Nghiên cứu gần đây giải thích cách thức một số đặc điểm nào đó có thể truyền từ thế hệ này sang thế hệ tiếp theo – ít nhất là ở thực vật – mà không tuân theo các quy luật được thừa nhận của di truyền.

Các khoa học gia đã cho thấy rằng 1 loại enzim ở bắp chịu trách nhiệm cho việc đọc các thông tin từ DNA có thể gây ra những thay đổi ngoài mong đợi ở hoạt động gene – đây là 1 ví dụ về sự biểu sinh.

Biểu sinh ám chỉ đến những biến đổi ở bộ gene mà không trực tiếp gây ảnh hưởng đến các chuỗi DNA. Mặc dù một số bằng chứng đã cho thấy rằng các thay đổi biểu sinh có thể bỏ qua ảnh hưởng của DNA để tiếp tục từ thế hệ này sang thế hệ khác, nhưng đây là nghiên cứu đầu tiên cho thấy rằng tính di truyền biểu sinh này có thể lệ thuộc vào sự sinh sản chọn lọc.

Các nghiên cứu gia đã gây giống 10 thế hệ bắp và nhận thấy rằng một hoạt động gene đặc biệt vẫn tiếp tục từ thế hệ này sang thế hệ khác dù enzim đó có đang thực hiện chức năng hay không – có nghĩa là hành vi di truyền đặc thù không cần phải có đặc điểm gene này cũng vẫn có thể tiếp diễn.

Và các khoa học gia đã xác định rằng đó là do enzim này nhắm đến 1 mảnh DNA nhỏ - mảnh DNA này đã nhảy từ 1 khu vực của bộ gene đến 1 khu vực khác của bộ gene, đem lại sức mạnh cho đoạn DNA nhỏ đó để bật gene này một cách đáng kinh ngạc.

Gene đang được bàn đến này tác động đến việc tạo sắc tố ở cây bắp. Nhờ những thí nghiệm này mà các nghiên cứu gia có thể thay đổi loại bắp hạt vàng thành nhiều giống bắp hạt xanh bằng cách dung hòa hoạt động của gene này ở mỗi một cây bố.

Phó giáo sư Jay Hollick đến từ Trường Đại học Bang Ohio cho biết: “Gene này thay đổi biểu hiện của nó ở 1 kiểu biểu sinh và nó không theo những hành vi di truyền chuẩn mực. Hai nhân tố đó có nhiều ám chỉ sâu sắc không chỉ cho việc sinh sản mà còn cho quá trình tiến hóa”.

Người trồng trọt thường hy vọng có thể tạo ra những đặc điểm mong muốn theo những gì được cho là nguyên tắc di truyền Mendel: Con cái nhận 1 bản sao các gene từ mỗi một cây bố mẹ, và những đặc điểm gene tương ứng, hoặc những hình thức gene thay thế, điều này giúp dự đoán những đặc điểm nào sẽ biểu hiện ở thế hệ cây tiếp theo.

Tuy nhiên, các biến dị biểu sinh làm thay đổi khả năng tiên đoán hành vi gene đã làm phức tạp những dự tính đó.

“Những người trồng trọt săn lùng các đặc điểm mới lạ gây bắt mắt trên thị trường và họ thật sự không quan tâm đến nền tảng đó là gì, miễn sao họ có thể lấy được và nhân giống nó. Tính di truyền biểu sinh đem lại kết quả ngoài mong đợi, nhưng các kết quả nghiên cứu của chúng tôi cũng đem lại 1 cơ hội – nếu họ nhận ra biến dị mà họ đang tìm kiếm chính là kết quả của quá trình biểu sinh thì họ có thể tận dụng điều đó”, nghiên cứu gia Hollick cho biết.

“Chỉ việc biết được gene tương ứng này hoạt động ở kiểu biểu sinh này thì tôi có thể tạo ra các giống cây có màu sắc trọn vẹn hoặc không có màu sắc bởi vì tôi đang xử lý biến dị biểu sinh chứ không phải biến dị di truyền. Và dĩ nhiên, màu sắc chỉ là 1 đặc điểm có thể bị tác động”.

Với chuyên môn lâu dài về nền tảng phân tử cho hoạt động gene không mong đợi ở thực vật, Hollick đã nhắm đến 1 enzim có tên là RNA polymerase IV (Pol IV). Có rất nhiều loại RNA polymerase chịu trách nhiệm cho việc để biểu hiện gene di chuyển ở tất cả các tế bào, và Pol IV là 1 RNA polymerase bí ẩn ở thực vật để tạo ra các phân tử RNA nhỏ.

Pol IV đã khiến các khoa học gia phải rối trì vì mặc dù nó có sự bảo tồn mạnh mẽ ở tất cả các cây trồng nhưng nó có thể không có ảnh hưởng rõ rệt đến sự phát triển của Arabidopsis, đây là sinh vật mẫu chung ở ngành sinh học thực vật. Chẳng hạn, khi Pol IV bị xóa bỏ khỏi những cây này thì chúng cũng không thể hiện tín hiệu báo nguy nào.

Tuy nhiên, ở bắp, phòng thí nghiệm của Hollick trước đây đã phát hiện ra rằng việc không có Pol IV đã tạo ra nhiều vấn đề rõ rệt ở những cây này, như mọc hạt ở cờ chẳng hạn.

Hollick cùng các đồng sự đã quan sát thấy rằng những cây thiếu Pol IV còn không biểu hiện sắc tố nào ở hạt – có nghĩa là người ta mong đợi chúng có màu vàng.

“Bởi vì chúng tôi biết đặc điểm hạt mọc ở cờ này là do biểu hiện sai của 1 gene nên chúng tôi đã giả thuyết rằng đặc điểm sắc tố này có thể là do 1 nhân tố điều tiết sắc tố được biểu hiện ở 1 mô mà thông thường ở đó nó chưa bao giờ được biểu hiện. Phân tích phân tử cho thấy rằng đúng là như thế”.

Các nghiên cứu gia đã chọn những hạt tối màu và những hạt sáng màu từ rất nhiều thế hệ cây trồng và cho lai với những cây được lấy từ nhiều loại hạt khác nhau để tạo thêm nhiều thế hệ bắp mới.

“Chúng tôi nhận thấy rằng cờ bắp phát triển từ những cây đó thậm chí còn nhiều hạt sậm màu hơn và ít hạt nhạt màu hơn. Chúng tôi có thể tách những loại đậm và nhạt nhất để cho lai với nhau và tiếp tục tăng thêm sắc tố qua nhiều thế hệ”, ông cho biết. “Chúng tôi đã tạo ra nhiều giống hơn, những giống này có lượng sắc tố ngày một tăng”.  

“Về cơ bản, chúng tôi đang tạo ra 1 đặc điểm mới lạ, nhưng không phải bằng cách chọn lựa bất kỳ gene đặc biệt nào. Chúng tôi chỉ liên tục thay đổi tình trạng biểu sinh của 1 trong 2 bộ gene bố mẹ”.

Điều này khiến các khoa học gia thắc mắc lý do vì sao các gene tương ứng bị ảnh hưởng của gene tạo sắc tố lại hành xử theo cách này. Một nghiên cứu về các gene tương tự bị tác động này đã cho thấy sự có mặt của 1 transponson: đây là 1 mảnh DNA nhỏ đã nhảy từ khu vực này sang khu vực khác của bộ gene.

Do sự sắp xếp chuỗi của một số đoạn RNA nhỏ xuất phát từ hoạt động của Pol IV giống với sự sắp xếp chuỗi của các transposon này nên kết quả nghiên cứu này rất có ý nghĩa với các khoa học gia.

Hollick cho biết: “Hiện tại chúng tôi biết rằng Pol IV có liên quan đến việc điều tiết các transposon, cũng không có gì ngạc nhiên khi những gene gần các transposon được điều tiết bởi Pol IV”.

Dostdongnai theo Sciencedaily.