Thủ thuật ADN giúp tạo ra 100 giống cà chua khác nhau

Những “biến thể cấu trúc” gien này trở thành nền tảng cho sự đa dạng lớn giữa các giống cà chua, làm thay đổi hương vị, năng suất và hình thành những đặc điểm quan trọng khác.

Nghiên cứu hợp tác giữa Viện Y học Howard Hughes, Zachary Lippman và Đại học Johns Hopkins (JHU) là phân tích toàn diện nhất cho đến nay về biến thể gien cấu trúc cho một loại cây trồng quan trọng. Các nhà tạo giống và các nhà khoa học sẽ có thể áp dụng thông tin để nhân giống hoặc lai tạo các cây trồng mới với mong muốn đạt hiệu quả cao hơn.

Sự khác biệt quy mô lớn giữa các bộ gien, được gọi chung là các biến thể cấu trúc, có khả năng chịu trách nhiệm cho một loạt các đặc điểm mà các nhà lai tạo quan tâm, nhưng những yếu tố này rất khó nghiên cứu, khiến cho phần lớn nguồn gốc di truyền đa dạng cà chua không được giải thích. Công nghệ sắp xếp trình tự ADN mới cùng với công nghệ chỉnh sửa bộ gien mới gần đây đã giúp các biến thể cấu trúc dễ dàng phát hiện và nghiên cứu cách tác động đến đặc điểm của cây trồng.

Nhóm nghiên cứu đã sắp xếp trình tự và so sánh bộ gien của 100 giống cà chua khác nhau, bao gồm các giống khỏe phù hợp với nền nông nghiệp công nghiệp, truyền thống mọng nước và họ hàng hoang dã của cà chua. Trong các bộ gien đó, nhóm nghiên cứu đã xác định được hơn 230.000 biến thể cấu trúc.

Để hiểu rõ hơn về vai trò của các biến thể cấu trúc trong sự đa dạng, nhóm nghiên cứu đã chỉ ra rằng hàng nghìn gien đã được biến đổi bởi những thay đổi cấu trúc. Sau đó, các nhà khoa học sử dụng CRISPR – công cụ chỉnh sửa bộ gien có thể tạo ra các thay đổi được nhắm mục tiêu trong ADN – để cho thấy rằng sự sao chép của một gien cụ thể khiến cây cà chua tăng kích thước khoảng 30%.

Điều tra một biến thể khác, các nhà nghiên cứu đã theo dõi một gien chịu trách nhiệm về hương vị xông khói trong một số giống cà chua. Bằng cách xác định gien nguyên nhân và đột biến nguyên nhân của hương vị này, trong tương lai, các nhà lai tạo có thể có một mục tiêu chính xác hơn trong việc tăng hương vị xông khói hoặc cố gắng loại bỏ hương vị xông khói.

Và trong tập thí nghiệm thứ ba, các nhà nghiên cứu đã sử dụng CRISPR để tách một phản ứng phức tạp liên quan đến 4 biến thể cấu trúc có thể giảm thiểu sự đánh đổi có thể xảy ra giữa một tính năng đơn giản hóa việc thu hoạch cà chua và một tính năng khác làm giảm năng suất cà chua.

Hiểu cách các biến thể cấu trúc tác động đến cà chua – ngành công nghiệp trị giá 190 tỷ USD trên thế giới  – giúp các nhà tạo giống sức mạnh mới để cải thiện tính chất của cà chua và cho thấy các biến thể cấu trúc có thể ẩn trong bộ gien phức tạp của nhiều loại cây trồng quan trọng khác, như ngô, lúa và đậu tương.