|
 Đang trực tuyến :
14 |
|
 Số lượt truy cập :
33218664 |
|
|
|
|
|
Giống cỏ switchgrass cung cấp cái nhìn sâu sắc về sự tiến hóa thực vật
Thứ hai, 01-07-2019 | 07:54:35
|
|
Các nhà khoa học đã xác định được các bộ mã di truyền trong cỏ switchgrass có thể góp phần vào việc thu hoạch cỏ nhiều hơn trong khi làm giảm các điểm yếu của cây trồng tiềm năng. Ảnh: MSU.
Cỏ switchgrass hấp dẫn như một loại cây trồng năng lượng sinh học tiềm năng vì nó có thể phát triển trong nhiều năm mà không cần phải trồng lại. Yêu cầu phân bón ít hơn so với các cây trồng hàng năm điển hình như ngô, cỏ switchgrass có thể giữ nhiều nitơ, phốt pho và carbon trong đất, ngoài không khí và đường thủy của chúng ta. Nhưng không giống như ngô, việc nhân giống cỏ switchgrass cho các đặc điểm tối ưu vẫn còn ở giai đoạn đầu.
Giờ đây, với sự hợp tác của Phòng Năng lượng Hoa Kỳ, hay DOE, Viện nghiên cứu về Bộ Gen chung và Đại học Texas tại Austin, các nhà nghiên cứu của Trung tâm nghiên cứu năng lượng sinh học Great Lakes tại Đại học Bang Michigan đã xác định các bộ phận cụ thể mã di truyền trong cây trồng có thể góp phần vào thu hoạch cỏ nhiều hơn trong khi làm giảm các điểm yếu của cây trồng tiềm năng.
David Lowry, trợ lý giáo sư sinh học thực vật tại MSU và Thomas Juenger, giáo sư sinh học tổng hợp tại UT Austin, đã lãnh đạo một nhóm xác định các gen thúc đẩy sự phát triển của cỏ switchgrass trên các vùng khí hậu khác nhau và các loài thực vật này có thể được nhân giống bằng chỉ thị di truyền.
Ngoài ra, các nhà nghiên cứu còn phát hiện một số đặc điểm thích nghi trong cỏ switchgrass thường có thể được cải thiện mà không làm tổn hại đến sức khỏe thực vật theo những cách khác nhau.
Giống như nhiều loại thực vật đã được thuần hóa, cỏ switchgrass có nhiều giống thích nghi với các vùng địa lý khác nhau. Ở vùng cao phía bắc cỏ switchgrass thường sống trên các đỉnh núi và trong các khu vực thảo nguyên ở các bang như Nam Dakota, Michigan và Wisconsin. Giống này chống chịu được điều kiện lạnh và có thể sống sót qua các mùa đông khắc nghiệt.
Tuy nhiên, cỏ switchgrass ở phía bắc không phát triển lớn hoặc nhanh như kiểu sinh thái vùng đất thấp phía nam, ở các khu vực ẩm ướt, các khu vực đầm lầy từ Missouri và Kansas xuống Texas. Giống cây trồng phía Nam cũng có xu hướng chống chịu sâu bệnh tốt hơn và có thể chịu đựng tốt hơn các điều kiện khắc nghiệt như hạn hán và lũ lụt. Mặt khác, kiểu sinh thái ở phía nam không chống chịu được mùa đông lạnh, thường chết khi thời tiết lạnh giá.
Để cố gắng đạt được kết quả tốt nhất, Lowry, Juenger và các cộng tác của họ đã nghĩ ra một thí nghiệm được bố trí tại miền Trung Hoa Kỳ từ Texas đến Nam Dakota, để xác định những địa điểm nào có sự khác biệt giữa các giống thích nghi với khu vực lạnh phía bắc so với khu vực nóng phía nam.
“Chúng tôi quan tâm đến tần suất vị trí locus cải thiện quá trình phát triển của cỏ swichgrass ở một số địa điểm (nói ở phía nam) nghĩ về vấn đề chi phí hoặc sự phát triển cân bằng ở hai môi trường khác nhau của cỏ tại các địa điểm khác (nói ở phía bắc)," Juenger nói. "10 địa điểm được chọn chủ yếu để liên quan đến những người chúng tôi đã gặp hoặc đã có liên quan với cỏ switchgrass trong cùng một môi trường trong vài năm qua - và bao gồm sự phân bố theo vĩ độ của các loài. Chúng tôi đã thực sự cố gắng xây dựng các khu vực trồng trọt ngoài đồng như là tài nguyên của cộng đồng".
Đầu tiên, họ tạo ra con lai của hai giống, sau đó trồng chúng ở 10 địa điểm bao trùm toàn bộ khu vực địa lý. So sánh sự phát triển của các con lai với các giống bố mẹ ở mỗi địa điểm, các nhà nghiên cứu đã phân lập tác nhân di truyền của các kết quả có lợi bằng cách sử dụng một phương pháp gọi là xác định các locus điều khiển tính trạng (QTL mapping). Nói chung giống cỏ phía nam thì lớn hơn, vì vậy các nhà nghiên cứu thường nghĩ rằng vị trí loci của nó sẽ chịu trách nhiệm duy nhất cho việc tăng kích thước của những con lai. Đáng ngạc nhiên, thí nghiệm cho thấy rằng gen của cỏ switchgrass phía bắc cũng đóng một vai trò trong việc tăng sinh khối.
"Điều này có nghĩa là nếu chúng ta có thể kết hợp các bộ gen đó với nhau thông qua lai tạo, chúng ta thực sự có thể có được cây cỏ có năng suất cao hơn nhiều", Lowry nói. Thích ứng di truyền thường đi kèm với cân bằng hai hoàn cảnh môi trường đối lập nhau để đạt được sự kết hợp tốt nhất. Ví dụ, những tính trạng tạo ra sự thích nghi với sự khắc nghiệt của mùa đông ở miền bắc có thể gây ra cho cỏ thay đổi theo hướng giảm sự phát triển. Tương tự như vậy, sự thường thấy của các gen tăng trưởng ở những cây cỏ thích nghi ở miền Nam có thể làm giảm khả năng chịu lạnh của chúng.
Trong nghiên cứu này, các đặc điểm thuận lợi cho phát triển được thể hiện ở một khu vực của quốc gia mà không có đặc điểm khác bị giảm đi. "Điều đó cho chúng ta biết một chút về cách thích ứng hoạt động và làm thế nào nó có thể mang lại lợi ích cho nông nghiệp", Lowry nói. "Nếu chúng tôi có thể chọn trên các locus này, chúng tôi có thể nhận được lợi ích mà không mất nhiều chi phí".
Bởi vì họ đã bố trí nghiên cứu để bao quát một khu vực địa lý rộng lớn như vậy, nên nhóm có thể cô lập các kịch bản di truyền cùng có lợi này.
"Thông thường chỉ có hai điểm ngoài đồng liên quan đến các loại thí nghiệm này, nhưng chúng tôi có 10 điểm", Lowry nói. "Vì vậy, chúng tôi đã có một ý tưởng tốt hơn nhiều rằng có những vị trí locus này có chi phí thấp hơn nhiều liên kết với chúng".
"Chúng tôi đang nhận được những hiểu biết mới về cách thức cây trồng điều chỉnh trong các môi trường khác nhau", Lowry nói. "Hiểu cách thức cây cỏ thích ứng với miền Bắc Hoa Kỳ trái ngược với miền Nam Hoa Kỳ sẽ cho phép chúng tôi sử dụng kiến thức đó để cải thiện nó như một loại cây trồng nhiên liệu sinh học".
Nguyễn Thị Hương theo Phys.org |
Trở lại
In
Số lần xem: 1036
|
|
[ Tin tức liên quan ]___________________________________________________
|
(40).png "Giống cỏ switchgrass cung cấp cái nhìn sâu sắc về sự tiến hóa thực vật")
