (narrow germplasm) làm hạn chế năng suất và gây khó khăn cho chương trình lai tạo giống mới. Teosinte, tổ tiên của giống bắp trồng có nguồn tài nguyên di truyền vô cùng phong phú phục vụ cho chương trình cải tiếnh giống bắp. Muốn xác định những alen lạ của teosinte  có khả năng du nhập đuộc vào hệ gen cây bắp (alien alleles) trong cải tiến năng suất của giống bắp mới, người ta thực hiện  4 quần thể của tổ hợp lai hồi giao và quần thể cận giao tái tổ hợp, rồi mang trồng con lai ở 5 điều kiện khác nhau. Quần thể North Carolina mating design II được tiến hành nghiên cứu các dòng cận giao với nền tảng chọn phả hệ B73 và Mo17 để phân tích khả năng phối hợp của vật liệu lai. Sự biến thiến rất mạnh mẽ của kiểu hình đối với 26 tính trạng của 4 quần thể RIL được ghi nhận, trong đó,  barren tip length, kernel height, và test weight biểu thị khả năng cải tiến di truyền rất lớn. Con lai FM132 (BD138/MP116) cho năng suất tối ưu, với năng suất đạt 4.86%. Hơn nữa, dòng cận giao BD138 và MP048 biểu thị khả năng phối hợp chung về năng suất cao hơn các đối chứng khác.Người ta tiến hành sàng lọc di truyền với 4.964.439 SNPs chất lượng cao trong hệ gen dòng BD (B73/Zea diploperennis) quần thể RIL (cận giao tái tổ hợp) phục vụ bin construction và sử dụng 2322 bin markers để xây dựng bản đồ di truyền, bản đồ QTL. Thông qua kết quả phân tích “inclusive composite interval mapping”, có 71 QTL liên quan đến 24 tính trạng biểu hiện đặc trưng. Tiến hành annotation trình tự các gen và biểu hiện phiên mã cho thấy: Zm00001eb352570 và Zm00001eb352580, được giải thích là yếu tố phiên mã đáp ứng với ethylene, đó là những gen ứng cử viên then chốt có khả năng điều tiết chiều cao bắp trái  và tỷ lệ bắp so với chiều cao thân. Kết quả chỉ ra rằng teosinte có thể mở rộng được mức đa dạng di truyền của ngân hàng gen cây bắp, cải thiện năng suất bắp, cung cấp được nhiều alen mong muốn cho chương trình lai giống bắp mới.

Xem https://link.springer.com/article/10.1007/s00122-022-04199-5

 

Di truyền tính trạng chống chịu khô hạn và kiểu hình “lực nhổ rễ bắp”

Di truyền tính trạng chống chịu khô hạn và kiểu hình “lực nhổ rễ bắp”

Nguồn: Patrick Woods, Kevin R. Lehner, Kirsten Hein, Jack L. Mullen and John K. McKay. 2022. Root Pulling Force Across Drought in Maize Reveals Genotype by Environment Interactions and Candidate Genes.

Front. Plant Sci., 15 April 2022; Sec. Plant Abiotic Stress

https://doi.org/10.3389/fpls.2022.883209

Định tính hệ rễ bắp trên đồng ruộng với phương pháp hiệu quả cao, thông qua hàng trăm mẫu giống bắp trồng trong hàng nghìn lô ruộng rất cần cho nội dung chọn giống bắp và xác định các loci điều khiển tính trạng có mức biến thiên di truyền rộng. Người ta thiết kế một phương pháp lấy mẫu trên diện rộng để đo lực kéo rễ bắp, lực theo chiều thẳng rất cần để lôi lên hệ thống rễ từ đất, trong tập đoàn giống bắp rất đa dạng dưới điều kiện tưới khác nhau trong hai vụ canh tác bắp. Người ta  định tính kiến trúc hệ thống rễ bắp của vùng rễ được nhổ lên (extracted root crowns). Người ta tìm thấy được cách thành phần của kiểu hình đàn hồi (consistent patterns of phenotypic plasticity) khi kéo nhổ rễ trong tập đoàn phụ của giống bắp dưới điều kiện tưới khác nhau, điều này cho biết “root plasticity” (tính trạng đàn hồi rễ) là tính trạng dự đoán được. Sử dụng phân tích GWAS, người ta phân lập được 54 chỉ thị SNPs có ý nghĩa thống kê đối với 6  kiểu hình đo lường lực nhổ rễ bắp một cách độc lập thông qua hai chế độ tưới nước khác nhau và ở 4 thời điểm phát triển khác nhau. Đối với những chị thị phân tử GWAS SNP có ý nghĩa của từng tính trạng ở từng nghiệm thức nào đó, ở từng thời điểm nào đó; người ta tiến hành xét nghiệm “post hoc” để tìm ra tương tác giữa kiểu gen và môi trường (GxE), thông qua “mixed model ANOVA”. Kết qủa là 8 trong 54 chỉ thị SNPs có tương tác GxE có ý nghĩa thống kê. Những gen ứng cử viên theo biến thiên di truyền của kiểu hình lực nhổ rễ bao gồm các gen điều khiển “vận chuyển chất dinh dưỡng” (nutrient transport). Mặc dù chúng được xử lý riêng biệt nhau, nhưng biến thiên di truyền về khả năng của rễ cây bắp đối với “sense”, đáp ứng với biến thiên trong môi trường ngoại cảnh như nước, dưỡng chất có thể được liên kết bởi các gen này và những lộ trình biến thiên di truyền. Trong khi minh chứng được chức năng các gen được phân lập, kết quả của tác giả đã mở rộng kiến thức di truyền về kiểu hình đàn hồi của rễ (root phenotypic plasticity) ở mức độ toàn cây bắp và mức độ gen, làm rõ hơn kiến trúc di truyền phức tạp của hệ thống rễ bắp.

Xem https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fpls.2022.883209/full

Yếu tố di truyền gây ra việc giảm protein ở cây ngô được canh tác

 Yếu tố di truyền gây ra việc giảm protein ở cây ngô được canh tác 

Nguyễn Thị Quỳnh Thuận theo genengnews.

 Tổng lượng protein ở trong hạt có ở các giống ngô thuần và ngô lai hiện đại thấp hơn ba lần so với tổ tiên hoang dã của nó. Nguyên nhân vẫn chưa được biết cho đến bây giờ.

Một gen trên nhiễm sắc thể số 9 có tên là THP9 (teosinte high protein9) mã hóa một loại enzyme quan trọng trong quá trình chuyển hóa nitơ (asparagine synthetase 4) được biểu hiện cao ở teosinte, tuy nhiên không phải ở một dòng ngô hiện đại (B73), các nhà khoa học tại Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc (CAS) đã công bố điều này trên tạp chí Nature vào ngày 17 tháng 11 năm 2022.

TS. Wu Yongrui, nhà nghiên cứu tại Trung tâm Tài năng về Khoa học Thực vật Phân tử CAS đã cho biết: “Đây có thể là một trong những yếu tố dẫn đến sự khác biệt trong quá trình đồng hóa nitơ. Axit amin là chất nền thiết yếu để tổng hợp protein và mức độ của chúng trong cây trồng bị ảnh hưởng bởi lượng nitơ sẵn có trong đất và hiệu quả sử dụng nitơ của cây trồng”.

Trong B73, việc xóa đoạn không mã hóa nội gen (intron) dẫn đến việc nối sai THP9 mRNA.

Yongrui cho biết: “Do giống ngô hiện đại được thuần hóa từ teosinte, chúng tôi đã lập luận rằng việc mô tả đặc điểm của các gen chịu trách nhiệm về đặc điểm protein cao ở teosinte có thể tiết lộ một tập hợp QTL [locus tính trạng định lượng] đa dạng hơn so với những gen được tìm thấy trong quần thể ngô lai gần đây. Kết quả cũng có thể giúp chúng tôi hiểu lý do giảm hàm lượng protein trong hạt trong quá trình thuần hóa ngô”.

Các nhà khảo sát đã sử dụng một phương pháp có tên là “trio binning” để ghép chuỗi DNA kiểu gen đơn bội của teosinte lại với nhau - nhóm các alen được thừa hưởng từ một cha hoặc mẹ. Các biến thể trong các alen gây khó khăn cho việc lắp ráp các trình tự kiểu gen đơn bội từ bộ gen lưỡng bội. Trio binning đơn giản hóa quá trình lắp ráp kiểu gen đơn bội bằng cách giải quyết các biến thể alen trước khi lắp ráp. Khi các nhà nghiên cứu đưa gen THP9 (THP9-T) của teosinte vào bộ gen B73, nó đã làm tăng đáng kể hàm lượng protein hạt trong dòng tự nhiên chuyển gen. Bằng cách lai ngược dòng ngô thuần chủng hiện đại và giống lai - một quá trình được gọi là xâm nhập mà các nhà nghiên cứu đã đưa THP9 của teosinte vào các dòng ngô hiện đại. Điều này làm tăng đáng kể tổng hàm lượng protein trong hạt ngô cũng như các axit amin tự do trong toàn bộ cây, đặc biệt là trong axit amin asparagine. Điều quan trọng là sự gia tăng hàm lượng protein không ảnh hưởng đến năng suất cây trồng.

 

Cây ngô lai chứa alen THP9-T có thể cải thiện hàm lượng protein trong hạt và hiệu quả sử dụng nitơ trong nhân giống ngô. Nguồn: Hunag Y, Nature, 2022.

 

Các nhà nghiên cứu tin rằng bằng cách tăng hiệu quả sử dụng nitơ của cây trồng, THP9 thúc đẩy năng suất cây trồng cao trong điều kiện nitơ thấp. Những kết quả trên đưa ra những lộ trình mới để tăng hàm lượng protein trong hạt thông qua việc lai tạo các giống ngô. Phương pháp này có thể quan trọng đối với việc trồng ngô trong điều kiện hạn chế về nitơ và đảm bảo an ninh lương thực.

Yongrui cho biết: “Có áp lực về kinh tế và môi trường để duy trì giống ngô năng suất cao trong khi giảm lượng nitơ bón vào đất. Vì vậy, điều quan trọng là xác định các yếu tố di truyền làm tăng hiệu quả sử dụng nitơ”.

Trong khi các giống ngô hiện đại chứa 5–10% protein, teosinte chứa 20–30% protein trong hạt. Sự sụt giảm này trong protein hạt ở ngô là kết quả từ quá trình nhân giống cây trồng trong hàng thiên niên kỷ đã ưu tiên các khía cạnh khác như hàm lượng tinh bột hơn hàm lượng protein và hương vị. Việc sử dụng phân đạm càng làm giảm tầm quan trọng của hàm lượng nitơ trong hạt giống.

Yongrui cho biết: “Nghiên cứu của chúng tôi cho thấy giá trị có thể có của các giống lai chứa alen THP9-T, mặc dù các thử nghiệm đồng ruộng lớn hơn ở nhiều vị trí địa lý sẽ cần thiết để thiết lập đầy đủ tiềm năng cải thiện hàm lượng protein hạt và hiệu quả sử dụng nitơ trong nhân giống ngô”.

 

Nghiên cứu tăng hiệu quả trồng ngô ngọt tại Hoa Kỳ

Nghiên cứu tăng hiệu quả trồng ngô ngọt tại Hoa Kỳ 

Khi nhiệt độ mùa hè tăng lên mức chưa từng thấy, tương lai của việc sản xuất ngô ngọt có thể không ngọt ngào. Nghiên cứu mới của Đại học Illinois cho thấy năng suất ngô ngọt giảm đáng kể với nhiệt độ khắc nghiệt trong quá trình ra hoa, đặc biệt là ở các cánh đồng có mưa ở Trung Tây.

Dự báo khí hậu không chỉ dự đoán một số ngày nắng nóng sắp tới. Chương trình Nghiên cứu Thay đổi Toàn cầu của Hoa Kỳ dự đoán có thêm từ 20 đến 30 ngày trên 32 độ C vào giữa thế kỷ này trên phần lớn Hoa Kỳ.

Daljeet Dhaliwal là tác giả chính của nghiên cứu. Dhaliwal đã làm việc với Marty Williams, nhà sinh thái học của Bộ Nông nghiệp Mỹ USDA và Giáo sư tại Khoa Khoa học Cây trồng tại Illinois, để ghi lại phản ứng năng suất của ngô ngọt đối với nhiệt độ mùa phát triển và lượng mưa trong khoảng thời gian 27 năm. Williams đã thu thập dữ liệu cá nhân từ các nhà chế biến ngô ngọt cho 16.040 cánh đồng riêng lẻ ở Illinois, Minnesota, Washington và Wisconsin, cung cấp độ phân giải tốt hơn nhiều so với các nghiên cứu tương tự về ngô trên đồng ruộng bằng cách sử dụng dữ liệu cấp hạt.

Williams nói: “Phân tích của chúng tôi cho thấy rằng những thay đổi nhiệt độ nhỏ có ảnh hưởng lớn hơn đến năng suất cây trồng so với những thay đổi nhỏ về lượng mưa đối với cả những cánh đồng được tưới nước và tưới tiêu ở Trung Tây và Tây Bắc, nhưng sản xuất được tưới bằng nước mưa cho thấy mức độ nhạy cảm cao hơn”.

Ông nói thêm rằng nhiệt độ khắc nghiệt trong quá trình ra hoa có thể ảnh hưởng đến khả năng tồn tại của phấn hoa, quá trình thụ tinh và các quá trình khác.

Williams nói: “Nếu có thời điểm nắng nóng khắc nghiệt, đó là thời kỳ ra hoa. Điều đó đặc biệt đúng ở một loại cây trồng mà chất lượng tai rất quan trọng. Với sự căng thẳng nhiệt trong quá trình ra hoa, bạn có thể có ít nhân hơn hoặc nhân rất dị dạng trông không giống như những gì người tiêu dùng đang mong đợi”.

Nghiên cứu này sử dụng khái niệm “ngày cực độ” để xác định ảnh hưởng tích lũy của nhiệt độ trên 30 độ C trong quá trình ra hoa đến năng suất ngô ngọt. Nhiệt độ ngày thường được tính bằng cách lấy giá trị trung bình của nhiệt độ cao và thấp trong khoảng thời gian 24 giờ nhất định. Để tính số ngày ở độ cực đại, Dhaliwal đã tổng kết số ngày có nhiệt độ trên 30 độ C.

Đối với các vùng có mưa, mỗi ngày có độ ẩm khắc nghiệt trong quá trình ra hoa sẽ dẫn đến giảm thêm 2% năng suất. Đối với các hệ thống tưới tiêu, sự suy giảm năng suất ít nghiêm trọng hơn; chỉ 0,5% mỗi ngày trên 30 độ C.

Nhưng hơn một ngày ở 40 độ C có thể làm giảm 20% năng suất Kết quả này dựa trên dữ liệu nhiệt độ hàng giờ theo mùa, không phải nhiệt độ theo ngày.

Mô hình cho thấy thủy lợi có thể cải thiện tác động của nắng nóng khắc nghiệt, nhưng các kịch bản khí hậu cũng cảnh báo nước có thể bị thiếu hụt trong tương lai. Các tác giả lưu ý rằng nếu năng suất và chất lượng ngô ngọt tiếp tục giảm do khí hậu khắc nghiệt, thời gian trồng hoặc khu vực sản xuất có thể cần phải thay đổi để tránh nhiệt độ nóng nhất.

Tác nhân gây nấm Rip 1 ngăn chặn các phản ứng phòng vệ của ngô

 Tác nhân gây nấm Rip 1 ngăn chặn các phản ứng phòng vệ của ngô 

Đinh Thị Hương theo Phys.org

Sự xâm nhập thực vật bởi các mầm bệnh sinh dưỡng đòi hỏi các cơ chế phức tạp để xâm nhập mô, ức chế kháng thể và hoạt động trao đổi chất của vật chủ để cướp đi các chất dinh dưỡng cần thiết cho sự phát triển và sinh sản của chúng. Nấm sinh dưỡng Ustilago maydis tiết ra một hiệu ứng nhiều mặt trong quá trình xâm chiếm cây ngô. Tác nhân là các bào tử do của nấm thao túng hoạt động bên ngoài hoặc bên trong tế bào vật chủ. Chúng là một loại "vũ khí" vi khuẩn tấn công và đánh lừa hệ thống miễn dịch của vật chủ để đẩy lùi sự lây nhiễm.

Cơ chế đồng tiến hóa thúc đẩy các phân tử nhỏ liên kết với protein và hệ thống miễn dịch vật chủ tương ứng định hình các tương tác giữa cây trồng và mầm bệnh và được tóm tắt trong mô hình ZigZag nổi tiếng, trong đó sự nhận biết mầm bệnh bằng hệ miễn dịch tự nhiên của vật chủ và sự ức chế nhận biết bởi các tác nhân mới dẫn đến các tương tác tương thích hoặc không tương thích trong chu trình tiến hóa của tương tác này. Thực vật phản ứng với mầm bệnh bằng phản ứng đầu tiên, mầm bệnh kích hoạt miễn dịch (PTI). Tuy nhiên, với sự trợ giúp của các tác nhân gây bệnh, mầm bệnh có thể thành công trong việc vượt qua tuyến phòng thủ đầu tiên này. Sau đó, cây sẽ phản ứng với phản ứng thứ hai, tác nhân kích hoạt khả năng miễn dịch (ETI).

Một điểm chung trong quá trình bảo vệ PTI và ETI là sự hình thành nhanh chóng các loại oxy phản ứng (ROS) - chẳng hạn như hydrogen peroxide - trong mô bào của tế bào thực vật bị nhiễm bệnh. Theo đó, protein can thiệp ROS 1 (Rip1) lại là một tác nhân ngăn chặn phản ứng này. “Trong nghiên cứu của mình, chúng tôi mô tả chức năng của protein ROS-bộc phát can thiệp Rip1 của U. maydis và cung cấp bằng chứng rằng nó ngăn chặn sự hình thành ROS bất sản bằng cách hoạt động trong các ngăn dưới tế bào khác nhau của tế bào chủ”, Giáo sư, tiến sỹ Armin Djamei từ Viện Khoa học Cây trồng và Bảo tồn Tài nguyên (INRES) tại Đại học Bonn và là cựu trưởng nhóm nghiên cứu Sinh học và Miễn dịch tại Viện IPK Leibniz giải thích.

“Quan trọng là chúng tôi cung cấp bằng chứng sinh hóa và di truyền cho thấy Rip1 nhắm mục tiêu và liên kết Zmlox3 - một gen ngô từ họ lipoxygenase - để ngăn chặn sự giảm nhạy cảm của ngô với U. maydis qua trung gian PTI và Rip1”.

Nghiên cứu về tính nhạy cảm của ngô khi bị nhiễm U. maydis đã được công bố gần đây được thực hiện bởi nhóm Kumlehn và phòng thí nghiệm Djamei (Pathi et al. 2021). Nghiên cứu mới hơn được công bố trên tạp chí The Plant Cell. Trong khi bằng chứng di truyền nghiên cứu trước đây cho thấy sự liên quan của Zmlox3 mục tiêu vật chủ đối với U.maydis, thì ở đây Rip1 đã được xác định là tác nhân gây ảnh hưởng tương ứng nhắm mục tiêu Zmlox3. Về mặt cơ học, các nhà nghiên cứu chỉ ra rằng Rip1 chuyển Zmlox3 đến hạt nhân và Zmlox3 trong hạt nhân không phụ thuộc vào hoạt động enzym của nó dẫn đến giảm phản ứng bùng nổ ROS ở thực vật, giải thích một phần các hoạt động ức chế bùng nổ ROS của Rip1.

Sự phức tạp là kết quả của quá trình đồng hóa được biểu hiện khi nhìn vào dữ liệu di truyền của công bố gần đây. Ngô đột biến trong đó Zmlox3 bị loại bỏ cho thấy khả năng chống nhiễm khuẩn cao hơn. Khi cùng một loại ngô đột biến bị nhiễm các chủng U. maydis thiếu Rip1, cây lại dễ bị nhiễm các chủng dại trở lại. Tiến sỹ Indira Saado, tác giả đầu tiên của nghiên cứu, người bắt đầu nghiên cứu về chủ đề này tại IPK, giải thích: “Điều này cho thấy Rip1 kích hoạt các cơ chế kháng thuốc trong cây bị ức chế khi có mặt Zmlox3 và thông qua hoạt động của Rip1. Phát hiện của chúng tôi chỉ ra rằng hoạt động của Zmlox3 như một yếu tố nhạy cảm có liên quan trực tiếp đến sự hiện diện của Rip1 trên bề mặt nấm”.

Cùng với đó, các kết quả cho thấy tác nhân gây hiệu ứng U. maydis Rip1 hoạt động trong một số ngăn dưới tế bào như một chất ức chế và việc nhắm mục tiêu và liên kết Zmlox3 bởi Rip1 chịu trách nhiệm cho việc ngăn chặn tính nhạy cảm giảm phụ thuộc Rip1 của nấm U.maydis trên ngô.

 

 

Giống bắp chuyển gen BT kháng sâu Chilo partellus và Busseola fusca

 Giống bắp chuyển gen BT kháng sâu Chilo partellus và Busseola fusca

Nguồn: Michael H Otim, Simon Alibu, Godfrey Asea, Grace Abalo, Julius Pyton Sserumaga, Stella Adumo, Jane Alupo, Stephen Ochen, Tadele Tefera, Anani Y Bruce, Yoseph Beyene, Barbara Meisel, Regina Tende, Francis Nang'ayo, Yona Baguma, Stephen Mugo, Sylvester O Oikeh. 2022. Performance of Bt maize event MON810 in controlling maize stem borers Chilo partellus and Busseola fusca in Uganda. Crop Protection; 2022 Jun;156:105945

Sâu đục thân bắp là đối tượng gây hại lớn tại Uganda. Nghiên cứu được thực thiện trên dòng bắp 2014-2016 để đánh giá hiệu quả của dòng bắp lai Bt biểu hiện gen kháng Cry1Ab (dòng sự kiện MON810) đối với hai loài sâu đục thân ở Uganda – người ta gọi đó là African stem borer (Busseola fusca) và  spotted stem borer (Chilo partellus) – nghiệm thức thả sâu ăn nhân tạo. Thí nghiệm bao gồm14 dòng bắp lai chưa thương mại hóa, bao gồm 7 cặp lai có Bt và không có Bt (isolines), 3 dòng lai thương mại hóa không có Bt và một đối chứng sâu đục thân điển hình. Tất cả thông số gây hại của sâu đục thân (lá bị hại, số lóng thân bị hại và chiều dài bị hại) đều khác biệt đáng kể so với bắp lai Bt trong các dòng isolines, dòng bắp lai đối chứng kháng truyền thống, và dòng bắp lai địa phương. Năng suất trung bình cao hơn có ý nghĩa 29.4-80.5% trong các dòng bắp lai Bt so với dòng non-Bt hybrids. Ke61tqua3 minh chứng rằng dòng bắp Bt biểu hiện Cry1Ab có ý nghĩa bảo vệ cây chống lại thiệt hại trên lá bắp và thân bắp, làm hạn chế sự du nhập sâu đục thân vào cây bắp, làm cho năng suất cao hơn dòng bắp ali non-transgenic. Do đó, dòng bắp lai Bt có tiềm năng quản lý sâu đục thân hại bắp ở Uganda.

Xem https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/35662834/

 

Chymotrypsin và tính kháng sâu đục thân bắp

 Chymotrypsin và tính kháng sâu đục thân bắp

Nguồn: Eun Young Kim, Jin Kyo Jung, I Hyeon Kim, Yonggyun Kim. 2022. Chymotrypsin is a molecular target of insect resistance of three corn varieties against the Asian corn borer, Ostrinia furnacalis.  PLoS One; 2022 Apr 8;17(4):e0266751.

 

Hình: Ostrinia furnacalis, Asian corn borer.

 

Sâu đục thân bắp Ostrinia furnacalis, là côn trùng gây hại rất nặng trên thân và lá bắp ở châu Á. Chúng phá hại từ bên trong thân, do vậu sâu non không trực tiếp tiếp xúc với thuốc trừ sâu khi người ta phun thuốc. Muốn giảm thiểu sự phá hại của sâu O. furnacalis, người ta phải cải tiến tính kháng của giống bắp như một chến lược phòng trừ quan trọng. Nghiên cứu này xem xét 27 giống bắp biểu hiện tính kháng sâu với ba giống được sàng lọc: Ilmichal (IM), P3394, và Kwangpyeongok (KP) có tính kháng cao. Sâu non O. furnacalis không biểu thị khác biệt đáng kể về tính ưa thích trong ba giống bắp kháng sâu này và giống đối chúng nhiễm sâu hại. Tuy nhiên, những giống kháng sau khi xâm nhiễm đều biểu hiện sự khác biệt đáng kể về sự phát triển của sâu non O. furnacalis. Điều này gợi ra rằng tính kháng sâu được kích hoạt bởi cơ chấ kháng hóa sinh (antibiosis), không phải cơ chế antixenosis. Thật vậy, sâu non ăn thân bắp của những giống thí nghiệm bị ảnh hưởng bởi hoạt tính chymotrypsin (CHY) thấp trong dịch tiêu hóa ở ruột non. Muốn xác định hoạt tính của CHY làm ức chế giống kháng, người ta xem xét chín gen CHY (Of-CHY1~Of-CHY9) thông qua hệ transcriptome của O. furnacalis. Sáu gen (Of-CHY1~Of-CHY6) đều biểu hiện trong tát cả các giai đoạn côn trùng phát triển và ở các mô. Đạc biệt là, Of-CHY3 biểu hiện mạnh mẽ trong ruột non của sâu non O. furnacalis. Kết quả can thiệp bằng RNA interference (RNAi) sử dụng double-stranded RNA (dsRNA) chuyên tính với  Of-CHY3 (2 μg phân tử dsRNA tiêm vào trên mỗi L5 sâu non) cho kết quả làm suy giảm mức độ biểu hiện Of-CHY3 sau xử lý 24 giờ. Cho sâu non L3 ăn dsRNA này cũng làm ức chế đáng kể hàm lượng Of-CHY3 và làm giảm hoạt tính enzyme của nó sau khi xử lý 24 giờ. Một dòng vi khuẩn Escherichia coli tái tổ hợp biểu hiện dsRNA chuyên tính với Of-CHY3 được thiết kế thành vector L4440. Cho sâu ăn vi khuẩn tái tổ hợp này đã ức chế mức độ biểu hiện Of-CHY3 có ý nghĩa và ngăn ngừa sâu non phát triển. Kết quả cho thấy ba giống kháng nói trên có thể sản sinh ra resistance factor(s) ức chế hoạt động của CHY trong con sâu O. furnacalis và ứ chế tăng trưởng sâu non. Nghiên cứu còn cho thấy CHY có thể được xem là một inhibition target của O. furnacalis trong cải tiến giống bắp cao sa3nkha1ng sâu đục thân.

Xem https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/35395036/

 

qHKW3 điều khiển tính trạng khối lượng 100 hạt bắp

 qHKW3 điều khiển tính trạng khối lượng 100 hạt bắp

Nguồn: Qin Sun, Aoqing Hu, Luyao Mu, Hailiang Zhao, Yao Qin, Dianming Gong & Fazhan Qiu. 2022.  Identification of a candidate gene underlying qHKW3, a QTL for hundred-kernel weight in maize. Theoretical and Applied Genetics; May 2022; vol. 135: 1579–1589 

qHKW3, một QTL điều khiển tính trạng KL 100 hạt bắp, mang gen đích Zm00001d044081, mã hóa protein ATHB-4 (homeobox-leucine zipper protein). Protein này có thể ảnh hưởng đến kích thước hạt và khối lượng hạt.

Kích thước hạt và khối lượng hạt là những tính trạng góp phần vào năng suất của cây bắp (Zea mays). Người ta phát triển dòng bắp CSSL (chromosome segment substitution line), H15-6-2, có hạt nhỏ, KL 100 hạt bé so sánh với dòng bắp nền Ye478. Phân tích mô học cho thấy mức độ vào chắc hạt bắp thấp hơn của dòng H15-6-2 làm cho kích thước hạt của nó nhỏ và khối lượng 100 hạt cũng nhỏ. Người ta xác định được một QTL giải thích 23% biến thiên kiểu hình tính trạng khối lượng hạt. QTL này, qHKW3,  được thực hiện fine mapped ở vùng có độ lớn phân tử 40.66-kb mang gen đích Zm00001d044081. Trình tự DNA vùng upstream và mức độ biểu hiện gen Zm00001d044081 trong hạt bắp ở ngày thứ sáu sau khi thụ phấn (DAP) cho thấy những khác biệt hết sức rõ ràng giữa dòng NILs HKW3^Ye478 và dòng HKW3^H15-6-2. Ngưới ta khẳng định chính promoter của gen Zm00001d044081 ảnh hưởng đến kích thức hạt bắp và khối lượng hạt trong một tập đoàn giống bắp được dùng làm bản đồ di truyền theo kiểu association mapping với 513 mẫu giống bởi kết quả phân tích association chuẩn. Các tác giả nghiên cứu này đề nghị Zm00001d044081 mã hóa homeobox-leucine zipper protein ATHB-4,  là gen đích của qHKW3, đại diện vùng đích phục vụ cải tiến di truyền năng suất bắp.

Xem https://link.springer.com/article/10.1007/s00122-022-04055-6

 

QTL (qRtsc8-1) kiểm soát bệnh đốm lá trên cây bắp

 QTL (qRtsc8-1) kiểm soát bệnh đốm lá trên cây bắp

Nguồn: Jiaojiao Ren, Penghao Wu, Gordon M. Huestis, Ao Zhang, Jingtao Qu, Yubo Liu, Hongjian Zheng, Amos E. Alakonya, Thanda Dhliwayo, Michael Olsen, Felix San Vicente, Boddupalli M. Prasanna, Jiafa Chen & Xuecai Zhang. 2025.  Identification and fine mapping of a major QTL (qRtsc8-1) conferring resistance to maize tar spot complex and validation of production markers in breeding lines. Theoretical and Applied Genetics; May 2022; vol. 135: 1551–1563 

Một QTL chủ lực có tên là qRtsc8-1 liên quan đến tính kháng bệnh TSC đã được phân lập và “fine mapped” tại vùng có độ lớn phân tử 721 kb trên nhiễm sắc thể 8, vị trí 81 Mb, và bộ markers để minh chứng các dòng con lai được giới thiệu.

Bệnh đốm lá TSC (Tar spot complex) là bệnh hại lá bắp chủ yếu tại nhiều nước ở Trung Mỹ và châu Mỹ Latin dẫn đến những thiệt hại năng suất rất nghiêm trọng (hình).  Người ta nghiên cứu kiến trúc di truyền của tính kháng bệnh TSC  thông qua GWAS (genome-wide association study) trên tập đoàn giống và quần thể con lai bi-parental (quần thể đơn bội kép: DH) để chạy GWAS và phân tích kiểu gen có chọn lọc, theo thứ tự. Tổng số chỉ thị phân tử là 115 SNPs bin 8.03 được khám phá bởi GWAS và ba QTL trong bins 6.05, 6.07, và 8.03 nhờ đánh giá kiểu gen chọn lọc (selective genotyping). Chính QTL chủ lực có tên qRtsc8-1 định vị tại bin 8.03 được phát hiện nhờ cả hai kỹ thuật [phân tích nói trên, nó giải thích được 14.97% biến thiên kiểu hình. Để thực hiện fine map qRtsc8-1, người ta tiến hành trắc nghiệm con lai tái tổ hợp (recombinant-derived progeny test). Những tái tổ hợp của mỗi thế hệ con lai được hồi giao, và con lai hồi giao được đánh giá kiểu gen bằng phương pháp chỉ thị phân tử KASP (Kompetitive Allele Specific PCR) và đánh giá kiểu hình đối với tính kháng bệnh TSC từng cá thể riêng biệt. Những xét nghiệm có ý nghĩa về thống kê để so sánh tính kháng bệnh TSC giữa hai classes con lai có hoặc không có  alen kháng  đều được sử dụng để chạy fine mapping. Trong thế hệ BC₅, qRtsc8-1 được fine mapped trong đoạn có kích thước phân tử  ~ 721 kb hai chỉ thị phân tử cận kề hai đầu là KASP81160138 và KASP81881276. Trong quãng phân tử chứa gen đích, các gen ứng cử viên là GRMZM2G063511 và GRMZM2G073884 được phân lập, chúng mã hóa protein có tên chuyên môn là integral membrane protein-like và leucine-rich repeat receptor-like protein kinase, theo thứ tự. Cả hai gen đều có trong phản ứng kháng bệnh của cây bắp. Hai production markers là KASP81160138 và KASP81160155 được minh chứng trong 471 dòng con lai. Kết quả này cung cấp thông tin rất có giá trị phục vụ dòng hóa (cloning) gen kháng, và nó sẽ còn làm thuận lợi cho thực hiện chiến lược chọn giống nhờ marker phân tử cải tiến tính kháng bệnh TSC của cây bắp.

Xem: https://link.springer.com/article/10.1007/s00122-022-04053-8

 

Hiệu quả tập đoàn bắp lai đơn bội kép DH, ôn đới và phương pháp SSD

 Hiệu quả tập đoàn bắp lai đơn bội kép DH, ôn đới và phương pháp SSD

 Nguồn: Iara Gonçalves dos Santos, Anderson Luiz Verzegnazzi, Jode Edwards, Ursula K. Frei, Nicholas Boerman, Leandro Tonello Zuffo, Luiz P. M. Pires, Gerald de La Fuente & Thomas Lübberstedt. 2022. Usefulness of temperate-adapted maize lines developed by doubled haploid and single-seed descent methods. Theoretical and Applied Genetics June 2022; vol. 135: 1829–1841

 

Hệ gen dòng đơn bội kép tự phát sinh (spontaneous haploid genome doubling) không gắn với các ảnh hưởng có tính chất liên kết bất lợi (linkage drag). Sự hiện hữu của gen mang tính chất “doubling” tự phát sinh trong tự nhiên cho phép tối đa hóa việc khai thác các biến dị di truyền của quần thể BS39 thích nghi canh tác bắp vùng ôn đới.

Ngân hàng nguồn vật liệu bố mẹ nhiệt đới, không ưu việt của cây bắp (Zea mays L.), ví dụ như mẫu giống BS39, cho người ta một cơ hội độc nhất vô nhị làm đa dạng cơ sở di truyền của U.S. Corn Belt germplasm (ngân hàng gen giống bắp Hoa Kỳ), Công nghệ tạo dòng bắp đơn bội kép (DH) in vivo đã và đang được ứng dụng để khai thác có hiệu quả nguồn vật liệu không có tính chất ưu việt. Công nghệ có thể giúp khai thác các alen lặn. Mục tiêu nghiên cứu được xác định  tính hữu hiệu của các dòng con lai cận giao dẫn xuất từ giống BS39, theo cả hai phương pháp SSD (single seed descent) và DH (đơn bội kép), nhằm xác định tác động của dòng phát sinh tự nhiên với dòng DH, hệ gen nhân tạo, đối với biến dị di truyền  trong các dòng DH dẫn xuất từ BS39, xác định những SNP markers liên quan đến các tính trạng nông học của các dòng cận giao dẫn xuất từ BS39 teho phương pháp lai thử nghiệm (testcross). Người ta phát triển hai sets các dòng cận giao trực tiếp từ nguồn BS39 thông qua phương pháp DH và SSD, có tên là BS39_DH và BS39_SSD. Bên cạnh đó, hai sets dẫn xuất từ cặp lai BS39 x A427 (SHGD donor) thông qua phương pháp DH và SSD, có tên là BS39 × A427_DH và BS39 × A427_SSD, theo thứ tự. Năng suất hạt, thủy phần hạt, chiều cao cây, chiều cao đóng trái, đổ ngã của thân, và rễ bám chắc chắn (root lodging) được đo đếm, rồi xác định thông số di truyền số lượng. Kết quả phân tích GWAS, genome-wide association, dòng cận giao được đánh giá kiểu gen thông qua phương pháp tiếp cận GBS (genotype-by-sequencing) và DarTSeq (Diversity Array Technology Sequencing). Một vào dòng cận giao dẫn xuất từ BS39 biểu thị tính ưu việt tốt hơn trong nguồn vật liệu và tất cả các sets đều cho thấy có biến thiên di truyến rất đáng kể. Sự có mặt của các gen doubling trong hệ gen haploid ngẫu nhiên không ảnh hưởng đến hiệu quả chọn dòng cận giao. Năm chỉ thị phân tử SNPs có ý nghĩa và 3 chỉ thị trong số ấy định vị trong các gen đích liên quan đến phát triển cây bắp hoặc phản ứng với stress phi sinh học. Kết quả chứng minh rằng: khả năng của BS39 cho thêm các alen mới  đối với nguồn vật liệu giống bắp ôn đới có tính chất ưu việt được minh chứng rõ ràng.

Xem: https://link.springer.com/article/10.1007/s00122-022-04075-2

 

Nghiên cứu phương pháp mới gây đột biến ở ngô bằng xử lí hóa chất EMS trên hạt phấn và câu đột biến có định hướng (TILLING) phục vụ nghiên cứu và chọn giống ngô

Nghiên cứu phương pháp mới gây đột biến ở ngô bằng xử lí hóa chất EMS trên hạt phấn và câu đột biến có định hướng (TILLING) phục vụ nghiên cứu và chọn giống ngô 

Với mục tiêu tạo ra ngân hàng đột biến trên các dòng ngô nội để có thể dùng trực tiếp chọn tạo giống mà không cần backcross; thăm dò và nghiên cứu hoàn thiện công nghệ đột biến hạt phấn của ngô bằng hóa chất EMS trên các dòng ngô bản địa bố mẹ LVN10, VS36 để từ đó xây dựng được ngân hàng đột biến điểm bằng EMS ở ngô trên nền giống của ngô nội và tạo ra 1000 dòng M2 làm cơ sở để tiếp tục triền khai pha II có thể kết hợp với những trung tâm lớn trên thế giới; chọn lọc bằng kiểu hình đột biến từ ngân hàng đột biến đã thực hiện; trồng 1000 M2 families và kiểm tra kiểu hình đột biến dễ nhận biết như trổ cờ sớm, chiều cao cây, góc lá đứng, bắp có đỉnh sinh trưởng loe (fasciation); chọn lọc bằng kiểu gene (TILLING) và đánh giá tiềm năng của các đột biến TILLING trong chọn giống, đánh giá kiểu gene và kiều hình ở thế hệ F2.

Năm 2015, nhóm nghiên cứu Viện di truyền nông nghiệp - Viện Khoa học Nông nghiệp Việt Nam do TS. Vi Lạng Sơn đứng đầu đã bắt tay triển khai thực hiện đề tài nghiên cứu: “Nghiên cứu phương pháp mới gây đột biến ở ngô bằng xử lí hóa chất EMS trên hạt phấn và câu đột biến có định hướng (TILLING) phục vụ nghiên cứu khoa học cơ bản và chọn giống ngô năng suất cao” với các nội dung chính như sau: (1) Thăm dò hoàn thiện công nghệ và tạo ngân hàng đột biến hạt phấn EMS ở 1-2 dòng ngô nội. Thu mẫu lưu trữ ngân hàng lá của 1000 dòng đột biến M2. Đánh giá mức hiệu quả của phương pháp đột biến, xác định tần số đột biến; (2) Kiểm tra kiểu hình 1000 M2 families của ngân hàng đột biến.

 

Chọn các kiểu hình có lợi cho sản xuất; (3) Phối hợp với đối tác bên Mỹ để TILL một số gene đích. Lai tạo chuyển đột biến trên gene đích fea2 gây tăng hàng hạt ở ngô vào các dòng ngô nội ưu tú.

 

Sau 60 tháng triển khai thực hiện, từ (01/04/2015) đến (31/03/2020), đề tài thu được các kết quả như sau:

 

- Đã chuẩn hoá phương pháp gây đột biến bằng xử lí hạt phấn với hoá chất đột biến EMS áp dụng trên giống ngô ML10 và MVS.

 

- Đã xây dựng qui trình chuẩn cho gây đột biến ở hai giống này. Kết quả này có thể ứng dụng để tạo đột biến không chỉ cho 2 giống này mà còn các giống ngô khác nhằm tìm ra các tính trạng mới.

 

- Tạo thành công quần thể đột biến trên giống ML10, tự thụ M1 tạo được 1620 gia đình M2.

 

- Đã tách chiết thành công và lưu trữ ngân hàng DNA và mẫu lá (-50C) của 1620 gia đình này phục vụ cho pha II: TILLING.

 

Thông qua đánh giá kiểu hình và chạy phân tử RADP, ISJ, nhóm đề tài đã tìm thấy một số đột biến có biểu hiện ra kiểu hình và tần số đột biến đã được xác định là 1/37.5kb. Kết quả cho thấy quần thể đột biến có chất lương khá tốt, có tần số đột biến ngang bằng với các quần thể ngô đột biến thế giới. Qua sàng lọc đột biến, nhóm đề tài đã tìm thấy một vài đột biến có tính trạng liên quan đến năng suất như tăng hàng hạt, đỉnh sinh trưởng loe, góc lá đứng, nội nhũ v.v... Đây là quần thể đột biến bằng hoá chất đầu tiên ở giống ngô ML10, giống ngô của Việt Nam và là ngô nhiệt đới. Trong khi hiện nay trên thế giới mới chỉ có quần thể đột biến ở giống ngô B73 (ôn đới) và sinh trưởng phát triển không tốt ở Việt Nam nên không thích hợp cho nghiên cứu bằng các giống ngô bản địa. Vật liệu tạo ra từ đề tài là nguồn vật liệu quí cho nghiên cứu cơ bản chức năng gene và có tiềm năng ứng dụng khi tìm thấy các đột biến có lợi cho sản xuất. Ngoài ra, phương pháp gây đột biến ở đề tài này mở ra tiềm năng gây đột biến ở nhiều giống ngô khác của Việt Nam và trong điều kiện nhiệt đới.

 

2. Kết quả lai tạo đột biến gene fea2* cho thấy đột biến này biểu hiện tốt trong các dòng ngô nội ML10, BL10, MVS, BVS và có thể làm tăng năng suất của con lai F1.

 

Kết quả này đầu tiên chứng minh khả năng làm tăng năng suất của đột biến gene fea2 trong các dòng ngô đang được thương mại hoá. Giá trị khoa học và thực tiễn rất lớn vì phương pháp backcross dùng đột biến fea2* dùng ở đề tài này có thể dùng để cải tiến tăng năng suất ngô của nhiều giống ngô khác.

 

- Đã phối hợp với đối tác bên Mỹ để tìm đột biến trên gene mới TPP4. Ngoài ra, đề tài cũng tìm ra đột biến trên gene CLE7, từ một dòng đột biến gây tòe đỉnh E1-9 bằng phương pháp Mut Map (tìm đột biến bằng giải trình tự thế hệ mới).

 

Đây là các kết quả nghiên cứu rất mới so với thế giới, ứng dụng tin sinh và giải mã hệ genome thế hệ mới. Phương pháp này có thể ứng dụng để map gene ở các đột biến khác.

 

Có thể tìm đọc toàn văn Báo cáo kết quả nghiên cứu của Đề tài (Mã số 17029/2020) tại Cục Thông tin khoa học và công nghệ quốc gia.

Yếu tố phiên mã bZIP68 và tính chống chịu lạnh của cây bắp

Yếu tố phiên mã bZIP68 và tính chống chịu lạnh của cây bắp

Nguồn; Li Z, Fu D, Wang X, Zeng R, Zhang X, Tian J, Zhang S, Yang X, Tian F, Lai J, Shi Y, Yang S. 2022. The transcription factor bZIP68 negatively regulates cold tolerance in maize. Plant Cell; 2022 Jul 30; 34(8):2833-2851.

Bắp (Zea mays) có nguồn gốc từ vùng nhiệt đới, cho nên nó rất nhạy cảm với nhiệt độ lạnh, một đe dọa chủ yếu cho ngành trồng bắp. Sự hiểu biết của chúng ta về sinh học phân tử của tính chống chịu lạnh trong cây bắp hiện rất hạn chế. Ở đây, tác giả phân lập được bZIP68, một yếu tố phiên mã (TF) có tính chất leucine zipper (bZIP), có vai trò như một regulator tiêu cực đối với chống chịu lạnh của cây bắp. Phân tích hệ thống transcriptome cho thấy  bZIP68 ức chế sự biểu hiện mang tính chất kích hoạt bởi nhiệt độ lạnh của gen mã hóa DREB1 (transcription factor). Tính chất ổn định và hoạt tính phiên mã của bZIP68 bị kiểm soát bởi hiện tương phosphoryl hóa của nó tại phân tử Ser250 residue có tính bảo thủ trong điều kiện bị stress lạnh. Hơn nữa, tác giả chứng minh rằng locus bZIP68 là một đích của chọn lọc trong suốt thời kỳ đầu tiên “thuần hóa” bắp hoang dại thành bắp trồng trọt. Một đa hình có tính chất InDEl 358-bp (gọi là Indel-972) tại promoter của gen bZIP68 có ảnh hưởng đáng kể đối với sự biểu hiện có tính chất đặc thù (differential expression) của gen bZIP68 giữa giống bắp trồng và giống bắp tổ tiên hoang dã của nó (wild ancestor teosinte). Nghiên cứu này giải thích được biến thể mang tính chất cis-regulatory rất tiến hóa, mà điều ấy có thể được áp dụng để cải tiến giống bắp chống chịu lạnh.

Xem https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/35543494/

 

Di truyền tính kháng bệnh Fusarium trên hạt bắp

 Di truyền tính kháng bệnh Fusarium trên hạt bắp

Nguồn: Eric N. Butoto, Jason C. Brewer & James B. Holland. 2022. Empirical comparison of genomic and phenotypic selection for resistance to Fusarium ear rot and fumonisin contamination in maize. Theoretical and Applied Genetics August 2022; vol. 135: 2799–2816

Sàng lọc kiểu gen (GS) và sàng lọc kiểu hình (PS) có kết quả giống nhau trong cải tiến tính trạng kháng bệnh FER (Fusarium ear rot) và quản lý độc tố trên hạt FUM (fumonisin contamination in maize). Phương pháp rẽ tiền hơn và nhanh hơn trong sàng lọc kiểu gen (genotyping methods: GS) tỏ ra hiệu quả so với sàng lọc kiểu hình (PS).

Nấm Fusarium verticillioides rất thường thấy trên ruộng bắp (Zea mays L.); pathogen này gây ra bệnh FER (Fusarium ear rot), sản sinh ra độc tố có tên gọi là mycotoxin fumonisin (FUM). Nghiên cứu này so sánh giữa phương pháp sàng lọc kiểu hình (PS) với sàng lọc kiểu gen (GS) nhằm cải tiến được tính trạng kháng bệnh FER và kháng độc tố FUM. Ba thế hệ giao phối kiểu intermating của kiểu gen tái tục (recurrent GS) được tiến hành trong cùng thời gian và từ một quần thể chung như hai thế hệ kiểu hình tái tục “recurrent PS”. Các dòng cây bắp được lấy mẫu từ mỗi chu kỳ PS và GS, mẫu được đánh giá tại 3 địa điểm ở bang North Carolina, năm 2020. Người ta quan sát phản ứng có tích chất tích lũy giống nhau đối với GS và PS, kết quả giảm khoảng 50% xét theo giá trị trung bình FER và FUM so sánh với quần thể ban đầu. Chu kỳ thứ nhất của GS hiệu quả hơn chu kỳ sau đó. PS và GS cả hai đều đạt được 70% hiệu quả chọn lọc (predicted total gain) từ sàng lọc FER, nhưng chỉ đạt 26% hiệu quả chọn lọc từ sàng lọc FUM, kết quả chỉ ra rằng hệ số di truyền của FUM có tính chất “overestimated”. Người ta thấy 20% giảm trong biến thiên của chỉ thị phân tử di truyền (genetic marker) từ PS và 30% giảm từ GS. Thách thức lớn nhất của nhóm tác giả là không có khả năng thu nhận nhanh chóng một tập họp dầy đặc và phù hợp của những “marker genotypes” thông quan các thế hệ của GS. Thực tiễn thao tác trên GS ở mức độ nhỏ cá thể trong chương trình lai tạo giống sẽ yêu cầu những phương pháp sàng lọc kiểu gen rẽ và nhanh hơn, chẳng hạn như những tiến bộ kỹ thuật sẽ là những cơ hội để tối ưu hóa có ý nghĩa và giao phối theo những công thức phục vụ sàng lọc GS trong tương lai bên cạnh cái mà người ta có thể tìm được trong kết quả này.

Xem https://link.springer.com/article/10.1007/s00122-022-04150-8

 

Hiện tượng của Fusarium ear rot.

Quá trình thuần hóa các tính trạng rễ của giống bắp nguyên thủy nguồn gốc Tehuacán

 Quá trình thuần hóa các tính trạng rễ của giống bắp nguyên thủy nguồn gốc Tehuacán

Nguồn: Ivan Lopez-Valdivia, Alden C. Perkins, Hannah M. Schneider, Miguel Vallebueno-Estrada, James D. Burridge, Eduardo González – Orozco,  Aurora Montufar, Rafael Montiel, Jonathan P. Lynch, and Jean-Philippe Vielle-Calzada. 2022. Gradual domestication of root traits in the earliest maize from Tehuacán

PNAS April 18, 2022 | 119 (17) e2110245119.

 

Cho dù người ta đã phát triển kỹ thuật cung cấp dinh dưỡng cây bắp, nhưng các tính trạng rễ bắp có liên quan đến sự thuần hóa như thế nào là điều rất hiếm hoi. Người ta sử dụng kỹ thuật laser ablation tomography (soi cắt lớp bằng lase) để định tính kiến trúc rễ và giải phẩu mẫu bắp 5.300 năm tuổi từ San Marcos (Tehuacán, Mexico), ngần ấy biểu thị được một sự bảo quản hết sức tinh vi của cơ quan tế bào cây bắp. Những tế bào biều bì ngoài có thành dầy và lignin hóa điển hình của mẫu bắp hiện có thích ứng với đất cứng. Trái lại, sự vắng mặt của rễ seminal chỉ được tìm thấy trong mẫu giống bắp tổ tiên, teosinte. Hai gen quan trọng cho phát triển seminal root có nhiều đột biến mà chúng đều liện quan đến sự kiện vắng mặt ấy. Kết quả chỉ ra rằng: một vài tính trạng liên quan đến sự thích nghi với khô hạn không hoàn toàn còn hiện hữu trong các giống bắp trồng sớm nhất ở Tehuacán, cho thấy những minh chứng rõ ràng đối với các điều kiện diễn ra suốt thời kỳ đầu tiên của canh tác bắp.

 

Mọi nỗ lực để hiều được những biến đổi kiểu hình cây bắp từ loại hình tổ tiên teosinte đã và đang tập trung phân tích các cơ quan bên trên mặt đất, rất ít kiến thức về những sự thuần hóa có ảnh hưởng đến rễ bắp như thế nào. Di tích khảo cổ tại hang động San Marcos (Tehuacán, Mexico) mang đến 5.300 – 4.970mẫu vật (B.P. specimens: SM3 and SM11) tương ứng với tập đoàn rễ  có ít nhất năm lóng (nodes) với nhiều rễ mắt lóng (multiple nodal roots) và, một trường hợp, một hệ thống rễ phôi hoàn toàn (embryonic root system). Muốn định tính chi tiết kiến trúc của chúng và giải phẩu rễ, người ta sử dụng kỹ thuật soi cắp lớp bằng laser để tái cấu trúc lại theo không gian ba chiều những rễ mắt lóng của chúng (nodal roots) và một scutellar node, cho thấo một sự bảo quản rất tinh tế (exquisite preservation) của mô bên trong và tổ chức tế bào cũng như những thông số đáng tin cậy về hình thái học đối với những đặc điểm tế bào của stele (trục giữa) và cortex (vỏ). Trong khi SM3 biểu hiện đa mô sclerenchyma ở vỏ rất điển hình của giống bắp hiện hữu (extant maize), thì node của trung trục của hệ thống rễ  phôi SM11 (embryonic root system) thiếu hẳn hoàn toàn các rễ nhánh ngang (seminal roots), một thuộc tính được tìm thấy trong mẫu giống bắp teosinte hiện hữu và trong hai mẫu giống đột biến đặc biệt: root with undetectable meristem1 (rum1) và rootless concerning crown and seminal roots (rtcs). Trình tự DNA cổ điển của SM10, một phần ba  số mẫu giống ở San Marcos cùng tuổi với SM3 và SM11, khẳng định sự có mặt của đột biến diễn ra tại trình tự phân tử transcript của cả hai gen này, ghi nhận khả năng củ một vài đột biến có trong sự thiếu kiểu hình seminal roots ở mẫu dưu tậo giống tổ tiên. Kết quả cho thấy: hệ thống rễ  của những cây bắp thuần hóa đầu tiên tại Tehuacán rất giống với teosinte về các tính trạng nông học quan trọng đối với tính thích nghi của cây bắp đối với khô hạn.

 

Xem https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2110245119

 

Di truyền tính trạng trổ bông của cây bắp

 Di truyền tính trạng trổ bông của cây bắp

Nguồn: Harry Klein, Joseph Gallagher, Edgar Demesa-Arevalo, María Jazmín Abraham-Juárez, Michelle Heeney, Regina Feil, John E. Lunn, Yuguo Xiao, George Chuck, Clinton Whipple, David Jackson, and Madelaine Bartlett. 2022. Recruitment of an ancient branching program to suppress carpel development in maize flowers. PNAS January 11, 2022 119 (2) e2115871119

 

Hình thái hoa bắp vô cùng đa dạng. Mỗi tiến trình phát triển là một mô hình đa dạng mang tính chất ức chế tăng trưởng. Ví dụ cơ quan hoa của cây thân thảo biểu hiện đa dạng cực kỳ về tính dục của hoa, phát triển thông qua sự ức chế đặc biệt của  stamens (nhị đực) hoặc carpels (nhụy cái). Các gen điều khiển sự ức chế tăng trưởng như vậy và làm cách nào để ức chế làm chúng tiến hóa vẫn còn là nội dung chưa được biết rõ. Người ta đã tìm thấy hai gen rất kinh điển mang tính chất phát triển với chức năng rất xưa trong điều khiển sự đâm nhánh sinh thực  dẫn đến ức chế nhụy cái phát triển trong cây bắp. Kết quả này tóm lược tiềm năng của di truyền theo kiểu forward genetics để làm sáng tỏ những tương tác di truyền không thể dự đoán và bản chất đa tính trạng bị che dấu (hidden pleiotropy) của những gen có tính chất phát triển ấy. Rộng hơn là những kết quả của thí nghiệm này làm rõ làm thế nào các chức năng của gen đích được thực hiện trong nhựng ngữa cảnh phát triển mới  phục vụ yêu cầu tiến hóa của cây.

 

Xem: https://www.pnas.org/content/119/2/e2115871119

 

GWAS phân tích bản đồ di truyền tập đoàn giống bắp bản địa

 GWAS phân tích bản đồ di truyền tập đoàn giống bắp bản địa

Nguồn: Tobias Würschum, Thea M. Weiß, Juliane Renner, H. Friedrich Utz, Alfons Gierl, Rafal Jonczyk, Lilla Römisch-Margl, Wolfgang Schipprack, Chris-Carolin Schön, Tobias A. Schrag, Willmar L. Leiser & Albrecht E. Melchinger. 2022.  High-resolution association mapping with libraries of immortalized lines from ancestral landraces

 

Theoretical and Applied Genetics; January 2022; vol. 135: 243–256

 

 

Bản đồ di truyền “association” trên cơ sở các dòng ngô bản địa cho kết quả tốt với nhiều ưu điểm thông qua mức độ phân giải cao, chứng minh hệ gen cây bắp được xác định bởi nhiều biến thể  theo diễn giải QTL điều khiển tính trạng hàm lượng dầu thực vật và chất biến dưỡng allantoin.

 

Các giống ngô bản địa đại diện cho tập đoàn giống có giá trị di truyền là nguồn gen được bảo quản đáp ứng với yêu cầu trong tương lai đối với những thách thức trong nông nghiệp. Ở đây, các tác giả của công trình nghiên cứu này thực hiện phương pháp association mapping tập đoàn giống bắp bao gồm 358 dòng immortalized từ sáu quân thể bắp răng ngựa European Flint. Giá trị di truyền LD (linkage disequilibrium) suy giảm nhanh hơn rất nhiều trong quần thể giống bắp bản địa so với dòng bắp cao sản, cho phép người ta thực hiện bản đồ di truyền phân giải cao  highNgười ta đã minh chứng điều ấy bằng fine-mapping một QTL điều khiển tính trạng hàm lượng dầu chuyển hóa thành đoạn phân tử chèn phenylalanine F469 trong DGAT1-2 như là một biến thể gây hiệu ứng mới (causal variant). Đối với cơ chất biến dưỡng allantoin, có liên quan đến phản ứng stress phi sinh học, người ta đã phân lập được các đa hình promoter và sự biểu hiện có tính chất khác biệt của men allantoinase như một nguyên nhân giả định của biến thiên di truyền. Kết quả chứng minh được khả năng của phương pháp tiếp cận như vậy để phát hiện ra QTL có tiềm năng làm suy giảm những variants gây hệ quả mới, tiến đến sử dụng các alen tự nhiên hoặc nhân tạo bằng công nghệ di truyền phục vụ cho cải tiến giống bắp. Bên cạnh đó, ngưởi ta hướng dẫn  quy trình nghiên cứu sử dụng các dòng bản địa cổ truyền (ancestral landraces) phục vụ nghiên cứu di truyền giống cây trồng và lai tạo giống.

 

Xem: https://link.springer.com/article/10.1007/s00122-021-03963-3