Nghiên cứu quy trình nhân in vitro cây sắn ruột vàng phú thọ

 Nghiên cứu quy trình nhân in vitro cây sắn ruột vàng phú thọ

Lê Thị Thanh, Phạm Thị Hiệp, Tống Thị Huyền, Lê Thị Thu Trang, Nguyễn Phương Nga, Tăng Thị Diệp, VũThị Phương, Đỗ Thị Thanh Thanh, Nguyễn Thị Nga, Hoàng Minh Chính, Phạm Thị Thu Hà, Nguyễn Thị Thu Phương, Phạm Thiên Thành

DOWNLOAD

Tóm tắt

Trong nghiên cứu này, sự hình thành phôi soma và sự tái sinh của cây sắn ruột vàng Phú Thọ từ đỉnh chồi và mảnh lá non lấy từ cây trồng in vitro đã được kiểm tra. Các thử nghiệm cho thấy, khử trùng mẫu bằng NaOCl 3% trong 15 phút, lặp lại hai lần cho tỷ lệ mẫu sạch cao (77,8%) và tỷ lệ mẫu chết thấp (24,3%). Môi trường phát sinh mô sẹo tốt nhất là MS nền có bổ sung 10 mg/L 2,4-D cho tỷ lệ hình thành mô sẹo cao đạt 79,4% với nuôi cấy mảnh lá và 81,8% với nuôi cấy chồi đỉnh. Môi trường tạo chồi tốt nhất là MS nền có bổ sung 0,2 mg/L BAP cho tỷ lệ hình thành cây con từ tế bào soma mảnh lá là 49% và tế bào soma chồi đỉnh là 51,7%. Sau 3 tuần nuôi cấy, chồi đạt 4 - 5 cm. Để nhân nhanh, mỗi chồi được cắt thành từng đốt và cấy trên môi trường tái sinh cây. Hệ số nhân chồi từ một chồi ban đầu sau 12 tháng có thể nhân được 76.527.504 cây in vitro. Môi trường tái sinh cây hoàn chỉnh là MS nền có bổ sung 0,25 mg/L NAA và 0,4 g/L than hoạt tính cho tỷ lệ ra rễ đạt 100%. Cây sắn in vitro thích nghi tốt với giá thể 60% đất phù sa + 40% trấu hun. Cây con có tỷ lệ sống 100%, số lá trung bình đạt 7,3 lá và chiều cao cây đạt 10,2 cm sau hai tuần ươm cây. Quy trình nhân in vitro có hệ số nhân cao, cây con sinh trưởng tốt, có khả năng ứng dụng phục vụ sản xuất cây sắn ruột vàng Phú Thọ quy mô công nghiệp

Bằng chứng tiến hóa của xói mòn quỹ gen quy định tính dục của cây sắn (Manihot esculenta)

 Bằng chứng tiến hóa của xói mòn quỹ gen quy định tính dục của cây sắn (Manihot esculenta)

Nguồn: Evan M Long, Michelle C Stitzer, Brandon Monier, Aimee J Schulz, Maria Cinta Romay, Kelly R Robbins, Edward S Buckler . 2025. Evolutionary signatures of the erosion of sexual reproduction genes in domesticated cassava (Manihot esculenta). G3 (Bethesda); 2025 Feb 5; 15(2):jkae282.doi: 10.1093/g3journal/jkae282

Hàng thế kỷ người ta phát triển nhân giống sắn (Manihot esculenta) vô tính đã và đang làm giảm khả năng tái tổ hợp giới tính, dẫn đến tích lũy nhiều đột biến có hại. Đây là kết quả suy thoái giống cận giao ảnh hưởng đến năng suất và làm giảm đáng kể hiệu suất sinh sản, tạo ra rào cản đối với chương trình cải tiến giống hiện đại. Sắn thuộc họ Euphorbiaceae, bao gồm những loài cây trồng như cao su (Hevea brasiliensis) và cây trạng nguyên (Euphorbia pulcherrima).

Mở rộng dựa trên bản thảo hệ gen, người ta chú thích di truyền (annotated) 7 assemblies của hệ gen được đọc với trình tự dài so sánh với trình tự của 52 genomes, để phân tích kết quả chọn lọc xuyên qua genome này và di truyền huyết thống cây sắn. Thông qua phương pháp “comparative genomic”, người ta xác định được 48 gen dưới sự chọn lọc thoải mái giống sắn. Đáng chú ý, người ta phát hiện đưọc một  siêu đại diện của những gen  biểu hiện khi trổ bông, đặc biệt tập trung tại 6 gen có liên quan đến hạt phấn. Kết quả cho thấy sự thuần hóa giống sắn và một sự chuyển sang nhân giống vô tính đã và đang làm giảm áp lực chọn lọc về chức năng có tính chất tính dục của cây sắn dẫn đến  tích tụ nhiều dạng đột biến của gen liên quan đến hạt phấn. Điều này làm cho chọn lọc không còn áp lực và những đột biến có hại trong hệ gen chịu trách nhiệm trong suy thoái bởi cận giao là những mục tiêu chủ đích trong cải tiến giống sắn, ở đó, thế hệ của những giống sắn mới dựa vào sự tái tổ hợp các alen có lợi thông qua lai hữu tính.

Xem  https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/39673428/

SEGS-1 episomes được tạo ra khi cây sắn bị khảm làm cho bệnh trầm trọng hơn

 SEGS-1 episomes được tạo ra khi cây sắn bị khảm làm cho bệnh trầm trọng hơn

Nguồn: Evangelista Chiunga, Catherine D Aimone, Cyprian Rajabu, Mary M Dallas, Joseph Ndunguru, José T Ascencio-Ibáñez, Elijah M Ateka, Linda Hanley-Bowdoin. 2025 SEGS-1 episomes generated during cassava mosaic disease enhance disease severity. Front Plant Sci.; 2025 Jan 10: 15:1469045. doi: 10.3389/fpls.2024.1469045.

Sắn là cây trồng cho củ quan trọng được trồng bởi nông hộ nhỏ ở vùng cận sa mạc Sahara, châu Phi.

Bệnh khảm lá sắn CMD (Cassava mosaic disease), do một nhóm siêu vi có tên là CMB (cassava mosaic begomoviruses), đây là một trong những bệnh hại sắn gây thiệt hại lớn nhất. Nghiên cứu trước đây chỉ ra rằng SEGS-1 (sequences làm tăng triệu chứng geminivirus), xảy ra cả trên hệ gen cây sắn và trên episomes của nó trong suốt giai đoạn CMD diễn ra, có thể làm tăng bệnh CMD nặng hơn và vượt qua sự kháng cự của cây chủ. Theo nghiên cứu, người ta xem xét ảnh hưởng của áp dụng SEGS-1 ngoại sinh về tỷ lệ nhiễm bệnh CMD, triệu chứng trầm trọng, và số sao chép DNA của virus trong 5 giống sắn thí nghiệm cho kết quả nhiễm bệnh từ nhẹ đến nặng . Nghiên cứu này cho thấy ảnh hưởng của SEGS-1 tùy vào từng giống khác nhau. Giống nhiễm phát triển CMD nặng hơn có hoặc không có SEGS-1 ngoại sinh, trong khi đó, SEGS-1 điều khiển bởi một locus, nhưng không kháng được  CMD1, tính kháng này đa gen quy định. Phân tích cây nhiễm bệnh khi vắng mặt SEGS-1 ngoại sinh cho thấy rằng một vài không phải tất cả giống sắn hình thành nên hệ SEGS-1 episomes khi bị bệnh CMD. Sự có mặt của SEGS-1 episomes nội sinh trong TME14, một giống s8a1n kháng CMD2, tương quan với mức trầm trọng của bệnh CMD. Trái lại, TME3, một giống sắn liên quan gần với CMD2, không hình thành ra SEGS-1 episomes nội sinh và kháng mạnh hơn TME14. Khả năng khác biệt của TME3 và TME14 để hình thành nên SEGS-1 episomes không giống nhau vì khác chuỗi trình tự DNA bên trong và xung quanh loci SEGS-1. Vùng có chức năng của SEGS-1 được định vị trên bản đồ di truyền sử dụng  TME3 tới trình tự hai bên cạnh của “episome junction”, nhưng tự bản thân junction này không cần hoạt động. Tất cả giống sắn có trinh tự SEGS-1 trong genomes của chúng đều có khả năng gây tác động tiêu cực đến sự phát triển của tính kháng CMD trong chương trình cải tiến giống sắn.

Xem https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/39911651/

Tích hợp kết quả phân tích transcriptomics và metabolomics cung cấp những kiến thức mới về phản ứng với sự thiếu nitrogen của cây sắn

Tích hợp kết quả phân tích transcriptomics và metabolomics cung cấp những kiến thức mới về phản ứng với sự thiếu nitrogen của cây sắn

Nguồn: Yu Wang, Jing Chu, Haoyang Zhang, Hao Ju, Qing Xie, Xingyu Jiang. 2025. Integrated transcriptomics and metabolomics analyses provide new insights into cassava in response to nitrogen deficiency. Front Plant Sci.; 2025 Jan 14: 15:1488281. doi: 10.3389/fpls.2024.1488281.

Sự thiếu nitrogen là trở ngại rất lớn đến năng suất cây trồng. Sắn là loài cây trồng cung cấp lương thực lớn thứ sáu trên thế giới, và là nguồn thức ăn gia súc quan trọng cũng như nguồn năng lượng trong công nghiệp. Sắn có thể phát triển mạnh ở đất mấp mé lượng N, tuy nhiên năng suất vẫn bị ảnh hưởng đáng kể bởi sự hạn chế của nitrogen khả dụng. Nghiên cứu cơ chế phản ứng của cây sắn đối với sự thiếu hụt nghiêm trọng nitrogen, do đó, rất cần để thúc đẩy chương trình cải tiến giống phân tử và xác định được giống sắn có khả năng hấp thu hiệu quả. Nghiên cứu đã tiến hành phân tích toàn diện của những phản ứng sinh lý cây sắn non, biểu hiện gen đích, và phản ứng của cơ chất biến dưỡng (metabolite) trong điều kiện thiếu nitrogen. Kết quả cho thấy sự thiếu hụt N làm suy giảm vận chuyển nitrate và ammonium đến các cơ quan trên mặt đất, dẫn đến một gia tăng đáng kể carbohydrate, ROS (reactive oxygen species), và các mức độ “ammonium ion” trên lá sắn. Phân tích transcriptomic và metabolomic chỉ ra rằng có những thay đổi đáng chú ý về gen và cơ chất biến dưỡng gắn với  biến dưỡng carbon và nitrogen, sinh tổng hợp flavonoid, chu trình biến dưỡng purine. Hơn nữa, nhiều yếu tố phiên mã (TFs) gắn kết với sinh tổng hợp flavonoid của sắn khi cây bị thiếu hụt nitrogen. Nghiên cứu này thu được những kiến thức mới và cung cấp nguồn vật liệu di truyền đáng giá làm sáng tỏ cơ chế thích nghi của cây sắn với tình trạng thiếu nitrogen.

Xem https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/39877744/

So sánh ở quy mô toàn bộ hệ gen cho thấy các biến thể kiến trúc của giống sắn bản địa

 So sánh ở quy mô toàn bộ hệ gen cho thấy các biến thể kiến trúc của giống sắn bản địa

Nguồn: Michael Landi, Anna Vittoria Carluccio, Trushar Shah, Adnan Niazi, Livia Stavolone, Laurent Falquet, Andreas Gisel, Erik Bongcam-Rudloff. 2025. Genome-wide comparison reveals large structural variants in cassava landraces. BMC Genomics; 2025 Apr 10; 26(1):362. doi: 10.1186/s12864-025-11523-y. 

Những biến thể di truyền có tính chất kiến trúc (SVs: structural variants) rất cần thiết cho kết quả đa dạng hệ gen thực vật và các biến thiên kiểu hình. Các tác giả tiến hành nghiên cứu trên đoạn phân tử lớn có kích thức: 9.7 Mbp đoạn lập lại rất cao trên nhiễm sắc thể 12 của MEB117, một vùng đích  chưa được định tính trước đây của hệ gen cây sắn (Manihot esculenta Crantz). Mục tiêu nghiên cứu nhằm khai thác sự có mặt và sự biến dị di truyền trong tập đòa giống sắn bản địa, cung cấp những kiến thức mới về genome học cây sắn và khả năng ứng dụng thực tiễn.

Người ta minh chứng được sự có mặt của đoạn phân tử 9.7 Mbp trong hệ gen sắn TMEB117, khác biệt với những kết quả nghiên cứu hệ gen trước đó. Thông qua dữ liệu của “mapping short-read sequencing” lấy từ 16 giống sắn bản địa so với nhiễm sắc thể 12 của giống sắn TMEB117, người ta thấy rằng biến dị di truyền có trong kết quả “read mapping”, cho thấy rằng: khi tất cả giống sắn có mang một chèn đoạn trong vùng, thì có một vài biểu hiện mất các đoạn phân tử ấy hoặc cho kết quả trình tự khác biệt. Phân tích sâu cho thấy có hai gen độc nhất gắn với chức năng hoạt tính của men “deacetylase”, đó là HDA14 và SRT2, trong vùng chèn đoạn này. Hơn nữa, nguyên tố chuyển vị MUDR-Mutator (transposable element) biểu hiện sự có mặt rết mạnh trong vùng này.

Nghiên cứu này xác định một biến thể lớn về cấu trúc trong hệ gen giống sắn TMEB117, phác họa tính biến thiên di truyền của nó trong những giống sắn khác nhau. Sự phong phú của gen HDA14 và SRT2 và nguyên tố chuyển vị MUDR-Mutator trong chèn đoạn ấy gợi ra rằng nó có chức năng di truyền có ý nghĩa, cho dù nghiên cứu sâu còn phải tiếp tục để khai thác nó. Kết quả cung cấp kiến thức quan trọng về vai trò của biến dị di truyền về cấu trúc liên nquan đến đa dạng có tính chất genome học của cây sắn.

Xem https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/40211122/

Phân tích GWAS và biểu hiện gen của họ gen “Mediator Complex Subunit” cây sắn

 Phân tích GWAS và biểu hiện gen của họ gen “Mediator Complex Subunit” cây sắn

Nguồn: Lingling Zhou, Shuhui Sun, Linlong Zhu, Xian Chen, Ran Xu, Lian Wu, Shuang Gu. 2025. enome-Wide Identification and Expression Analysis of the Mediator Complex Subunit Gene Family in Cassava. Int J Mol Sci.; 2025 Feb 15; 26(4):1666. doi: 10.3390/ijms26041666. 

Chức năng của MED (mediator complex) đóng vai trò co-activator của thực vật, truyền đi tín hiệu phiên mã để điều tiết sự biểu hiện gen, bao gồm các phản ứng với stress do ngoại cảnh. Trong khi họ gen MED đã được phân lập rồi trong nhiều loài thực vật, nhưng nó vẫn chưa được báo cáo trong cây sắn. Theo đây, người ta xác định được 32 thành viên của họ gen MeMED cây sắn (Manihot esculenta Crantz) phân bố trên 13 nhiễm sắc thể. Những gen này được sắp xếp thành “Mediator subunits” riêng biệt dựa theo sự tương đồng theo “Arabidopsis modules”. Phân tích promoter cho thấy có sự hiện diện của nhiều nguyên tố khác nhau của cis-regulatory, có khả năng đóng vai trò quan trọng trong điều tiết tăng trưởng và phát triển của cây, phản ứng với stress. Cơ sở dữ liệu  RNA-seq cho thấy từng thành phần biểu hiện tại mô đặc biệt của các gen MeMED, với biểu hiện đáng kể ghi nhận trên lá, rễ, cuống lá, thân, mô sẹ của phôi dễ vỡ, và sinh mô tận ngọn. Phân tích RT-qPCR chuyên sâu đối với nhiều stress phi sinh học bao gồm khô hạn, hydrogen peroxide ngoại sinh, nhiệt độ lạnh, nóng, và mặn cho thấy có 10 gen chọn lọc MeMED biểu hiện có ý nghĩa theo kiểu “differential expression”, cho thấy chức năng của chúng giúp cây thích nghi với stress. Kết quả cho chúng ta kiến thức về vai trò sinh học của họ gen MeMED trong cây sắn, có ý nghĩa trong việc cải tiến tính chống chịu stress của giống sắn cao sản trong tương lai.

Xem https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/40004128/

Hình: Phân bố các gen trong họ gen MeMED của cây sắn.

Xác định họ gen NADP-ME của cây sắn - phản ứng và điều tiết quang hợp

 Xác định họ gen NADP-ME của cây sắn - phản ứng và điều tiết quang hợp

Nguồn: Haozheng Li, Jin Xiao, Jiahui Chen, Xu Shen, Jia Luo, Fengguang Guo, Shangfei Wang, Liangye Xu, Xin Guo, Shujuan Wang, Haiyan Wang, Wenquan Wang. 2025. Identification of the cassava NADP-ME gene family and its response and regulation in photosynthesis. Front Plant Sci.; 2025 Feb 27:16:1525193. doi: 10.3389/fpls.2025.1525193.

NADP-malic enzyme (NADP-ME) là mộ enzyme cần thiết trong quang hợp chu kỳ C4, đáp ứng với phản carboxyl hóa của malate trong bó tế bào ở bẹ lá, tăng cường hiệu quả quang hợp cây C4. Giống sắn trồng biểu hiện hiệu quả quang hợp cao và cho sinh khối lớn. Những nghiên cứu trước đây phân loại nó là dạng trung gian giữa C3-C4. Sinh khối của cây sắn tương quan thuận với hiệu suất quang hợp. Vùng promoter của gen MeNADP-ME3 có chèn đoạn được mang tính chọn lọc trong các giống sắn khác với tổ tiên hoang dại của chúng. Bốn gen MeNADP-ME được phân lập trong giống sắn AM560, với các vùng promoter rất giàu những nguyên tố phản ứng yếu. Phân tích domain bảo thủ và có tính chất di truyền huyết thống cho thấy tất cả subtypes là những loại hình của song tử diệp có tính chất mềm dẽo, liên quan rất gần với gen AtNADP-ME4, với N-terminal domains độc nhất của MeNADP-ME2 và MeNADP-ME3 chuyên biệt cho cây sắn mà thôi, như vậy đó là những chức năng mới. Định vị trong tế bào cho thấy chúng ưu tiên có trong chloroplast, tham gia lớn hơn trong các tiến trình sinh lý của lá  của giống sắn SC205. Kết quả cho thấy họ NADP-ME của giống sắn trồng trọt đã và đang tiến hóa theo kiểu chọn lọc mô hình quang hợp. Nghiên cứu sâu cho thấy gen MeNADP-ME3 biểu hiện mạnh mẽ trên lá sắn và được điều tiết bởi cường độ ánh sáng. Phân tích theo phương pháp “co-expression network” của hệ transcriptomes trong điều kiện trồng sắn che sáng và dự đoán các promoter của gen mã hóa TF  cho thấy các vị trí Indel của promoter trong gen MeNADP-ME3 được gắn kết chặt với MeYABBY1, hình thành nên  một hệ thống điều tiết với các gen quang hợp khác nữa. Như vậy MeNADP-ME3 có vai trò của quang hợp trung gian giữa cây C3-C4 trong khi tiến hóa từ loài sắn hoang dại sang loài sắn trông trọt, với những gen khác của họ gen cũng có chức năng quang tổng hợp. Nghiên cứu của chúng tôi đặt nền tảng cho nghiên cứu chức năng tương lai của họ gen MeNADP-ME và cung cấp quan điểm khoa học về cơ chế tăng cường hiệu quả quang hợp của giống sắn trồng trọt.

Xem https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/40084111/

Định vị trong nhiễm sắc thể và nguyên tố cis-acting ở cận trên của họ genNADP-ME của cây sắn. Hướng xem xét 5’-3’ trong trình tự của promoter. Hộp đỏ biểu thị nguyên tố cis có liên quan đến quang hợp.