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