Phổ biểu hiện transcriptome và metabolome và pro-vitamin A của giống sắn bản địa

 Phổ biểu hiện transcriptome và metabolome và pro-vitamin A của giống sắn bản địa

Nguồn; Priscilla Olayide, Erik Alexandersson, Oren Tzfadia, Marit Lenman, Andreas Gisel, Livia Stavolone. 2023. Transcriptome and metabolome profiling identify factors potentially involved in pro-vitamin A accumulation in cassava landraces. Plant Physiol Biochem.; 2023 Jun; 199:107713. doi: 10.1016/j.plaphy.2023.107713.

 

Sắn (Manihot esculenta Crantz) là thực phẩm có mức độ ưu tiên cao trong cây trồng an ninh lương thực ở nhiều nước đang phát triển. Rễ củ được tồn trữ, giàu carbohydrate, nhưng thiếu nhiều vi chất cần thiết, trong đó có provitamin A carotenoids. Gia tăng hàm lượng carotenoid trong củ sắn tồn trữ là mục tiêu quan trọng làm giảm hội chứng thiếu vitamin A, một vấn đề sức khỏe khá phổ biến tại vùng cận Sahara, châu Phi. Tuy nhiên, kết quả cải tiến giống sắn diễn ra chậm chạp, chủ yếu do thiếu thông tin đối với các factors phân tử ảnh hưởng đến sự tích lũy β-carotene trong củ sắn. Tập trung vấn đề này, các tác giả tiến hành thực hiện phiên mã có tính chất so sánh và phân tích chất biến dưỡng không chủ đích (untargeted metabolic) ở rễ và lá sắn của 11 giống sắn bản địa Phi Châu biến thiên từ màu trắng đến màuvàng sậm, để khám phá các “regulators” của sinh tổng hợp carotenoid và sự tích lũy chất này với chức năng có tính chất bảo thủ của củ sắn màu vàng. Phân tích chuỗi trình tự DNA xác định được sự hiện diện của đột biến, có ảnh hưởng đến hàm lượng β-carotene, trong phân tử “PSY transcripts” của giống sắn củ vàng sậm không phải giống sắn có củ màu vàng nhạt. Người ta phân lập được các gen và cách chất biến dưỡng với mức độ biểu hiện và tích lũy gắn kết một cách có ý nghĩa với hàm lượng β-carotene. Đặc biệt, một hoạt động gia tăng chu trình “dị hóa” abscisic acid đi liền với sự giảm số lượng của L-carnitine, điều ấy có thể liên quan đến dòng “flux” của lộ trình carotenoid, cao hơn trong giống củ vàng so với giống củ trắng. Trong thực tế, NCED_3.1 được biểu hiện hết sức đặc biệt ở mức độ thấp hơn trong giống sắn củ vàng; điều này gợi ra rằng: đó có thể là mục tiêu tiềm năng làm tăng sự tích lũy carotenoid trong củ sắn. Kết quả lan tỏa kiến thức về những thành phần của chất biến dưỡng  và những cơ chế phân tử  có ảnh hưởng đến sinh tổng hợp carotenoid và tích lũy carotenoid trong củ sắn; cung cấp thông tin mới về ứng dụng công nghệ sinh học và cải tiến di truyền giống sắn  cao sản có giá trị dinh dưỡng cao.

 

Xem https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/37126903/

 

Hình. Biểu hiện lộ trình sinh học carotenoid, các gen đích ở tại lá sắn và củ sắn. (A) Thành phần chính của phân tích Biplot những gen biểu hiện có ý nghĩa tại lá sắn (panel bên trái) và củ sắn (panel bên phải). Sự phân biệt giống sắn bản địa với tọa độ giữa trục PC1 vs PC2 (B) Heatmap của các gen biểu hiện có ý nghĩa tại lá sắn và rễ sắn. Cột (giống bản địa) theo thứ tự từ trái sang phải căn cứ theo hàm lượng β -carotene tăng lên tại củ sắn. Hàng (các gen) theo thứ tự từ đỉnh xuống đáy tùy theo chuỗi trình tự.

Họ gen RWP-RK của cây sắn (Manihot esculenta Crantz)

 Họ gen RWP-RK của cây sắn (Manihot esculenta Crantz)

Nguồn: Chenyu Lin, Xin Guo, Xiaohui Yu, Shuxia Li, Wenbin Li, Xiaoling Yu, Feng An, Pingjuan Zhao, Mengbin Ruan. 2023. Genome-Wide Survey of the RWP-RK Gene Family in Cassava (Manihot esculenta Crantz) and Functional Analysis/. Int J Mol Sci.; 2023 Aug 18; 24(16):12925. doi: 10.3390/ijms241612925.

 

Yếu tố phiên mã chuyên biệt của thực vật RWP-RK có vai trò trung tâm trong điều tiết phản ứng với nitrogen và phát triển giao tử. Tuy nhiên, có rất ít thông tin khả thi liên quan đến tiến hóa và đặc điểm của họ gen RWP-RK trong cây sắn, loài cây trồng quan trọng nhiệt đới. Ở đây, người ta tiến hành nghiên cứu 13 protein RWP-RK được phân lập trong cây sắn.  Gen phân bố không đồng đều trên 9 của 18 nhiễm sắc thể (Chr), và những protein được gen mã hóa được chia thành 2 cluster di truyền trên cơ sở khoảng cách di truyền. Họ phụ NLP có bảy proteins bao gồm GAF, RWP-RK, và PB1 domains; họ phụ RKD có 6 proteins bao gồm RWP-RK domain. Các gen của họ phụ NLP có trình tự DNA dài hơnvà có nhiều introns hơn họ gen RKD. Một số lượng lớn các hormone và các nguyên tố cis-acting elements liên quan đến stress được tìm thấy khi phân tích RWP-RK promoters. Kết quả chạy “Real-time quantitative PCR” cho thấy gen MeNLP1-7 và MeRKD1/3/5 phản ứng với các stressors phi sinh học (thiếu nước, nhiệt độ lạn, mannitol, polyethylene glycol, NaCl, và H2O2), nghiệm thức xử lý hormone (abscisic acid và methyl jasmonate), nghiệm thức đói đạm. Gen MeNLP3/4/5/6/7 và MeRKD3/5, có thể phản ứng nhanh chóng, hiệu quả với nhiều stress, chúng được tìm thấy là những gen ứng cử viên rất quan trọng cho những xét nghiệm về chức năng gen trong cây sắn. Protein MeRKD5 và MeNLP6 định vị trong nhân tế bào của lá cây thuốc lá. Năm và một proteins ứng cử viên tương tác với gen MeRKD5 và MeNLP6, theo thứ tự, được người ta sàng lọc từ nghiệm thử xử lý đói đạm của cây sắn, đó là agamous-like mads-box protein AGL14, metallothionein 2, Zine finger FYVE domain có trong phân tử protein, glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase, E3 Ubiquitin-protein ligase HUWE1, và họ protein có tính chất lập lại PPR. Kết quả cho thấy cơ sở vững chắc để hiễu được phản ứn với stress phi sinh học và sự truyền tín hiệu bởi các gen RWP-RK của cây sắn cassava.

 

Xem https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/37629106/

 

Hình: Vị trí của 13 gen mã hóa 13 cassava RWP-RK proteins trên nhiễm sắc thể.

Nghiên cứu hệ gen vi khuẩn A02 cố định đạm trong lá cây sắn

 Nghiên cứu hệ gen vi khuẩn A02 cố định đạm trong lá cây sắn

Nguồn; Danping Huang, Jie Ren, Xi Chen, Kashif Akhtar, Qiongyue Liang, Congyu Ye, Caiyi Xiong, Huahong He, Bing He. 2023. Whole-genome assembly of A02 bacteria involved in nitrogen fixation within cassava leaves. Plant Physiol.; 2023 Sep 22; 193(2):1479-1490. doi: 10.1093/plphys/kiad331.

 

Vi khuẩn cố định đạm (N) nội sinh A02 thuộc chi Curtobacterium sp. rất cần thiết trong cơ chế biến dưỡng N của cây sắn (Manihot esculenta Crantz). Người ta xác định được chủng nòi vi khuẩn A02 từ giống sắn SC205 và sử dụng phương pháp pha loảng đồng vị phóng xạ 15N để nghiên cứu tác động của chủng nòi A02 trên sự tăng trưởng và tích tụ N của cây sắn non. Hơn nữa, hệ gen đầy đủ này (whole genome) được giải trình tự DNA nhằm xác định cơ chế cố định N của chủng nòi A02. So với đối chứng N thấp (T1), nghiệm thức chủng vi khuẩn A02 (T2) cho thấy gia tăng cao nhất trong lá sắn và khối lượng khô rễ củ của cây sắn non, và con số 120,3 nmol/(mL·h) là hoạt tính cao nhất của men nitrogenase được ghi nhận trên lá, điều này được xem như vị trí chính thức để vi khuẩn  ký sinh và cố định đạm. Hệ gen của chủng vi khuẩn A02 có kích thước 3.555.568 bp và bao gồm  một nhiễm sắc thể vòng, một plasmid. So sánh các genomes này của bacilli ngắn khác kết quả cho thấy chủng nòi A02 có tiến hóa rất gần với vi khuẩn nội sinh NS330 (Curtobacterium citreum) được người ta phân lập trên cây lúa (Oryza sativa) tại Ấn Độ. Hệ gen của A02 bao gồm 13 gen nif (nitrogen fixation), đó là gen 4 nifB, 1 nifR3, 2 nifH, 1 nifU, 1 nifD, 1 nifK, 1 nifE, 1 nifN, và 1 nifC, chúng hình thành một “gene cluster” tương đối đầy đủ có chức năng cố định đạm, với chiều dài 8-kb chiếm 0,22% chiều dài toàn bộ genome. Gen nifHDK của chủng nòi A02 (Curtobacterium sp.) khá đồng nhất khi so sánh với trình tự tham chiếu Frankia. Kết quả dự đoán chức năng cho thấy số bản sao chép lớn của gen nifB gắn liền với  cơ chế bảo vệ có tính chất oxygen. Kết quả là thông tin thú vị về genome vi khuẩn liên quan đến sự trợ giúp của N đối với lĩnh vực nghiên cứu phiên mã và  chức năng gen nhằm làm tăng hiệu quả sử dụng N của cây sắn.

 

Xem https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/37307568/

Ba điểm nghẽn “bóp nghẹt” xuất khẩu sắn

  Ba điểm nghẽn “bóp nghẹt” xuất khẩu sắn

Xuất khẩu sắn đến năm 2028 sẽ đạt 2 tỷ USD/năm và tăng lên 2,5 tỷ USD/năm vào năm 2050. Để đạt được con số này, ngành sắn đang có 3 điểm yếu cần phải giải quyết. Đó là: xuất khẩu lệ thuộc quá nhiều vào một thị trường; công nghệ chế biến còn lạc hậu, chưa có nhiều sản phẩm chế biến sâu; mất cân đối giữa chế biến và vùng trồng sắn nguyên liệu…

 

 

Mục tiêu và những thách thức trên được đặt ra tại Hội nghị: “Tổng kết 5 năm ngành sắn Việt Nam, giai đoạn 2018 – 2023 và Đại hội nhiệm kỳ III, giai đoạn 2023 – 2028” của Hiệp hội Sắn Việt Nam.

TRUNG QUỐC VẪN LÀ THỊ TRƯỜNG XUẤT KHẨU CHÍNH

Ông Nghiêm Minh Tiến, Chủ tịch Hiệp hội Sắn Việt Nam, cho biết cây sắn (khoai mì) là cây lương thực quan trọng thứ 3 của Việt Nam sau lúa, ngô (bắp). Tính đến nay, diện tích trồng sắn cả nước khoảng 530.000 ha/năm, tổng sản lượng trên 10 triệu tấn/năm. Cây sắn và ngành công nghiệp chế biến đã góp phần giải quyết việc làm cho trên 1,2 triệu lao động, chủ yếu ở khu vực trung du, miền núi, đóng góp không nhỏ trong việc xóa đói giảm nghèo, ổn định về kinh tế và xã hội.

 

Về tình hình tiêu thụ, đại diện Cục Xuất nhập khẩu (Bộ Công Thương) cho biết, xuất khẩu sắn và các sản phẩm từ sắn của Việt Nam sang Trung Quốc có xu hướng giảm trong những tháng gần đây.

 

Tuy nhiên, trong 5 tháng đầu năm 2023, Trung Quốc vẫn là thị trường xuất khẩu sắn và các sản phẩm từ sắn lớn nhất của Việt Nam. Thị trường này chiếm 89,9% về lượng (1,22 triệu tấn) và chiếm 88,47% về trị giá xuất khẩu (467,62 triệu USD).

 

"Từ năm 2022, xuất khẩu sắn và các sản phẩm từ sắn sang Hàn Quốc và Malaysia có xu hướng tăng mạnh nhưng không ổn định. Hơn nữa, việc phát triển thị trường mới còn chậm. Vì thế, Trung Quốc vẫn là thị trường tiêu thụ chính các sản phẩm sắn của Việt Nam". Ông Nghiêm Minh Tiến, Chủ tịch Hiệp hội Sắn Việt Nam.

Ông Tiến cho biết thêm, trong vòng 10 năm trở lại đây, ngành sắn Việt Nam phát triển nhanh. Kim ngạch xuất khẩu sắn và sản phẩm sắn tăng từ 0,958 tỷ USD năm 2018 lên gần 1,5 tỷ USD vào năm 2022. Việt Nam hiện đứng thứ 2 thế giới về sắn, sau Thái Lan. Từ năm 2022, xuất khẩu sắn và các sản phẩm từ sắn sang Hàn Quốc và Malaysia có xu hướng tăng mạnh nhưng không ổn định. Hơn nữa, việc phát triển thị trường mới còn chậm. Vì thế, Trung Quốc vẫn là thị trường tiêu thụ chính các sản phẩm sắn của Việt Nam.

 

Từ thực tế địa phương, ông Nguyễn Đình Xuân, Giám đốc Sở Nông nghiệp và Phát triển nông thôn tỉnh Tây Ninh, cho biết những năm qua, diện tích trồng sắn của Tây Ninh liên tục tăng, đến cuối năm 2022, toàn tỉnh có gần 62.000 ha sắn; năng suất bình quân đạt trên 32 tấn/ha.

 

Đến nay, tỉnh Tây Ninh có 65 nhà máy chế biến tinh bột sắn, với tổng công suất đạt hơn 4 triệu tấn sắn/năm. Trong đó có 18 công ty, doanh nghiệp có công suất chế biến tinh bột sắn từ 50 – 300 tấn bột/ngày và 47 cơ sở với công suất dưới 50 tấn bột/ngày. Hiện, thị trường xuất khẩu chính của các nhà máy chế biến sắn trên địa bàn tỉnh là Trung Quốc, chiếm 70%; Mỹ và châu Âu chiếm 8%; ở các nước châu Á khác 10%, còn lại tiêu thụ trong nước.

 

MẤT CÂN ĐỐI GIỮA CHẾ BIẾN VÀ NGUYÊN LIỆU

 

Mặc dù, diện tích trồng sắn đã tăng lên đáng kể, song theo ông Xuân, ngành sắn của Tây Ninh vẫn còn một số hạn chế. Đó là: chưa có liên kết trong đầu tư thu mua nguyên liệu giữa nhà máy chế biến và người nông dân; chưa hình thành cơ chế chính sách liên kết vùng để thu hút nguồn đầu tư ổn định, lâu dài. Hiện nay, nguồn cung nguyên liệu sắn tại địa phương chưa đáp ứng tốt nhu cầu chế biến.

 

Nguyên nhân chủ yếu là do doanh nghiệp chế biến chưa phát triển vùng nguyên liệu. Hiện tại, cả nước mới có một số ít các nhà máy đã và đang thực hiện việc đầu tư vùng nguyên liệu, đáp ứng nhu cầu 30-40% công suất của nhà máy. 

 

Các doanh nghiệp chủ yếu áp dụng hình thức sản xuất đến đâu thu mua đến đó. Việc có nhiều cơ sở sản xuất cùng kinh doanh một mặt hàng trên cùng một thị trường dễ xảy ra tình trạng cạnh tranh về giá thu mua nguyên liệu, nhất khi nguồn nguyên liệu giảm.

 

Đại hội Hiệp hội Sắn nhiệm kỳ III (2023-2028) đã bầu 22 thành viên Ban Chấp hành, trong đó 12 Ủy viên Thường vụ, 5 Phó Chủ tịch Hiệp hội. Thạc sĩ Nghiêm Minh Tiến tái đắc cử Chủ tịch Hiệp hội Sắn Việt Nam nhiệm kỳ mới.

Vì vậy, để cây sắn của Tây Ninh phát triển ổn định và bền vững, ông Xuân cho rằng cần tổ chức lại sản xuất theo hướng xây dựng vùng sản xuất lớn. Đây là cơ sở để liên kết với các doanh nghiệp nhằm giảm các khâu trung gian, tạo cơ hội nâng cấp chuỗi giá trị sản phẩm. Trong những năm tới, sắn vẫn là cây công nghiệp truyền thống của tỉnh, là một trong những nguồn nguyên liệu sản xuất của nhiều ngành công nghiệp, thực phẩm và sản xuất Ethanol phục vụ tạo ra xăng sinh học E5 RON 92 thay thế xăng khoáng RON 92 đang được sử dụng tại thị trường trong nước.

 

“Tây Ninh sẽ tiếp tục duy trì và phát triển diện tích sản xuất khoảng 55.000 - 65.000 ha, nâng cao năng suất và hướng đến kiểm soát bệnh khảm lá bằng các giống sắn kháng khảm, cho năng suất cao. Đồng thời, sẽ tiếp tục đổi mới công nghệ chế biến, đầu tư phát triển dây chuyền, đa dạng hóa sản phẩm sau tinh bột, tận dụng phụ phẩm sau chế biến, nâng cao giá trị cho chuỗi sản xuất sắn trên địa bàn tỉnh”, ông Xuân nhấn mạnh.

 

Thời gian qua, Hiệp hội Sắn Việt Nam đã có các buổi làm việc với lãnh đạo các tỉnh Thanh Hóa, Yên Bái, Gia Lai, Phú Yên, Kon Tum, Bình Định, Đắk Lắk, Tây Ninh để đánh giá thực trạng vùng nguyên liệu sắn và quy mô sản xuất tinh bột sắn, nhằm đảm bảo sản xuất ổn định, phát triển bền vững cây sắn ở các địa phương.