Gen orf137 gây bất dục đực ở cây cà chua

Gen orf137 gây bất dục đực ở cây cà chua 

Nguyễn Thị Ảnh - Hcmbiotech, theo Sciencedaily.

Trong một nghiên cứu được công bố vào tháng 2 năm 2022 trên tạp chí Plant Physiology, các nhà nghiên cứu từ Đại học Tsukuba đã tiết lộ rằng gen orf137 chịu trách nhiệm cho một kiểu bất dục đực cụ thể ở cây cà chua và đã chứng minh cơ chế đằng sau nó.

 
Bất dục đực tế bào chất (CMS) là một đặc điểm mà thực vật không thể tạo ra hạt phấn hữu thụ. Đặc điểm này là kết quả của sự không tương thích giữa bộ gen của nhân tế bào và ty thể - "nhà máy điện" của tế bào mà từ đó năng lượng tế bào được tạo ra. CMS rất quan trọng đối với nông nghiệp, vì nó được sử dụng để sản xuất hạt lai F1 một cách hiệu quả - thế hệ đầu tiên là kết quả của việc lai giữa các kiểu bố mẹ khác nhau. Cơ chế kích hoạt CMS đã được nghiên cứu trên các cây ngũ cốc và được phát hiện là xảy ra với các gen liên quan đến CMS được mã hóa bởi bộ gen ty thể. Nhưng trước khi có nghiên cứu này, cơ chế này vẫn chưa được xác định ở cà chua.

"Các gen liên quan đến CMS đã được tìm thấy trong một số loại cây trồng như ngô, lúa mì và gạo, nhưng cho đến nay vẫn chưa xác định được gen nào trong cà chua", giáo sư Tohru Ariizumi, tác giả chính của nghiên cứu giải thích.

"Chúng tôi bắt đầu tìm kiếm những gen này bằng cách sử dụng mitoTALENS." MitoTALENs – các enzyme nuclease dạng nhân tố hoạt hóa phiên mã ty thể - gần đây đã phát sinh như một công cụ sáng tạo để chỉnh sửa bộ gen, cho phép phá vỡ có mục tiêu các gen trong bộ gen ty thể. MitoTALENs đã được sử dụng để phá vỡ một số gen ty thể liên quan đến CMS trong các loại cây trồng khác. Bằng cách so sánh khung đọc mở (ORF) của các giống cà chua CMS và hữu thụ, nhóm nghiên cứu đã xác định được gen orf13 liên kết với CMS, hiện diện chuyên biệt trong bộ gen ty thể của cà chua CMS.

Kết quả cho thấy mitoTALEN đã kích hoạt đột biến có mục tiêu (trong đó thông tin di truyền của sinh vật bị thay đổi thông qua việc tạo ra đột biến), gây ra đứt gãy sợi kép (DSB) xung quanh orf137. Cơ chế sửa chữa sau DSBs đã được chứng minh xảy ra thông qua sự tái tổ hợp tương đồng - con đường sửa chữa DSB để duy trì sự ổn định của bộ gen. Giáo sư Ariizumi cho biết: “Chúng tôi đã xác định được orf137 là gen liên quan đến CMS chịu trách nhiệm hoàn toàn cho kiểu hình bất dục đực của cây cà chua CMS”.

Kết quả của nghiên cứu này cung cấp cơ sở để phát triển một hệ thống lai tạo giống F1 hiệu quả qua việc sử dụng cây cà chua CMS mang gen orf137. Trong tương lai, hạt lai F1 của cà chua có thể được sản xuất bằng cách sử dụng côn trùng thay cho thụ phấn bằng tay hiện đang được sử dụng để giảm chi phí sản xuất hạt lai F1.