Nghiên cứu bắt nguồn từ một khám phá được thực hiện hơn một thập kỷ trước bởi Simon Chan, Phó Giáo sư sinh học thực vật tại Khoa học Sinh học Đại học California, và các đồng nghiệp.

Thực vật, giống như các sinh vật hữu tính khác, thừa hưởng một bộ nhiễm sắc thể phù hợp từ mỗi bố mẹ. Để truyền một đặc điểm thuận lợi, chẳng hạn như khả năng chống chịu sâu bệnh hoặc hạn hán, cho tất cả con cái của chúng, cây sẽ phải mang cùng một biến thể di truyền trên mỗi nhiễm sắc thể. Nhưng việc tạo ra những cây giống thật theo cách này có thể mất nhiều thế hệ lai tạo.

Năm 2010, Chan và nghiên cứu sinh sau tiến sĩ Ravi Maruthachalam tình cờ phát hiện ra cách loại bỏ sự đóng góp di truyền từ một bên bố mẹ trong khi lai tạo cây Arabidopsis trong phòng thí nghiệm. Họ đã sửa đổi một protein có tên là CENH3, được tìm thấy ở tâm động, một cấu trúc ở trung tâm của nhiễm sắc thể. Khi họ cố gắng lai giữa cây Arabidopsis tự nhiên với cây CENH3 đã được biến đổi gien, họ nhận được cây có số lượng nhiễm sắc thể bằng một nửa bình thường. Một phần của bộ gien từ một cây bố mẹ đã bị loại bỏ để tạo ra cây đơn bội.

Công trình đó đã đặt ra những nỗ lực nhằm đạt được kết quả tương tự trên các loại cây trồng như ngô, lúa mì và cà chua.

Làm sáng tỏ một bí ẩn

Giáo sư Luca Comai, Khoa Sinh học Thực vật và Trung tâm Bộ gien Đại học California, tác giả chính của bài báo mới cho biết: Nhưng việc nhân rộng chiến lược chính xác của Chan bên ngoài cây Arabidopsis cho đến nay vẫn không có kết quả. Gần đây, các phòng thí nghiệm khác đã tạo ra thực vật có một bộ nhiễm sắc thể bằng cách điều khiển CENH3, nhưng không rõ các kết quả có liên quan như thế nào.

Comai cho biết: “Cơ sở cơ học của các tác động của CENH3 đối với sự cảm ứng đơn bội là rất bí ẩn. Dường như có những quy tắc khác nhau cho mỗi loài”.

Phần lớn bí ẩn đó giờ đã được làm sáng tỏ. Mohan Marimuthu, nhà nghiên cứu tại Trung tâm Bộ gien Đại học California và Khoa Sinh học Thực vật, cùng với Comai, Maruthachalam (hiện thuộc Viện Nghiên cứu và Giáo dục Khoa học Ấn Độ, Kerala) và các đồng nghiệp phát hiện ra rằng khi protein CENH3 bị thay đổi, nó sẽ bị loại bỏ khỏi ADN trong trứng, làm suy yếu tâm động.

Comai cho biết: “Trong các lần phân chia phôi thai tiếp theo, các tâm động thiếu CENH3 do trứng tạo ra không thể cạnh tranh với các tâm động giàu CENH3”.

Comai cho biết, phát hiện ra rằng bất kỳ sự suy giảm có chọn lọc nào của CENH3 đều tạo ra sự suy yếu của tâm động giải thích kết quả ban đầu của Chan và Maruthachalam cũng như các kết quả mới từ các phòng thí nghiệm khác trên lúa mì và ngô. Ông nói, kiến ​​thức mới này sẽ giúp tạo ra đơn bội ở cây trồng dễ dàng hơn.