Sự đa dạng di truyền của ngô hiển thị trong nghiên cứu hệ gene mới
Một tập hợp hệ gene ngô gồm 26 dòng di truyền khác nhau đã vẽ ra một bức tranh về sự giàu có trong đa dạng sinh học và có thể giúp hiểu tốt hơn về vai trò của cơ chế di truyền với xu hướng đem lại những vụ mùa thu nhập cao cho người nông dân.
Matthew Hufford, tác giả thứ nhất của nghiên cứu này, phó giáo sư về tiến hóa và sinh học sinh vật tại trường đại học Iowa
Bản đồ 26 hệ gene được nêu một cách chi tiết trong một bài báo xuất bản trên tạp chí Science 1 “De novo assembly, annotation, and comparative analysis of 26 diverse maize genomes” (Tập hợp de novo, chú giải, và so sánh 26 hệ gene ngô khác nhau).
Matthew Hufford, tác giả thứ nhất của nghiên cứu này, phó giáo sư về tiến hóa và sinh học sinh vật tại trường đại học Iowa, cho biết các hệ gene này sẽ giúp các nhà khoa học ráp các mảnh lại với nhau thành vấn đề về di truyền của ngô. Việc sử dụng những hệ gene mới này như điểm tham chiếu, các nhà khoa học cây trồng có thể lựa chọn được các gene tốt hơn như việc dẫn đến những vụ mùa bội thu hay cây có sức chống chịu với môi trường. “Nó cho phép anh có được nhiều thông tin chính xác hơn về những gì định hướng sự biến dị trong đặc tính của cây”, Hufford nói. “Nếu một nhà lai tạo thực sự muốn lựa chọn biến dị đúng để tạo ra các đặc tính mà họ quan tâm, họ chỉ có một cái nhìn lờ mờ về di truyền có thể là nguyên nhân của biến dị trong đặc tính của cây, do đó họ thực hiện mà như bị ‘trói chân, trói tay’. Chúng tôi đang trao cho họ nhiều thông tin để thực hiện sứ mệnh của mình”.
Hệ gene ngô đầu tiên được lập bản đồ là dòng di truyền B73, một dòng được phát triển tại Iowa. Patrick Schnable, giám đốc của Viện nghiên cứu cây trồng ISU; Doreen Ware, phó giáo sư Phòng thí nghiệm Cold Spring Harbor và nhà nghiên cứu của USDA, dẫn dắt dự án nghiên cứu tập hợp hệ gene này, vốn hoàn tất vào năm 2009. Kể từ đó, B73 được coi như một hệ gene tham chiếu chính của ngô, và trong một vài năm gần đây được bổ ung thêm một số thông tin về di truyền mới khác. Điều đó có nghĩa là vẫn còn giới hạn về giải trình tự di truyền trong những hệ gene ngô khác trong dòng B73. “Dù hệ gene đầu tiên là vô giá, cung cấp một danh sách những phần ban đầu và một phần sơ đồ sắp xếp, chúng tôi biết rằng nó vẫn chưa thực sự hoàn thiện”, Ware nói. “Rất quan trọng để phát triển những tham chiếu hệ gene khác để hiểu về kiến trúc di truyền đóng vai trò cơ bản về các đặc tính cần thiết cho trồng trọt”.
Nhưng 26 hệ gene được lập bản đồ trong nghiên cứu mới bao gồm một phạm vi rộng của đa dạng di truyền, từ ngô tẻ đến ngô ngọt để gieo trồng trên nhiều điều kiện địa lý và môi trường khác nhau. Điều này đem lại nhiều dữ liệu tham chiếu cho các nhà khoa học kết hợp di truyền ngô với nhiều mục tiêu, ví dụ như hiệu suất thu hoạch cao hơn.
Đa dạng di truyền đối diện với thách thức
Hufford cho biết, nghiên cứu về đa dạng di truyền của ngô cho thấy rất nhiều rào cản để tập hợp các hệ gene mới. 85% hệ gene ngô được tạo ra từ các yếu tố có thể chuyển đổi, hoặc các mẫu hình lặp lại trong hệ gene. Hufford so sánh các yếu tố có thể chuyển đổi đó như một trò chơi xếp hình, trong đó phần lớn nhất của các miếng ghép chỉ có một màu đơn nhất. Tất cả sự sao chép đó khiến khó khăn để xác định các phần vừa khít với nhau như thế nào. “Nếu anh không tìm ra một màu độc nhất hoặc hình dạng có thể nói với anh nơi đặt miếng ghép, anh sẽ chìm nghỉm trong sai hỏng”, Hufford nói. “Nhưng nếu anh có những miếng ghép lớn hơn với các đặc điểm độc nhất vô nhị, quá trình sau đó đơn giản hơn”.
Sự tiên tiến về mặt công nghệ đem lại nhiều công cụ cho các nhà khoa học vượt ra được những rào cản đó, Hufford nói. Các công nghệ giải trình tự mới cho phép đọc những đoạn trình tự dài hơn, điều đó có nghĩa là những miếng ghép của bức tranh xếp hình lớn hơn và có xu hướng chứa nhiều manh mối hơn cho phép các nhà khoa học sắp xếp chúng một cách thích đáng.
Công nghệ mới thậm chí có thể cho phép tập hợp được một toàn thể hệ gene (pangenome), hoặc một hệ gene tham chiếu chứa tất cả các đa dạng di truyền hiện diện trong ngô, Hufford nói. Ông gọi đây kaf một nỗ lực “tiên phong mới” của nhánh nghiên cứu này.
Nghiên cứu này do Chương trình nghiên cứu về hệ gene cây trồng của Quỹ Khoa học Mĩ tài trợ, thu hút 46 nhà nghiên cứu từ Hufford, các thành viên phòng thí nghiệm của Jianming Yu tại trường đại học Iowa và nhiều viện nghiên cứu khác, trong đó có MaizeGDB, một cơ sở dữ liệu hệ gene do USDA tài trợ đặt tại bang Iowa, các nhà nghiên cứu chính tại nhóm nghiên cứu của Kelly Dawe tại trường đại học Georgia,…
Anh Vũ tổng hợp
Nguồn: https://phys.org/news/2021-08-corn-genetic-diversity-genome.html
https://scitechdaily.com/the-secret-history-of-corn-and-its-jumping-genes-revealed-in-its-genome/
——-
1. https://science.sciencemag.org/content/373/6555/655
