Khi hai dòng ngô thuần được lai với nhau thì một hiệu ứng thú vị xảy ra: Con lai có năng suất cao hơn một cách có ý nghĩa so với những cây bố mẹ. Các nhà khoa học tại Đại học Bonn đã điều tra một số giống lai khác biệt về mặt di truyền. Họ chỉ ra rằng con cái có nhiều gen hoạt động hơn so với cha mẹ gốc. Những kết quả này có thể giúp cho việc canh tác các giống ngô năng suất cao. Họ đã công bố trên tạp chí Current Biology.

Các nhà chọn giống cây trồng từ lâu đã biết rằng việc lai tạo từ các dòng thuần khác nhau có ảnh hưởng tích cực đến năng suất cây trồng. Tuy nhiên, nguyên nhân của việc này được gọi là "hiệu ứng của ưu thế lai" phần lớn là chưa rõ ràng. Giáo sư Frank Hochholdinger thuộc Viện nghiên cứu Khoa học Cây trồng và Bảo tồn Tài nguyên (INRES) tại Đại học Bonn giải thích: “Vì lý do đó, chúng tôi đã xem xét kỹ hơn về sự kết hợp giữa lai thuần và lai kết hợp một vài năm trước đây. Chúng tôi đã có thể chứng minh được rằng con lai có nhiều gen hoạt động hơn bố mẹ chúng. Tuy nhiên, vào thời điểm đó, chúng tôi không biết liệu nó có phù hợp với sự kết hợp cụ thể của cây bố mẹ hay là một cơ chế chung”.

Trong nghiên cứu hiện tại này, các nhà khoa học vì thế đã khảo sát không chỉ một, mà còn cả 6 tổ hợp lai khác nhau. Các dòng lai thuần bố mẹ liên quan đến nhau và phân bố đều khắp toàn bộ cây phát sinh trong cây ngô. Điều này gần giống như sự kết hợp một giống chó chồn với chó huấn luyện chăn cừu, tiếp sau đó là một chó lùn, mặt ngắn, và cuối cùng là một con chó tha mồi có lông đen hoặc vàng.

Jutta Baldauf từ INRES giải thích: “Chúng tôi đã phân tích những gen nào đã được sao chép trong các cây ban đầu (đầu dòng) và các cây con cái. Điều này đã được khẳng định những phát hiện của công trình trước đây của chúng tôi: Các giống lai thường chứa một số lượng lớn hơn các gen hoạt động so với bố mẹ chúng”.

Sự bổ sung có thể làm ngô có năng suất cao hơn

Những cây ngô có hai biến thể của mỗi gen, được biết như là các alen. Một trong những alen này có nguồn gốc từ mẹ, và một alen khác có nguồn gốc từ bố. Chúng thường không hoạt động  như nhau, với một biến thể được đọc nhiều hơn thường xuyên hơn so với biến thể khác. Một số alen thậm chí có thể được chuyển hướng khác một cách hoàn toàn.

Khi những dòng thuần được nhân giống nghĩa là chúng tự phối/tự thụ phấn qua nhiều thế hệ, hai alen của hầu hết các gen của chúng đều giống nhau. Điều này có thể dẫn đến một số gen không được phiên mã. Tuy nhiên, những gen này có thể hoạt động trong dòng thuần khác. Nếu những dòng thuần bố mẹ này được lai với nhau, các gen hoạt động của một bố mẹ bổ sung các gen không hoạt động của bố mẹ trong thế hệ con cái.

"Trung bình, chúng tôi tính toán thêm các gen hoạt động trong thế hệ con cái", Baldauf giải thích. Và không chỉ là một vài chi tiết khác: Các nhà khoa học đã đưa ra các gen di truyền đạt mức trung bình từ 500 đến 600 gen hoạt động bổ sung. Vật liệu di truyền của ngô bao gồm tổng cộng khoảng 40.000 gen. Giáo sư Hochholdinger nói: "Sự bổ sung các gen SPE, chữ viết tắt cho cụm từ" Single Parent Expression", có thể là một trong những yếu tố tại sao những con lai thể hiện tốt hơn so với bố mẹ của chúng.

Ngô có nhiều gen mà vẫn giữ nguyên không thay đổi trong hàng triệu năm. Những gen "cũ" này rất quan trọng đối với cây trồng mà các đột biến trong chúng có thể ảnh hưởng đáng kể đến hiệu suất của cây trồng. Ngược lại, hầu hết các gen SPE được phát triển sau đó trong quá trình tiến hóa. Chúng không có các chức năng quan trọng và do đó có thể hoạt động trong một dòng ngô thuần, nhưng không có trong các dòng khác. Nhiều trong số của chúng thuộc về một số nhóm gọi là các yếu tố phiên mã. Đây là những protein mà quy định hoạt động của các gen khác.

Những kết quả có thể tạo điều kiện thuận lợi cho việc trồng các giống ngô thể hiện tốt hơn trong thời gian trung hạn. "Với những gen SPE, chúng tôi cung cấp cho người trồng cây với các chỉ thị di truyền cho mục đích này", Hochholdinger nhấn mạnh điều này. "Có thể lựa chọn các đối tác lai tạo cụ thể trên cơ sở những chỉ thị này, điều này có thể dẫn đến những giống lai năng suất cao. " Đây là những điều vô cùng quan trọng đối với nhu cầu dinh dưỡng lâu dài của dân số thế giới ngày càng tăng. Các chuyên gia dự đoán sản lượng nông nghiệp sẽ tăng lên 70% vào năm 2050. Ngô là cây trồng có năng suất cao nhất hiện nay, nó đóng một vai trò đặc biệt quan trọng trong dinh dưỡng.

Nguyễn Thị Quỳnh Thuận theo Phys.org