Giống khoai tây tốt hơn nhờ cải thiện từng gen một

Nguồn: Shea Topel.

Chọn giống khoai tây là cơn ác mộng đối với các nhà chọn giống cây trồng. Hầu hết các loài cây đều có những đặc điểm giống với cây bố mẹ, nhưng khoai tây thì khác. Những củ khoai tây chúng ta ăn có bốn bản sao của mỗi gen và có mức độ biến dị di truyền rất cao, vì vậy rất khó dự đoán con lai của hai cây khoai tây sẽ có đặc điểm như thế nào. Các nhà chọn tạo giống cây trồng thường phải gieo trồng hàng nghìn cây không đạt yêu cầu chỉ để tìm được một số ít ứng viên tiềm năng cho một dòng khoai tây mới.

Một nghiên cứu mới được công bố trên tạp chí The Plant Genome đã đưa ra một giải pháp rút ngắn quy trình này. Một nhóm các nhà chọn tạo giống khoai tây đến từ nhiều trường đại học trên khắp nước Mỹ đã phát triển 97 dòng khoai tây có sẵn cho công chúng, trong đó mỗi gen chỉ có hai bản sao. Điều này sẽ giúp các nhà chọn tạo giống dễ dàng hơn trong việc lựa chọn những ứng cử viên tốt nhất để phát triển các dòng khoai tây mới.

Mặc dù cây khoai tây có thể ra hoa và tạo hạt, phần lớn khoai tây thương mại được trồng theo phương pháp nhân giống vô tính, bằng cách trồng các cành giâm từ phần củ khoai tây. Nguồn: Shea Topel.

Khoai tây đóng vai trò quan trọng trong ẩm thực và văn hóa trên khắp thế giới, đồng thời cũng rất bổ dưỡng nhờ chứa nhiều protein, chất xơ, kali, vitamin C và các chất chống oxy hóa. Đây là loại cây rau được trồng phổ biến nhất trên thế giới. Khi môi trường thay đổi và thị hiếu của người tiêu dùng ngày càng đa dạng, ngành khoai tây sẽ luôn cần phát triển những giống mới để đáp ứng nhu cầu. Tuy nhiên, việc tạo ra các giống khoai tây mới là quá trình phức tạp và có thể tốn nhiều thời gian.

Vì hầu hết các giống khoai tây thương mại có bốn bộ nhiễm sắc thể, việc dự đoán cách các tính trạng di truyền được truyền từ thế hệ này sang thế hệ khác là rất khó. Điều này cũng khiến những đột biến gen bất lợi cho cây khoai tây dễ dàng tích tụ theo thời gian. Để tránh sự phức tạp về mặt di truyền của khoai tây, người ta thường nhân giống chúng bằng phương pháp vô tính, trong đó các cành giâm từ những cây khoai tây cũ được trồng để tạo ra vụ mùa mới. Tuy nhiên, phương pháp này lại tạo thêm nhiều vấn đề là bệnh có thể dễ dàng lây lan thông qua hình thức nhân giống này, và quá trình tạo ra một giống khoai tây có những tính trạng mong muốn có thể kéo dài vô cùng lâu. Các nhà chọn tạo giống luôn tìm cách rút ngắn thời gian đưa giống mới ra thị trường, đặc biệt khi có rất nhiều tính trạng cần cân nhắc trong quá trình phát triển một dòng khoai tây mới. Khoai tây phải có hình thức đẹp đối với người tiêu dùng, bảo quản tốt và tất nhiên, phải ngon. Một cây khoai tây chỉ có hai bộ nhiễm sắc thể sẽ đơn giản hơn rất nhiều trong việc chọn giống, sản xuất hạt giống, vận chuyển, bảo quản và duy trì tình trạng không nhiễm bệnh.

Trong nghiên cứu này, các nhà khoa học đã phát triển những dòng khoai tây mới, mỗi dòng chỉ có hai bộ nhiễm sắc thể. Để thực hiện điều đó, các nhà chọn giống đã lai 58 giống khoai tây- bao gồm khoai tây đỏ, khoai tây russet, khoai tây vàng và khoai tây tím - với một loại cây khoai tây đặc biệt có khả năng làm cho đời con chỉ mang một nửa số lượng gen so với cây bố mẹ. Những cây con này có thể trở thành nền tảng cho các chương trình chọn giống mới. Từ 58 giống khoai tây ban đầu, các nhà nghiên cứu đã phát triển được 97 dòng mới có thể sử dụng để sản xuất khoai tây làm khoai tây chiên lát, khoai tây chiên kiểu Pháp hoặc dùng để ăn tươi.

Để tối đa hóa giá trị của nghiên cứu, nhóm nghiên cứu cũng đã giải trình tự DNA của các dòng khoai tây mới, qua đó cung cấp một nguồn dữ liệu quý giá về di truyền học khoai tây cho các nhà chọn giống và các nhà nghiên cứu. Công trình này có phạm vi ảnh hưởng từ Mỹ đến Trung Quốc và Châu Âu, góp phần vào nỗ lực cải thiện giống khoai tây trên quy mô toàn cầu.

Các kết quả ban đầu cho thấy những dòng khoai tây mới này có mức độ đa dạng di truyền cao khi so sánh với các giống khoai tây trồng chủ lực khác. Điều này có nghĩa là các nhà chọn giống sẽ có nguồn vật liệu di truyền phong phú để sử dụng nếu muốn đưa những tính trạng mới vào các dòng khoai tây của mình. Ngoài ra, những giống khoai tây mới này chứa phần lớn các gen cần thiết để giúp đẩy nhanh quá trình chọn giống đối với những tính trạng quan trọng. Tuy vậy, các dòng mới vẫn chưa hoàn hảo. Nhiều dòng trong số đó yếu hơn khoai tây thông thường, cho năng suất thấp hơn và có khả năng vẫn mang một số gen bất lợi. Nhưng đây là một bước khởi đầu đầy hứa hẹn đối với các nhà chọn giống khoai tây trên toàn thế giới.

Hơn nữa, các nhà nghiên cứu có thể kết hợp thông tin di truyền đã thu thập được với những kỹ thuật chọn giống để từng bước loại bỏ các gen bất lợi có thể khiến cây khoai tây sinh trưởng kém hoặc củ khoai tây không ngon.

Nghiên cứu này có thể cung cấp cho các nhà khoa học và người nông dân những công cụ mới để đưa ra thị trường các giống khoai tây chất lượng cao, có khả năng thích ứng với biến đổi khí hậu và thơm ngon.

Nguyễn Tiến Hải theo Sciencesocieties.org