Xây dựng phương pháp dung hợp tế bào trần của giống sắn KM94 với hai giống sắn HN3 và C-33

 Xây dựng phương pháp dung hợp tế bào trần của giống sắn KM94 với hai giống sắn HN3 và C-33

Phạm Thị Hương, Lê Ngọc Tuấn, Nguyễn Hùng, Nguyễn Thị Hạnh, Phạm Xuân Hội

DOWNLOAD

Tóm tắt

Nghiên cứu được thực hiện nhằm phát triển phương pháp tách tế bào trần từ mô thịt lá sắn tại Việt Nam, phục vụ dung hợp tế bào trần, phát triển giống sắn mới. Lá của giống sắn kháng bệnh khảm lá sắn HN3 và dòng sắn C-33 từ cây sắn nuôi cấy in vitro được tiền xử lý qua dung dịch có nền khoáng CPW (Frearson et al., 1973) có nồng độ mannitol tăng dần từ 5%; 9% và 13% mannitol, ủ trong các dung dịch trên với thời gian 1 giờ. Sau đó, ủ mẫu lá với dung dịch phân giải mô thịt lá có chứa cellulase 1,6% + macerozyme 0,8% trong thời gian 16 giờ, lắc 50 vòng/phút, ở nhiệt độ 25oC. Sản lượng tế bào trần trung bình giống HN3 đạt 1,0 × 107 TBT/g trọng lượng tươi, khả năng sống đạt 95,4%; giống C-33 đạt 1,9 × 107 TBT/g trọng lượng tươi với khả năng sống đạt 92,7%. Tế bào trần từ mô sẹo phôi hóa giống KM94 được dung hợp với tế bào trần từ mô thịt lá hai giống sắn HN3 và C-33 sử dụng chất xúc tác PEG MW 4000 ở nồng độ 30%. Mật độ tế bào trần phù hợp cho dung hợp từ 5 × 105 - 1 × 106 . Tỷ lệ dung hợp trung bình giữa KM94-C33 là 32,68%, KM94×HN3 là 16,8%. Kết quả dung hợp giữa KM94×HN3 đã thu được 8 cây tái sinh.

 

Từ khoá: Cây sắn, tế bào trần, dung hợp

Đặc điểm sinh học, diễn biến mật độ và yếu tố ảnh hưởng tới mật độ bọ phấn trắng Bemisia tabaci (Hemiptera: Aleyrodidae) trên cây sắn

 Đặc điểm sinh học, diễn biến mật độ và yếu tố ảnh hưởng tới mật độ bọ phấn trắng Bemisia tabaci (Hemiptera: Aleyrodidae) trên cây sắn

Phạm Duy Trọng (1), Nguyễn Thị Thủy (1), Phạm Văn Sơn (1), Phạm Thị Nhạn (2), Nguyễn Thị Mai Lương (1), Trần Thị Thúy Hằng (1), Nguyễn Duy Mạn (1)

 

DOWNLOAD

Ở Việt Nam, sắn (Manihot esculenta) là cây trồng quan trọng sau lúa, ngô, là cây công nghiệp xuất khẩu triển vọng. Năm 2021 Việt Nam có 524,5 nghìn ha sắn với sản lượng 10,56 triệu tấn, tỉnh Đắk Lắk và Phú Yên có tổng diện tích trồng sắn 74,9 nghìn ha với tổng sản lượng là 1,76 triệu tấn (Tổng cục Thống kê, 2021).

 

Cây sắn là nguồn thu nhập chính của nhiều hộ nông dân nghèo, đồng bào dân tộc thiểu số do cây sắn chịu được đất nghèo dinh dưỡng, chịu hạn tốt, dễ trồng, ít chăm sóc, chi phí thấp, dễ thu hoạch, dễ chế biến. Những năm gần đây sản xuất sắn gặp nhiều khó khăn và rủi ro do sâu bệnh gây ra như bệnh chổi rồng (Phytoplasma sp), rệp sáp hồng (Phenacoccus manihoti), nhện đỏ (Tetranychus sp.)…đặc biệt là bệnh khảm lá sắn do virus Sri Lanka Cassava Mosaic Virus gây ra. Bọ phấn trắng (Bemisia tabaci) đã được xác định là môi giới truyền bệnh khảm lá sắn. Bọ phấn trắng (Bemisia tabaci) là một trong những loài côn trùng gây hại nặng nhất của nhiều loại cây trồng nông nghiệp trên toàn thế giới (Oliveira, 2001). Ngoài việc gây hại trực tiếp bằng cách hút dịch của cây, bọ phần trắng còn gây hại gián tiếp thông qua sự phát triển của nấm muội đen và có thể truyền hơn 200 loại virus gây hại cho thực vật (Jones, 2003; Navas- Castilo, 2011). Việc kiểm soát bọ phấn trắng hiện nay được thực hiện chủ yếu bằng cách sử dụng thuốc diệt côn trùng, tuy nhiên đối với những cây trồng như cây sắn hoặc những cây không có giá trị kinh tế cao thì việc sử dụng thuốc bảo vệ thực vật là việc cần phải có sự lựa chọn và cân nhắc cho phù hợp với từng điều kiện.

 

Bên cạnh việc nghiên cứu tìm ra các giống sắn có khả năng chống chịu với bệnh khảm lá sắn thì các nghiên cứu về đặc điểm sinh học của bọ phấn trắng, các yếu tố sinh thái có ảnh hưởng và tác động trực tiếp đến mật độ bọ phấn trắng trên đồng ruộng cũng cần được chú trọng để đưa ra các giải pháp quản lý đồng bộ góp phần thúc đẩy sản xuất sắn bền vững.

Bọ phấn trắng truyền hai siêu vi gây bệnh khảm lá sắn kiểu hình “bipartite”

 Bọ phấn trắng truyền hai siêu vi gây bệnh khảm lá sắn kiểu hình “bipartite”

Nguồn: George G Kennedy, William Sharpee, Alana L Jacobson, Mary Wambugu, Benard Mware, Linda Hanley-Bowdoin. 2023. Genome segment ratios change during whitefly transmission of two bipartite cassava mosaic begomoviruses. Sci Rep.; 2023 Jun 21; 13(1):10059. doi: 10.1038/s41598-023-37278-8.

 

Bệnh khảm lá sắn do bọ phấn trắng truyền “begomoviruses”, mà chúng xuất hiện theo kiểu “co-infections” (đồng xâm nhiễm). Hai siêu vi này có genome kiểu “bipartite” (lưỡng cực); genomes có DNA-A và DNA-B that được gói trong những virions riêng biệt. Từng siêu vi xuất hiện trong cây sắn và vector “bọ phấn trắng” xuất hiện thành những quần thể chứa cả hai “segments” của hệ gen nói trên, chúng có thể xuất hiện ở nhiều tần suất khác nhau. Cả hai “segments” đều cần để sự nhiễm bệnh diễn ra, chúng phải được truyền đi để siêu vi lan rộng trên đồng sắn. Cây sắn bị nhiễm bệnh với “African cassava mosaic virus”, viết tắt là ACMV và/hoặc East African cassava mosaic Cameroon virus, viết tắt là EACMCV, trong đó, tỷ lệ giữa “DNA-A:DNA-B titers” khác nhau hoàn toàn giữa từng cây sắn, người ta sử dụng giá trị ấy để xem xét làm thế nào titers của hai “segments” trong cây sắn liên quan đến xác suất gây bệnh tương ứng của bọ phấn trắng; làm thế nào những titers của mỗi “segment” nhiễm bệnh được; sau đó, bọ phấn trắng mang nguồn bệnh này lan truyền trên đồng ruộng trồng sắn. Xác suất lây bệnh của mỗi “segment” của quần thể siêu vi Châu Phi ACMV không phản ánh được titers tương thích của chúng trong nguồn sắn bị bệnh này, nhưng quần thể siêu vi Cameroon EACMCV phản ánh rõ ràng điều đó. Tuy nhiên cả hai siêu vi biểu hiện tỷ lệ DNA-A:DNA-B bệnh lý do bọ phấn trắng mang đến khác biệt nhau tùy theo nguồn cây bệnh  và tỷ lệ truyền bệnh bởi bọ phấn trắng không khác với tỷ lệ có xác suất cao nhất lây nhiễm cả hai segments.

 

Xem https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/37344614/

 

Yếu tố phiên mã MebHLH18 và tính chống chịu của cây sắn

 Yếu tố phiên mã MebHLH18 và tính chống chịu của cây sắn

Nguồn: Wenbin Liao, Jie Cai, Haixia Xu, Yilin Wang, Yingjie Cao, Mengbin Ruan, Songbi Chen, Ming Peng. 2023. The transcription factor MebHLH18 in cassava functions in decreasing low temperature-induced leaf abscission to promote low-temperature tolerance. Front Plant Sci.; 2023 Feb 13; 13:1101821. 

 

Gốc ô xi tự do ROS (reactive oxygen species) là tín hiệu điều tiết sự rụng lá sắn khi phản ứng với stress. Tương quan giữa chức năng của yếu tố phiên mã của hệ gen cây sắn bHLH và sự rụng lá sắn khi phản ứng với stress nhiệt độ lạnh chưa được biết rõ. Ở đây, người ta ghi nhận MebHLH18, một yếu tố phiên mã (transcription factor: TF), có trong sự điều tiết rụng lá sắn khi bị kích thích bởi nhiệt độ lạnh. Biểu hiện của gen MebHLH18 mã hóa TF này gắn với sự rụng lá bởi nhiệt độ lạnh rất có ý nghĩa và mức độ của POD (peroxidase). Khi trời lạnh, mức độ các phân tử ROS của các giống sắn khác nhau biểu hiện rất khác biệt trong tiến trình rụng lá sắn bởi nhiệt độ thấp. Chuyển nạp gen cây sắn cho kết quả biểu hiện mạnh mẽ gen MebHLH18 giảm xuống đáng kể tỷ lệ lá rụng do nhiệt độ lạnh. Đồng thời, biểu hiện có tính chất tích hợp ấy đã làm tăng tỷ lệ lá rụng trong những điều kiện như nhau. Phân tích gốc ô xi tự do ROS cho thấy có một mối quan hệ giữa sự giảm tỷ lệ rụng lá bởi trời lạnh do gen MebHLH18 biểu hiện tốt và sự tăng lên của hoạt động chống ô xi hóa (antioxidant activity). Áp dụng GWAS, người ta thấy rằng có tương quan giữa biến dị tự nhiên của vùng promoter thuộc gen MebHLH18 và sự rụng lá bởi nhiệt độ lạnh. Bên cạnh đó, kết quả nghiên cứu còn ghi nhận có sự thay đổi của biểu hiện gen MebHLH18 bởi một biến thể của một nucleotide trong vùng promoter của gen đích. Sự biểu hiện rất cao của gen MebHLH18 dẫn đến sự gia tăng đáng kể hoạt động POD. Hoạt động POD gia tăng làm giảm đi sự tích tụ ROS ở nhiệt độ lạnh và tỷ lệ là sắn rụng cũng giảm. Như vậy, biến dị tự nhiên này ở vùng promoter của gen MebHLH18 làm tăng mức độ antioxidant khi xử lý lạnh và làm chậm lại diễn biến rụng lá bởi trời lạnh.

 

Xem https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/36860206/

 

Hình: Mức độ các ROSs (reactive oxygen scavengers) khác biệt có ý nghĩa trong các giống sắn về ty63 lệ lá rụng bởi trời lạnh. Hoạt tính của (A–C) Peroxidase (POD) (A), Superoxide dismutase (SOD) (B) và Catalase (CAT) (C) trong cây sắn khi trời lạnh. Chữ viết tắt CK-L: Leaf control; LT-L: Leaf treated at 4°C for 24 hours; CK-R: root control; LT-R: root treated at 4°C for 24 hours. Giá trị biểu hiện là mean ± standard error (n=40).

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/