Biến đổi: Hoa anh thảo, loại cây trồng làm say mê Charles Darwin. Nguồn: Bộ Sưu tập Lịch sử John Innes.

Các nhà nghiên cứu đã biến đổi gen hoa anh thảo (Primula Vulgaris) lần đầu tiên trong một sự phát triển mà có thể làm sáng tỏ một trong những hệ thống sinh sản nổi tiếng nhất của thực vật.

Đời sống giới tính phức tạp của hoa Primula là một chủ đề lôi cuốn Charles Darwin và các thế hệ nhà di truyền học theo sau bởi vì đây là một trong những ví dụ điển hình nhất về sự phát triển hoa dị hình.

Heteromorphy (hay dị hình) là một hiện tượng trong đó thực vật biểu hiện hai hoặc ba dạng hoa riêng biệt dựa trên vị trí của bộ phận sinh dục đực và cái. Giờ đây, một số bí mật đã lẫn tránh Darwin có thể được tiết lộ sau thành công công nghệ sinh học được công bố bởi các nhà nghiên cứu từ Trung tâm John Innes, Đại học East Anglia (UEA) và Viện Earlham.

Công nghệ được được biết như chuyển đổi thực vật qua trung gian Agrobacterium (một loại vi khuẩn Gram âm) bao gồm sử dụng vi khuẩn đất để chèn hoặc sửa đổi gen trong bộ gen thực vật. Biến đổi gen là một công cụ có giá trị cho phép các nhà khoa học nghiên cứu chức năng gen và các đặc điểm kiểm soát di truyền ở sinh vật.

Đây là một phương pháp nghiên cứu thường xuyên được sử dụng trên các sinh vật mô hình như Nicotiana benthamiana và Arabidopsis thaliana để hiểu hoạt động phân tử của cây trồng. Tuy nhiên, những loài này không thể được sử dụng để nghiên cứu dị hình vì hoa của chúng đều đồng hình, có nghĩa là chúng có thể tự thụ phấn.

“Bây giờ chúng tôi có một hệ thống biến đổi, chúng tôi có thể sử dụng các công cụ chỉnh sửa gen như CRISPR-Cas9 để tìm ra chính xác chức năng gen điều khiển chứng dị hợp tử trong họ Primula”, Sadiye Hayta, thuộc Trung tâm John Innes nói.

“Về lâu dài, có thể có ý nghĩa đối với những cây trồng thương mại. Nếu chúng ta hiểu vai trò của các gen khác nhau này, chúng ta có thể đưa chúng sang cây trồng thương mại và sử dụng nó trong một hệ thống lai”, cô nói thêm.

Cho đến bây giờ các nỗ lực biến đổi Chi Anh Thảo đã không thành công vì cây trồng đã chứng minh khả năng chống lại sự tái sinh trong phòng thí nghiệm của toàn bộ cây từ nuôi cấy mô.

Các protocol chuyển đổi mới được báo cáo trong tạp chí đánh giá của chuyên gia trên kết quả công việc Plant Methods sẽ cho phép các nhà khoa học ngày nay nghiên cứu Chi Anh Thảo ở cấp độ phân tử.

Cây hoa là một trong những ví dụ nổi tiếng nhất về sự phát triển của hoa dị hình. Hệ thống sinh sản này thu hút không chỉ Darwin mà nhiều nhà di truyền học hàng đầu từ đầu những năm 1900 bao gồm William Bateson, giám đốc đầu tiên của Trung tâm John Innes và các đồng nghiệp JBS Haldane, Cyril Darlington và Dorothea de Winton.

Darwin, trong một bài báo cực kỳ ấn tượng năm 1862, đã tìm ra ý nghĩa chức năng của các thành tạo giải phẫu khác nhau: chúng làm cho các cây không tự tương thích. Đây là cách tự nhiên để thúc đẩy thụ phấn chéo để duy trì sự biến đổi di truyền trong quần thể, thúc đẩy chọn lọc tự nhiên.

Nghiên cứu cơ bản về dị hình đã vẫn tiếp tục. Trong một bài viết nghiên cứu vào năm 2016, trung tâm John Innes - Đại học East Anglia do Giáo sư Philip Gilmartin dẫn đầu đã xác định gen trội S-Locus kiểm soát dị tật như Darwin mô tả.

Như được trang bị kiến thức cơ bản này và một hệ thống biến đổi mới được công bố, các nhà khoa học có thể tìm hiểu sâu hơn về những bí ẩn của dị hình.

Đồng tác giả Mark Smedley, thuộc Trung tâm John Innes nói: “Không phải ngày nào bạn cũng làm việc trên một tờ giấy tham khảo Darwin. Đây là một câu chuyện cơ bản mà các nhà khoa học đã cố gắng làm sáng tỏ trong 200 năm”.

Giáo sư Philip Gilmartin của UEA có phòng thí nghiệm bắt đầu thực hiện sứ mệnh khoa học này hơn 20 năm trước, cho biết: “Sự phát triển của hệ thống biến đổi chi hoa Anh Thảo là một thành phần quan trọng trong nghiên cứu dài hạn của phòng thí nghiệm để xác định và mô tả các gen kiểm soát sự phát triển về hai dạng hoa chi Anh Thảo (Primula) được nghiên cứu bởi Charles Darwin”.

Đó là một phần của nghiên cứu sẽ được làm bởi sự phấn khích của Darwin. Hướng đến cuối sự nghiệp lừng lẫy của mình, tác giả của cuốn Nguồn gốc của các Loài đã nhận xét:

“Tôi không nghĩ bất cứ điều gì trong cuộc sống khoa học của tôi đã mang lại cho tôi rất nhiều sự hài lòng khi tìm ra ý nghĩa của cấu trúc của những cây này”.

Nguyễn Thị Quỳnh Thuận theo Phys.org