Tin quốc tế
Tổng quan di truyền cây khoai lang (Ipomoea batatas Lam.)
(iasvn.org/ - 25/09/2020):

I. GENOME CÂY KHOAI LANG

Khoai lang (Ipomoeabatatas Lam.) là cây trồng lấy củ, thuộc họConvolvulaceae, có nguồn gốc từ Trung Mỹ và Nam Mỹ, trải rộng toànthế giới với đặc điểm là cây dễ trồng, hiệu quả năng suất trên đơnvị diện tích đất rất lớn so với những loài khác. Theo số liệu FAOnăm 2017, Trung Quốc sản xuất khoai lang lớn nhất với 72 triệu tấn,theo sau đó là các quốc gia châu Phi, như Malawi (5,5 triệu tấn),Tanzania (4,2 triệu tấn), Nigeria (4,0 triệu tấn).

Bản chất di truyền của khoai lang là lục bội thể (2n = 6x = 90)(n=15); rất phức tạp để tiếp cận với lĩnh vực genomics. Nó là dịlục bội thể (allohexaploid species), genome AABBBB, dẫn xuất từ sự laichéo giữa 2 loài: loài lưỡng bội AA với loài tứ bội BBBB, theo saulà hiện tượng doubling nhiễm sắc thể.

Giống khoai lang canh tác có 90 nhiễm sắc thể (2n=6X=90).Nguồn gốc của khoai lang vẫn còn đang được tranh cãi. Loài tổ tiênlà Ipomoea trifda và Ipomoea triloba.Chi Ipomoea cókhoảng 500–600 loài. Mười ba loài hoang dại có quan hệ di truyền gầnvới khoai lang canh tác được báo cáo. Ba loài của chi Ipomoea cókhả năng là tổ tiên của khoai lang trồng, i.e., loài lưỡng bội I. triloba (Agenome), loài lưỡng bội I.trifda (B genome), và loài tứ bội I. tabascana (Bgenome).

Kỹ thuật Pairedend (PE) reads được tích hợp bởi phần mềmSOAPdenovo2 r223 (Li et al. 2010), và đọc scafolding bằng mate pair(MP) reads nhờ phần mềm SSPACE2.0 (Boetzer et al. 2011). Kết quả tạora 77.400 scafolds với chiều dài tổng cộng là 513 Mb. Dòng 0431-1tạo ra 181.194 khung mang gen, với chiều dài tổng cộng của dòng Mx23Hmlà 712,2 Mb. Kích thước hệ gen của dòng Mx23Hm và dòng 0431-1 dựatrên kết quả phân tích k-mer frequency có giá trị tuần tự là515,8 Mb và 539,9 Mb. Tổng chiều dài của những trình tự mangtính chất ứng cử viên cứng của các gen cần thiết  là240 Mb (dòng Mx23Hm) và 353 Mb (dòng 0431-1). Số gen dựkiến có trong dòng Mx23Hm là 62.407 gen. Số gen dự kiến có trong dòng0431-1 là 109.449 gen. Cho dù những  assembled sequences không hoàntoàn ở mức độ nhiễm sắc thể, nhưng chúng đã góp phần vào nghiêncứu di truyền khoai lang rất lớn như những genome tham chiếu đầu tiên(Shirasawa et al. 2017; Si et al. 2016; Zhang et al. 2017).

II. DINH DƯỠNG DỰ TRỮ Ở CỦ KHOAI

Củ khoai lang (storage roots of sweet potato), là bộ phậnđược thu hoạch, có giá trị kinh tế và giá trị dinh dưỡng, nguồn cungcấp rất giàu β-carotene,những sợi dễ tiêu hóa, flavonoids, tinh bột, và những chất dinh dưỡngthiết yếu khác cho con người.

Phân tích dựa trên công cụ di truyền bao gồm 724.438 chỉthị SNP có độ tin cậy cao và 26.026 gen biểu hiện. Phân tích eQTL(expression quantitative trait locus) cho thấy có  4408 eQTLs điềutiết sự biểu hiện của 3646 gen, bao gồm 2261 eQTLs tại chổ (local) và2147 eQTLs mang tính chất distant. Hai điểm nóng của distant eQTL đượctìm thấy tại những gen đích làm giàu đáng kể sự phân chia chức năngchuyên biệt nhau. Kết hợp thông tin về phân tích mạng lưới điều tiết,eQTLs và bản đồ di truyền kiểu "association”, người ta thấy rằngIbMYB1- 2 hoạtđộng như một regulator điều hành và nó là gen chủ lực có chức nănghoạt hóa sự sinh tổng hợp anthocyanin trong củ khoai lang. Đây là thôngtin đầu tiên về kiến trúc di truyền của biến thiên trên toàn hệ gencủa khoai lang.

Nó có thể được dùng để nghiên cứu ảnh hưởng của cácbiến thể di truyền đối với những tính trạng nông học chủ chốt củacây khoai lang.

eQTL mapping được tiến hành với 88 mẫu giống khoai lang.PCA hiển thị 92,3% biến thể di truyền biểu hiện ra, được giải thíchbằng ba PC đầu tiên (principal components). Hai mẫu giống CRR022952 vàCRR022965 có độ lệch chuẩn 2,5 so với giá trị trung bình, nên bị loạira, còn lại 86 mẫu giống (n = 86)để thực hiện eQTL mapping.

III. CHỐNG CHỊU STRESS PHI SINH HỌC

III-1. stress mặn: Yu et al. (2020) đã tiến hành dòng hóagen IbPSS1, của hệgen khoai lang (Ipomoea batatas (L.)Lam.). Sự thể hiện mạnh mẽ của gen IbPSS1 trong hệ thống này đã làm giảm đángkể sự tích tụ ion Na+ trong tếbào rễ khoai lang. Kết quả này minh chứng vai trò quan trọng của IbPSS1 trongcải thiện tính chống chịu mặn của khoai lang chuyển gen. IbPSS1 điềukhiển tính chống chịu mặn của khoai lang, được kiểm soát bởiphosphatidyl serine làm tăng cường sự truyền tín hiệu Ca2+ trong rễ.

Kết quả nghiên cứu di truyền biểu sinh được Yang et al.(2020) tiến hành kỹ thuật deep sequencing. Họ xác định được phân tửmiRNA bảo thủ và phân tử miRNA mới phát sinh; khi cho cây khoai lang phơinhiễm trong nghiệm thức xử lý mặn và nghiệm thức đối chứng. Tổngsố 475 miRNAs được biết (thuộc 66 họ miRNA) và 175 miRNAs mới phát sinhđược xác định.  

III-2. stress khô hạn: Arisha et al. (2020) đã tiến hành phânlập những gen có liên quan đến cơ chế chống chịu khô hạn của khoai lang nhờtiếp cận với công nghệ NGS (next generation sequencing) và TGS(third-generation sequencing). Năm thư viện cDNA được hình thành từ sắc tố lákhoai lang khi cây còn non, với 30% dung dịch polyethylene glycol (PEG-6000)được xử lý trong vòng 0, 1, 6, 12, và 48 giờ đối với công nghệ SGS (second-generationsequencing). Mẫu lá được lấy ở lá thứ ba tính từ trên xuống sau khi cây nonđược xử 1, 6, 12, và 48 h dưới điều kiện stress khô hạn; để làm nên bộ thư việnphân tử cDNA phục vụ chạy TGS (third-generation sequencing). Tuy nhiên, mẫu lácủa nhưng cây chưa xử lý khô hạn cũng được thu thập làm đối chứng. Tổng số chạytrình tự 184.259.679 kết quả “clean reads” trong SGS và TGS. Sau đó, người tatổng hợp kết quả đọc trình tự lại thành 17.508 unigenes với độ dài phân tửtrung bình là 1.783 bp. Trong số 17.508 unigenes ấy, có 642 (3,6%) unigeneskhông hề khớp với bất cứ phân tử DNA đồng dạng nào (any homologs) trong nhữngcơ sở dữ liệu trước đó. Người ta có thể xem đây là những gen mới. Nghiên cứutranscriptome của một vài giống khoai lang chủ lực thông qua kỹthuật de novo transcriptomeassembly với việc sử dụng second và third-generation sequencing trên cơsở Illumina là tiến bộ vượt bậc trong nghiên cứu di truyền khoai lang.

IV. CHỐNG CHỊU STRESS SINH HỌC

IV-1. sùng khoai lang: Sùng khoai lang có chu kỳ sống là haitháng, khoảng 35 - 40 ngày trong những tháng mùa hè. Liao et al. (2020) tiếnhành nghiên cứu di truyền tính kháng sùng đục củ khoai lang (sweet potatoweevil; tên khoa học là Cylasformicarius). Đây là đối tượng gây hại rất nghiêm trọng cho canhtác khoai lang trên thế giới, làm củ khoai có vị đắng, có mùi hôi. Sùng khoailang tạo nhiều vết thương liên tục sẽ kích thích cây tiết ra phytohormones,bao gồm jasmonic acid, salicylic acid, và abscisic acid. Những phytohormones ấycó thể điều tiết theo kiểu “up” các gen điều khiển chlorogenic acid, đó làgen IbPAL, IbC4H  IbHQT, giúpquản lý sùng khoai lang trên đồng ruộng.

IV-2. virus gây bệnh khoai lang: Jo et al. (2020) đã thựchiện một nghiên cứu về virome (hệ gen của siêu vi)  trên cây khoailang thông qua sự tham chiếu của 10 thư viện khác nhau (libraries) từtám vùng trồng khoai lang ở Hàn Quốc, hai giống khoai lang được phântích RNA-Sequencing. Người ta xác định 10 loài siêu vi khác nhau xâmnhiễm cây khoai lang. Trong những loài siêu vi này, SPFMV  (sweetpotato feathery mottle virus) chiếm ưu thế trội, theo sau đó là siêu viSPVC (sweet potato virus C) và SPVE tại vùng trồng khoai lang Hàn Quốc.Người ta khảo sát 30 genomes của siêu vi thuộc tám loài virus. Mức độđột biến di truyền cao nhất trong SPFMV, tiếp theo đó là SPVC và SPVG.

Bên cạnh đó, Badnaviruses SPPV của khoai lang đã đượcnghiên cứu bởi Kreuze et al. (2020). Siêu vi tấn công khoai lang thuộcchi Badnavirus đượcxác định là sweetpotato pakakuy virus (SPPV). Họ đã giải trình tự đầy đủcủa toàn hệ gen siêu vi SPPV với hai mẫu phân lập khác nhau. Kết quảcho thấy sự hiện diện của virus mang tính chất phổ biến khắp nơi trêntoàn thế giới. Bệnh này lan truyền qua hạt giống và qua vết cắt.

V. CHỈNH SỬA GEN KHOAI LANG THEO HƯỚNG CẢI TIẾN PHẨM CHẤT TINH BỘT.

Chỉnh sửa gen thông qua hệ thống CRISPR/Cas9 là công cụrất mạnh để cải biên di truyền của một số loài cây trồng trong đócó khoai lang. Wang et al. (2019) tiến hành đánh giá hiệu quả của hệthống CRISPR/Cas9 đối với loài cây có củ, khoai lang (Ipomoea batatas),hai gen liên quan đến chu trình tổng hợp tinh bột: IbGBSSI (mãhóa men granule-bound starch synthase I), và IbSBEII (mã hóa menstarch branching enzyme II), là đích đến để điều chỉnh; trong giốngkhoai lang giàu tinh bột Xushu22 và giống khoai lang giàu carotenoid làgiống Taizhong 6. 

I. batatas được chuyển gen vào vector cóthuật ngữ chuyên môn là “binary vector”, trong đó, gen Cas9 đượcchuyển vào promoter AtUBQ của cây Arabidopsis, phân tử gRNA đượcđiều khiển bởi promoter AtU6 của Arabidopsis. Có tổng cộng 72 dòngXushu 22 và 35 dòng Taizhong 6 chuyển gen, được tái sinh thành công vàđược phân tích đột biến có chủ đích. Hiệu quả đột biến có chủđích đạt 62–92% với hình thức đột biến multi-allelic đối với cả haigiống thử nghiệm ấy. Hầu hết đột biến mang tính chất thay thếnucleotide (nucleotide substitutions) dẫn đến những thay đổi của trìnhtự amino acid,  những stop codons có tần suất thấp. Hơn nữa, nhữngchèn đoạn ngắn nucleotide hoặc mất đoạn ngắn đều được tìm thấy trêncả gen IbGBSSI và IbSBEII. Có 2658 bp mất đoạn được tìmthấy trong dòng chuyển gen IbSBEII. Hàm lượng tinh bột tổng sốkhông thay đổi có ý nghĩa trong dòng đột biến “knockout'’ gen IbGBSSIvà IbSBEII so với dòng wild-type làm đối chứng. Tuy nhiên, khoailang là cây dị đa bội (allopolyploid), nên knockout gen IbGBSSI làmgiảm xuống, trong khi knockout gen IbSBEII tăng lên hàm lượng amylosetrong củ khoai.  Kết quả chứng minh rằng công nghệ chỉnh sửa gentheo hệ thống CRISPR/Cas9 là công cụ rất hiệu quả để cải tiến phẩmchất tinh bột của củ khoai lang, và cải tiến giống cây có củ đa bộithể (Wang et al. 2019).

Chỉnh sửa gen qua hệ thống CRISPR/Cas9 là một cách mạnglớn trong sinh học cho phép nhà di truyền thao tác kỹ thuật loss hoặcgain of function của những gen đặc biệt nào đó để có tính trạng phẩmchất mong muốn của giống cây trồng (Jai et al. 2017; Yin et al. 2017). Kỹthuật knockout với hệ thống CRISPR/Cas9 khá đơn giản với độ chính xáccao (Komor et al. 2016; Nishida et al. 2016).

Khoai lang (Ipomoea batatas) có chu trình sinh tổng hợp tinhbột yêu cầu phải hội đủ  năm lớp (class) enzyme căn bản (coreenzymes), đó là ADP-glucose pyrophosphorylase (ADPG), starch synthases (SS),starch branching enzymes (SBEs), starch debranching enzymes (DBEs), vàgranule-bound starch synthase I (GBSSI), định vị tại chloroplast hoặc tạiamyloplast (Tetlow 2006).

GBSSI có chức năng sinh tổng hợp amylose. SBEs bao gồm SBEI(starch branching enzyme I) và SBEII (starch branching enzyme II), có chứcnăng sinh tổng hợp amylopectin (James et al. 2003). Ức chế gen GBSS bởiđồng ức chế hoặc RNA can thiệp (RNAi) cho kết quả: sản sinh ra hàmlượng tinh bột không có amylose (Kihara et al. 2007).

Thành công gần đây của chuyển nạp gen, bản đồ gen củahệ gen khoai lang đã mở ra cánh cửa để nghiên cứu các chức năng củagen nhờ hệ thống chỉnh sửa gen CRISPR/Cas9 (Wu et al. 2018).

 

 
Tin tức khác
Xây dựng quy trình và kết quả bước đầu khảo sát đa hình đơn nucleotide rs7228049 gen socs6 bằng phương pháp tetra-primer arms pcr trên quần thể người việt nam
Đặc điểm huyết học và tỷ lệ lưu hành gen bệnh tan máu bẩm sinh (thalassemia) ở phụ nữ độ tuổi sinh sản tại huyện Hà Quảng, tỉnh Cao Bằng
Trình tự gen của 300 giống có thể góp phần tạo ra khoai tây giàu dinh dưỡng, sạch bệnh và chống chịu thời tiết bất thuận
Khám phá con đường sinh học ở thực vật có thể được nhắm đến để chọn tạo giống cây trồng có khả năng chịu đựng tốt hơn
Khám phá con đường sinh học ở thực vật có thể được nhắm đến để chọn tạo giống cây trồng có khả năng chịu đựng tốt hơn
Thông báo
Thông báo đề xuất và đăng ký các nhiệm vụ khoa học công nghệ ứng dụng công nghệ sinh học thuộc "Đề án Phát triển công nghiệp sinh học ngành nông nghiệp đến năm 2030”
Thông báo chuẩn bị Hồ sơ đăng ký tuyển chọn – giao trực tiếp tổ chức, cá nhân thực hiện nhiệm vụ KHCN thuộc “Đề án Phát triển công nghiệp sinh học ngành nông nghiệp đến năm 2030”
Thông báo đăng ký thực hiện nhiệm vụ khoa học công nghệ trong khuôn khổ của Đề án Phát triển công nghiệp sinh học ngành nông nghiệp đến năm 2030”
Thông báo Đề xuất các nhiệm vụ khoa học công nghệ ứng dụng công nghệ sinh học
Thông báo tuyển chọn các tổ chức cá nhân chủ trì nhiệm vụ KHCN thực hiện từ năm 2023 thuộc “Đề án Phát triển Công nghiệp sinh học ngành nông nghiệp đến năm 2030” (danh mục nhiệm vụ KHCN ban hành kèm theo QĐ 1780/BNN-KHCN ngày 20/5/2022)
Văn bản mới
Thông báo đề xuất và đăng ký các nhiệm vụ khoa học công nghệ ứng dụng công nghệ sinh học thuộc "Đề án...
Ngày 22/8/2023, Bộ NN_PTNT ra QĐ Phê duyệt danh mục các nhiệm vụ KH&CN đưa vào tuyển chọn,...
Ngày 7/2/2023, Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn ra Quyết định sơ 435/QĐ-BNN-TCCB về việc Kiện toàn...
Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn thông báo giao trực tiếp tổ chức, cá nhân thực hiện nhiệm vụ KHCN...
Quyết định 490/QĐ-BNN-KHCN điều chỉnh cá nhân chủ trì đề tài thuộc “chương trình trọng điểm phát triển...
Quyết định phê duyệt danh mục nhiệm vụ khoa học và công nghệ đưa vào tuyển chọn, giao trực tiếp bắt đầu...
Về việc cấp bằng bảo hộ giống cây trồng mới (kèm danh mục)
Bổ sung 71 chỉ tiêu tuyển sinh đào tạo thạc sĩ năm 2011 cho Trường Đại học Lâm nghiệp
Về việc giao dự toán NSNN năm 2011(Kinh phí bổ sung sự nghiệp khoa học Công nghệ năm 2011- nhiệm vụ cấp...
Giao dự toán ngân sách nhà nước năm 2011 (đợt 4) Kinh phí xử lý sự cố đê điều năm 2011 (Phụ lục kèm theo)
Quyết định Kiện toàn Bân điều hành Đề án Phát triển công nghiệp sinh học ngành nông nghiệp đến năm 2030...
Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn thông báo mời các Bộ/ngành, địa phương, doanh nghiệp thuộc mọi...
Tài Liệu mới
Rút ngằn thời gian vi nhân giống lan hồ điệp
Công nghệ sinh học trong nông nghiệp
Ảnh hưởng của các yếu tố sinh học lên sự nảy mầm
Kỹ thuật trồng hoa lan Mokara
Liên kết Website
Vụ khoa học công nghệ và môi trường bộ NN và PTNT
Viện công nghệ sinh học
Bộ nông nghiệp vf phát triển nông thôn
Agbiotech Việt Nam
Báo Nhân Dân
Trung tâm Khuyến nông Quốc gia
Thống kê truy cập
Số người đang online: 35
Tổng số lượt truy cập: 2871232
Ngân hàng Nông nghiệp và phát triển nông thôn
Copyright © 2011 Văn phòng Công nghệ sinh học - Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn
Địa chỉ : Số 02 Ngọc Hà, Ba Đình, Hà Nội. Điện thoại : (024) 38436817 - Fax: (024) 38433637
Email: webmaster@agrobitotech.gov.vn. Web site: www.agrobiotech.gov.vn