1.1. Tổng quan về nghiên cứu bệnh bạc lá ở cây lúa
1.2.3. Tổng quan các phương pháp xác định candidate gene
Phương pháp này chọn lọc các candidate gene chủ yếu dựa trên các chức năng sinh học đã biết, trực tiếp hoặc gián tiếp điều chỉnh các quá trình phát triển của các tính trạng cần điều tra, tính trạng cần được xác nhận bởi đánh giá ảnh hưởng của biến thể gen gây bệnh trong phân tích liên kết
1.2.3.2. Phương pháp NBS-LRR (Nucleotide Binding Site-Leucine Rich Repeat)
Có rất nhiều lớp gen kháng mã hóa cho protein chứa một vị trí gắn nucleotide (nucleotide binding site) và đoạn lặp giàu leucine (leucine-rich repeats). Vùng NBS có liên quan đến tín hiệu, và chúng bao gồm các motifs có thứ tự chặt chẽ và tính bảo tồn cao, chẳng hạn như P-loop, kinase-2 và motifs Gly-Leu-Pro-Leu. LRRs là vùng cấu trúc có khả năng thích ứng cao chủ yếu ở tương tác protein-protein, và chúng có thể mở ra những đặc trưng kết nối rất khác nhau. LRRs đang làm thay đổi việc lựa chọn, trong khu vực này, các protein NBS-LRR không chỉ thiếu tính bảo tồn, mà còn đa dạng hơn so với dự kiến từ trôi dạt di truyền ngẫu nhiên. Clustering của NBS-LRR gen do sự sao chép song song và trùng lặp ngoài tử cung tiếp theo sắp xếp lại địa phương và chuyển đổi gen cũng là quá trình quan trọng ảnh hưởng đến sự phát triển của gia đình gen này
14
1.2.3.3. Phương pháp tin sinh học để xác định candidate gene gây bệnh
Với sự bùng nổ về thông tin di truyền và di truyền chức năng thông tin về gen, các phương pháp xác định gen gây bệnh đã nhanh chóng phát triển. Cơ sở dữ liệu bây giờ là rất cần thiết cho quá trình lựa chọn các candidate gene gây bệnh. Khi trình tự hệ gen được giải mã, việc xác định candidate gene trở nên dễ dàng hơn, tuy nhiên cũng chỉ với các gen đơn. Việc phân tích di truyền các tính trạng phức tạp vẫn còn là nhiệm vụ khó khăn, và hầu hết các gen quy định các bệnh do nhiều yếu tố vẫn chưa được phát hiện.
Ngày nay, cơ sở dữ liệu đã trở thành một nguồn cốt lõi cho cho các nhà săn gen. Các hệ thống thu hồi như Trung tâm Quốc gia về Thông tin ông nghệ sinh học của Entrez, Hệ thống thu hồi trình tự và Hệ thống thu hồi của Maarten cung cấp một sự truy cập dễ dàng và nhanh chóng vào một tập hợp các cơ sở dữ liệu thường xuyên được sử dụng. Trọng tâm chính của các hệ thống thu hồi là để lấy một tập hợp các cơ sở dữ liệu nhằm đáp ứng các thắc mắc của người sử dụng. Tích hợp các dữ liệu dựa trên bối cảnh di truyền, chẳng hạn như trong trường Đại học California, trình duyệt gen Santa Cruz và Ensembl, từng bước hình thành nên giao diện (ví dụ như EnsMart) mà trích xuất dữ liệu dựa trên vị trí nhiễm sắc thể, biểu hiện gen và bản chất gen. Việc làm giàu các candidate gen bệnh sử dụng các giao diện cơ sở dữ liệu, tuy nhiên, phụ thuộc nhiều vào kỹ năng hoạt động của các nhà nghiên cứu. Phương pháp khác đã được phát triển một cách hệ thống để phát hiện bộ dữ liệu cho hầu hết các candidate gene bệnh.
Để xác định candidate gene bệnh bằng các nguồn dữ liệu khác nhau, một số phương pháp đã được phát triển, chẳng hạn như Gene2Diseases (G2D).
Phương pháp này tạo ra khả năng kết hợp các dạng kiểu hình với các dạng chức năng thông qua các dạng hóa học. Phương pháp G2D gần đây đã được mở rộng với dữ liệu gắn trình tự được biểu hiện (expressed sequence tag - EST). Hệ thống mới này làm cho đầu vào kiểu hình cũng đã được cải thiện, nghĩa là làm giảm
15
những kiến thức lâm sàng có trước cần thiết để được nhập vào. Phiên bản mới của G2D thực hiện tốt hơn, chủ yếu là vì nhiều cơ sở dữ liệu hơn được sử dụng với bộ dữ liệu lớn hơn.
1.2.3.4. Ứng dụng candidate gene trong chọn tạo giống kháng bệnh bạc lá Bệnh bạc lá lúa, do vi khuẩn Xanthomonas oryzae pv. oryzae (Xoo), là một trong những bệnh của cây trồng nghiêm trọng nhất về kinh tế trên toàn thế giới.
Kiểm soát bằng hóa chất đã không còn hiệu quả, và sự phát triển của các giống kháng bệnh được xem là cách hiệu quả nhất để kiểm soát bệnh này. Sự phát triển các giống kháng bệnh sử dụng cả giống kháng theo chiều ngang và chiều dọc.
Giống kháng theo chiều dọc, kiểm soát bởi gen đơn chính, đặc hiệu với từng chủng và có thể bị phân hủy dễ dàng. Ngược lại, các giống kháng ngang, kiểm soát bởi đa gen, không đặc hiệu với các chủng và di truyền về mặt số lượng.
Việc thu được các dòng kháng bệnh bền vững cần hiểu sâu hơn về quy luật phân tử quy định các loại tính trạng số lượng. Một số QTLs cho tính kháng bệnh bạc lá được xác định sử dụng các quần thể khác nhau để lập bản đồ ở các điều kiện môi trường khác nhau nhằm tạo ra sự khởi đầu cho việc khai thác candidate gene. Tuy nhiên, việc tách dòng vị trí của một candidate gene thường yêu cầu có bản đồ tốt với quần thể lập bản đồ lớn. Sự sẵn có về trình tự của cả bộ gen lúa cung cấp một công cụ mới cho nhiệm vụ khai thác candidate gene, hoặc xác định chức năng phân tử của candidate gene.
Hiện nay, có hơn 39 gen ở các giống kháng có khả năng chống các chủng khác nhau của Xoo đã được xác định, và những gen này, đã được đặt tên theo thứ tự từ Xa1 đến Xa38(t). Dựa marker hình thái và phân tử, một số gen kháng bệnh bạc lá đã được lập bản đồ trên nhiễm sắc thể lúa. Ví dụ, các bản đồ bao gồm Xa1, Xa2, Xa12 và Xa14 trên nhiễm sắc thể 4, xa5 trên nhiễm sắc thể 5, Xa7 trên nhiễm sắc thể 6, xa13 trên nhiễm sắc thể 8, Xa3, Xa4, Xa10, Xa21, Xa22(t) và Xa23(t) trên nhiễm sắc thể 11 và Xa25(t) trên nhiễm sắc thể 12. Việc lập bản đồ
16
của những gen kháng này được khai thác thông qua chọn lọc có trợ giúp của marker trong chương trình nhân giống lúa.