GWAS với tính trạng năng suất và phẩm chất bắp trong điều kiện bón N bình thường và bón thiếu đạm

 GWAS với tính trạng năng suất và phẩm chất bắp trong điều kiện bón N bình thường và bón thiếu đạm

Nguồn: Noel Ndlovu, Charles Spillane, Peter C. McKeown, Jill E. Cairns, Biswanath Das & Manje Gowda. 2022. Genome-wide association studies of grain yield and quality traits under optimum and low-nitrogen stress in tropical maize (Zea mays L.). Theoretical and Applied Genetics December 2022; vol. 135: 4351–4370

 

Genome-wide association study (GWAS) đã minh chứng được rằng các vùng khác nhau của hệ gen có ảnh hưởng nhất định đến phẩm chất hạt trong điều kiện đất đói đạm. Sử dụng mô hình dự đoán sàng lọc di truyền (genomic prediction), kết quả hiệu quả chọn lọc (GA: genetic gains) có thể được cải tiến thông qua chọn lọc các tính trạng có liên quan đến phẩm chất hạt bắp.

 

Đất đai vùng cận sa mạc Sahara (sub-Saharan Africa) rất thiếu nitrogen do bón phân quá ít và quản lý độ phì nhiêu đất kém. Điều này làm cho chênh lệch giữa năng suất thực tế và năng suất lý thuyết cách biệt có ý nghĩa cho cây bắp, làm cho an ninh dinh dưỡng cũng bị ảnh hưởng và mức ổn định về anh sinh xã hội kém trong các vùng như vậy. Nghiên cứu cơ sở di truyền của hàm lượng protein trong hạt bắp, tinh bột và dầu trong điều kiện đất đói đạm (nitrogen-starved soils) có thể làm gia tăng sự hiểu biết của chúng ta trong quản lý tốt hệ thống di truyền và cải tiến mức độ hiệu quả của chương trình lai tạo giống bắp tương lai. Tập đoàn giống được sử dụng để xây dựng bản đồ di truyền kiểu “association mapping” bao gồm 410 dòng bắp cận giao và 4 quần thể con lai “bi-parental”  được người ta đánh giá trên đồng ruộng tại Kenya và South Africa trong nghiệm thức bón N tối hảo và nghiệm thức bón nitrogen thấp; đánh giá kiểu gen nhờ bộ chỉ thị SNP bao gồm 259.798 markers. Tương quan di truyền cho thấy những quần thể như vậy có thể được sử dụng để chọn lọc ra các dòng ưu việt trong điều kiện stress bởi nitrogen thấp. Bên cạnh đó, giống (G), môi trường (E) và tương tác GxE trong nghiệm thức đất đói đạm đã được tìm thấy khác biệt rất có ý nghĩa về hàm lượng dầu trong hạt bắp. Hệ số di truyền theo nghĩa rộng biến thiên từ giá trị trung bình (0.18) đến caoh (0.86). Trong nghiệm thức có stress do nitrogen thấp, kết quả GWAS xác định được 42 chỉ thị SNPs liên kết chặt với tính trạng liên quan đến phẩm chất hạt. Những chỉ thị phân tử SNPs có ý nghĩa như vậy đã gắn với  51 gen ứng cử viên giả định (putative candidate genes). Kết quả chạy trên bản đồ “linkage mapping” đã xác định được nhiều QTLs quy định các tính trạng phẩm chất hạt bắp. Trong điều kiện nitrogen thấp, mức độ dự đoán chính xác di truyền trung bình thông qua các vật liệu giống bắp ấy đều cho hàm lượng dầu trong hạt cao hơn (0.78) và năng suất thấp hơn (0.08). Kết quả này chỉ ra rằng phẩm chất hạt là tính trạng đa gen, sử dụng “genomic selection” (sàng lọc di truyền) trong chọn tạo giống bắp có thể cải tiến được hiệu quả chọn lọc (genetic gain). Hơn nữa, các vùng được xác định trong hệ gen này và những chỉ thị phân tử SNP có thể được sử dụng dòng bắp cao sản có phẩm chất hạt mong muốn.

 

Xem https://link.springer.com/article/10.1007/s00122-022-04224-7

 

Hình 2: Sơ đồ Manhattan và “quantile–quantile plots” có được nhờ  mô phỏng “mixed linear” (đa tuyến) đối với năng suất hạt (A), hàm lượng protein (B), hàm lượng tinh bột (C), hàm lượng dầu (D) trong nghiệm thức nghèo phân N.