Xác định cây có khả năng tái tổ hợp cao để làm giống

Xác định cây có khả năng tái tổ hợp cao để làm giống 

Bùi Anh Xuân theo Phys.org

Đối với chọn giống cây trồng, điều quan trọng là phải tạo ra càng nhiều tổ hợp các biến dị di truyền càng tốt trong một thời gian ngắn để chọn ra những ứng cử viên thích hợp nhất giữa những cây có nhiều đặc tính khác nhau.

 

Nhóm làm việc của Giáo sư, Tiến sỹ Benjamin Stich từ Đại học Heinrich Heine Düsseldorf (HHU) hiện đã phát triển một phương pháp sử dụng các biến thể tự nhiên để xác định những gì được gọi là "các cá thể có khả năng tái tổ hợp cao". Họ đã thử nghiệm phương pháp trong một thí nghiệm trồng lúa đại mạch quy mô lớn và trình bày trên Tạp chí Plant Biotechnology Journal.

 

Trong quá trình sinh sản hữu tính của các sinh vật, các gen của bố mẹ được cải tổ lại trong một quá trình được gọi là "tái tổ hợp". Kết quả là, bộ gen của đời con giống như một bức tranh khảm cấu tạo từ gen của bố mẹ. Sự kết hợp di truyền này làm phát sinh một tập hợp các đặc điểm cá nhân mới trong thế hệ con cháu, dẫn đến "kiểu hình" tương ứng của nó.

 

Để lai tạo các giống cây trồng mới, cần có càng nhiều phương án kết hợp di truyền càng tốt. Có những kiểu gen, ví dụ, sự sắp xếp lại bộ gen của chúng ở nhiều vị trí hơn những kiểu khác, làm tăng khả năng tạo ra sự biến đổi của chúng trong thế hệ con cháu. Các kiểu gen có đặc tính này được gọi là "tái tổ hợp cao".

 

Có thể chèn nhân tạo một đặc điểm như vậy vào bộ gen thực vật bằng kỹ thuật phân tử. Tuy nhiên, một nhóm các nhà sinh vật học từ Viện Di truyền Định lượng và gen Thực vật, HHU đã theo đuổi một cách tiếp cận khác. Họ đã phát triển một phương pháp xác định các kiểu gen có khả năng tái tổ hợp cao này trong số các biến thể của quần thể tự nhiên.

 

Federico A. Casale là tác giả đầu tiên của nghiên cứu, giải thích: "Ý tưởng chọn những cây có khả năng tự nhiên tái tổ hợp cao đã có từ 70 năm trước. Nhưng cho đến nay, điều đó đã không thể thực hiện được trong thực tế vì cần quá nhiều nỗ lực thử nghiệm để xác định đặc điểm này trong một số lượng rất lớn kiểu gen chỉ để tìm một vài kiểu gen tái tổ hợp cao".

 

Các nhà nghiên cứu ở Düsseldorf đã làm việc với 45 quần thể lúa đại mạch, mỗi quần thể có khoảng 100 thành viên. Họ đã kiểm tra khoảng 50.000 chỉ thị phân tử ở thế hệ con của những thành viên đó, điều này cho phép họ xác định cách bộ gen của bố mẹ được "trộn lẫn" trong thế hệ con cháu. Một trong những phát hiện chính của họ là mức độ trộn lẫn - sự biến thiên giữa các quần thể khác nhau - có thể thay đổi theo hệ số 2,5.

 

Họ cũng phát hiện ra rằng 90% biến thể tái tổ hợp ở thế hệ con cái có thể là do tác động của từng cá thể bố mẹ. Do đó, trong trường hợp một quần thể tái tổ hợp cao, rõ ràng là một hoặc cả hai bố mẹ của nó có khả năng tái tổ hợp cao và đã di truyền đặc điểm đó. Với kiến ​​thức này, có thể tạo giống cây trồng tăng khả năng tái tổ hợp.

 

Các nhà nghiên cứu cũng sử dụng một mô phỏng máy tính để xác định sự khác biệt trong tỷ lệ tái tổ hợp có thể được dự đoán với độ chính xác khoảng 80%. Phương pháp được sử dụng ở Düsseldorf giúp thiết kế các chương trình chọn giống hiệu quả hơn nhiều và do đó để đẩy nhanh sự phát triển của các giống cây trồng và vật nuôi mà không cần phải thay đổi bộ gen một cách nhân tạo.

 

GS. Stich nói về ý nghĩa của nghiên cứu này: “Ví dụ, để đảm bảo nguồn cung cấp lương thực của chúng ta khi đối mặt với biến đổi khí hậu, chúng ta cần các biến thể mới của các loại cây lương thực được trang bị tốt hơn để đối phó với các điều kiện môi trường mới và có thể tạo ra năng suất cao hơn. Với phương pháp mới của chúng tôi, giờ đây chúng tôi có thể lai tạo các kiểu gen tái tổ hợp cao một cách có hệ thống để sau đó tạo ra nhiều biến thể trong một thí nghiệm lai tạo để sau đó chọn ra những giống có triển vọng nhất từ nhóm đó”.