Xác định gen tiềm năng chống chịu mặn trên cây lúa

Các nhà khoa học đã xác định được 4 miRNA tiềm năng tham gia vào quá trình chống chịu mặn trên cây lúa Đốc Phụng bằng công nghệ giải trình tự gen thế hệ mới.

TS. Nguyễn Đức Quân trao đổi với cộng sự tại phòng thí nghiệm. Ảnh: VAST

Đất nhiễm mặn là một vấn đề nghiêm trọng ảnh hưởng tới hơn 1,6 triệu ha đất trồng ở vùng đồng bằng sông Cửu Long và vùng duyên hải miền Trung ở Việt Nam. Với khả năng kiểm soát mức độ biểu hiện gen trong cây ở giai đoạn sau phiên mã, từ đó ảnh hưởng đến cơ chế chịu mặn của cây trồng, miRNA (RNA sợi đơn, không mã hóa) đang trở thành xu hướng nghiên cứu được nhiều nhà khoa học quan tâm.

Giải trình tự miRNA cho phép định lượng chính xác số lượng bản phiên mã để lập sơ đồ mức độ biểu hiện của toàn bộ miRNA, phát hiện các miRNA mới có khả năng kiểm soát mức độ biểu hiện của các gen sinh tổng hợp các protein có lợi cũng như đánh giá mối tương quan giữa mức độ biểu hiện các miRNA và các gen liên quan để tìm ra các miRNA có tiềm năng tăng sức chống chịu của cây trồng.

Theo thông tin từ Trung tâm Thông tin - Tư liệu (Viện Hàn lâm KH&CN Việt Nam), với mong muốn nâng cao khả năng chịu mặn trên cây lúa ở Việt Nam; TS. Nguyễn Đức Quân và cộng sự thuộc Viện Nghiên cứu hệ Gen (Viện Hàn lâm KH&CN Việt Nam) đã tiến hành dự án “Xác định và đánh giá các microRNA có tiềm năng nâng cao khả năng chống chịu mặn trên lúa (Oryza sativa L.) bằng phương pháp giải trình tự thế hệ mới”.

Trong nghiên cứu này, các nhà khoa học sử dụng công nghệ giải trình tự gen thế hệ mới để đưa ra đánh giá toàn diện về mức độ biểu hiện của miRNA trong cây lúa chuẩn kháng mặn Đốc Phụng và cây lúa chuẩn nhiễm mặn IR28 dưới tác động của muối. Mẫu thân và rễ của cây lúa chuẩn kháng mặn và chuẩn nhiễm mặn trồng trong điệu kiện bình thường và nhiễm mặn 150 mM NaCl được sử dụng làm nguồn vật liệu để lập thư viện miRNA và giải trình tự toàn bộ miRNA bằng nền tảng Illumina NexSeq. Kết quả giải trình tự miRNA giúp xác định được một nhóm các miRNA có tiềm năng và các gen đích kiểm soát tình trạng chịu mặn từ giống lúa bản địa của Việt Nam.

Cụ thể, các nhà khoa học đã đánh giá khả năng chịu mặn của hai giống lúa ở giai đoạn mạ trong điều kiện nhiễm mặn 150 mM NaCl trong năm ngày liên tiếp. Kết quả đánh giá các đặc điểm sinh lý và sinh hóa xác định rằng giống lúa Đốc Phụng sử dụng trong nghiên cứu là giống chuẩn kháng và giống IR28 là giống chuẩn nhiễm. Tiếp đó, nhóm nghiên cứu tiến hành giải trình tự miRNA từ thân và rễ của hai giống lúa. Kết quả thu được tám bộ dữ liệu có chất lượng tốt.

Hình ảnh cây lúa chuẩn kháng mặn Đốc Phụng (ĐP) và cây lúa chuẩn nhiễm mặn IR28 trong nghiên cứu. Ảnh: VAST

Qua quá trình sàng lọc và phân tích tin sinh, TS. Nguyễn Đức Quân và cộng sự đã xác định 04 miRNA tiềm năng tham gia vào quá trình chịu mặn trên cây lúa Đốc Phụng (bao gồm miR164d, miR168a, miR171h và miR398a). Đây là những miRNA tiềm năng tham gia vào quá trình thích ứng mặn trên cây lúa, thông qua việc can thiệp vào quá trình kiểm soát biểu hiện các gen đích là SPL (Squamosa Promoter-binding protein-Like) tham gia điều hóa quá trình sinh tổng hợp anthocyanin có tác dụng chất chống lại các gốc oxy hóa tự do, yếu tố phiên mã NAC21/22, protein kiểm soát biểu hiện gen và tăng trưởng AGO1, và SCL6-II tham gia kiểm soát quá trình phát triển của hệ rễ trong cây lúa Đốc Phụng bị nhiễm mặn.

Qua nghiên cứu, nhóm đã làm sáng tỏ hơn cơ chế chống chịu mặn của cây lúa nói chung và trên giống lúa chuẩn kháng Đốc Phụng ở cấp độ phân tử nói riêng. Bên cạnh đó, các bộ dữ liệu miRNA cung cấp một công cụ tiềm năng hỗ trợ rút ngắn thời gian nghiên cứu và phát triển các giống lúa chịu mặn mới có khả năng chống chịu mặn cao.

Kết quả nghiên cứu đã được công bố trên các bài báo như bài báoComparative analysis of microRNA expression profiles in shoot and root tissues of contrasting rice cultivars (Oryza sativa L.) with different salt stress tolerance trên PLOS One, bài báo Expression analysis of genes encoding salt induced transport proteins in two contrasting rice cultivars with different salt stress tolerance trên Academia Journal of Biology.

Với những kết quả đã đạt được, các nhà khoa học mong muốn tiếp tục nghiên cứu, đánh giá chuyên sâu về mức độ biểu hiện và chức năng các miRNA trong việc nâng cao khả năng chịu mặn trên cây lúa bằng các phương pháp in vitro để hoàn thiện kết quả và sớm thúc đẩy nghiên cứu và phát triển các giống lúa chịu mặn mới.

Khoahocphattrien