|
 Đang trực tuyến :
20 |
|
 Số lượt truy cập :
33338166 |
|
|
|
|
|
Tiến gần hơn đến nhân giống vô tính cây trồng
Thứ hai, 26-02-2024 | 13:28:40
|
|
Khi giao tử cái ở thực vật được thụ tinh, tín hiệu từ tinh tử sẽ kích hoạt sự phân chia tế bào, dẫn đến sự hình thành hạt giống cây mới. Sự hoạt động này cũng có thể được kích hoạt một cách có chủ ý mà không cần thụ tinh, như các nhà nghiên cứu của Đại học Zurich (UZH) đã chỉ ra. Phát hiện của họ mở ra con đường mới cho việc nhân giống vô tính cây trồng.
Hai giống cây mẫu cải xoong: bên trái là một giống lai lớn hơn khác biệt, bên phải là giống tiêu chuẩn cho nghiên cứu trong phòng thí nghiệm. Nguồn: Nicholas Desnoyer, UZH.
Hạt giống là sản phẩm cuối cùng của quá trình sinh sản thực vật. Dù trực tiếp là thực phẩm hay gián tiếp là thức ăn chăn nuôi, chúng đều cung cấp khoảng 80% lượng calo tiêu thụ của con người. Trong nhiều thiên niên kỷ kể từ khi con người lần đầu định cư, chúng ta đã nhân giống vô số giống cây trồng với những đặc điểm thuận lợi, chẳng hạn như tăng năng suất, cải thiện chất lượng, khả năng kháng sâu bệnh hoặc thích nghi với điều kiện bất thuận. Nếu có thể, nông dân sử dụng các giống lai, được tạo ra bằng cách lai hai dòng cận huyết và có khả năng chống chịu tốt hơn cũng như cho năng suất cao hơn các giống thông thường. Vấn đề là những đặc tính mong muốn này bị mất đi trong quá trình nhân giống và do đó, hạt giống lai phải được tái tạo hàng năm.
Tín hiệu có nguồn gốc từ tinh tử kích hoạt sự phân chia tế bào của giao tử cái
Nếu chúng ta có thể tìm ra cách nhân giống cây trồng bằng cách sinh sản vô tính thông qua hạt giống, được gọi là sinh sản vô giao, thì đó sẽ là một cuộc cách mạng hóa nông nghiệp. Nếu có thể bỏ qua quá trình phân chia giảm thiểu và thụ tinh của giao tử cái thì hạt giống được tạo ra sẽ giống hệt về mặt di truyền với cây mẹ. Do đó, các giống cây trồng có đặc tính mong muốn có thể được nhân giống dễ dàng hơn nhiều – dưới dạng nhân bản bằng hạt giống. Giờ đây, Ueli Grossniklaus và nhóm của ông tại Khoa Sinh học Thực vật và Vi sinh vật tại UZH đã tiến một bước gần hơn để đạt được mục tiêu này. Grossniklaus cho biết: “Trong cây cải xoong mô hình, chúng tôi đã phát hiện ra tín hiệu kích hoạt giao tử cái để hình thành hạt giống mới”.
Quá trình thụ tinh ở thực vật bao gồm hai sự kiện. Hai tế bào tinh tử hợp nhất với một giao tử cái - một tế bào tinh tử thụ tinh với trứng, từ đó phôi và cuối cùng là thế hệ tiếp theo được hình thành, trong khi tế bào còn lại hợp nhất với tế bào trung tâm, phát triển thành mô giống nhau thai cung cấp dưỡng chất cho cơ thể. phôi có chất dinh dưỡng. Cùng nhau, chúng phát triển thành hạt trưởng thành. Để quá trình thụ tinh thành công, tế bào tinh tử và giao tử cái phải ở cùng một giai đoạn của chu kỳ tế bào – nói cách khác, chúng cần “đồng bộ” với nhau.
Việc kích hoạt mục tiêu phân chia tế bào mà không cần thụ tinh sẽ mở ra những khả năng mới để giới thiệu sinh sản vô giao vào cây trồng, đặc biệt là ở các giống lai có khả năng phục hồi tốt hơn và năng suất cao hơn.
Đồng bộ hóa trước sự phân chia giao tử
Các nhà khoa học đã biết rằng các tế bào tinh tử trong cây cải xoong (Arabidopsis thaliana) đang trong giai đoạn chuẩn bị cho quá trình phân chia tế bào. Nhóm của Grossniklaus hiện đã chứng minh được rằng tế bào trứng không hoạt động cũng đang ở giai đoạn này. Mặt khác, tế bào nhân vẫn bị kẹt ở giữa giai đoạn trước, trong đó vật liệu di truyền được nhân đôi. Trong khi tế bào tinh tử và trứng ở trong cùng một giai đoạn chu kỳ tế bào, tế bào nhân trước tiên phải hoàn thành quá trình tổng hợp DNA sau khi thụ tinh trước khi quá trình phân chia đầu tiên có thể bắt đầu.
Sự gián đoạn trong chu kỳ tế bào này là do một protein trong tế bào nhân chưa bị phân hủy hoàn toàn và do đó vẫn còn tồn tại. Khi tinh tử thụ tinh với giao tử này, nó sẽ đưa ra protein cyclin, sau đó kích hoạt quá trình phân hủy protein ức chế. Chỉ khi đó tế bào nhân mới có thể hoàn thành quá trình tổng hợp DNA và chuyển sang giai đoạn tiếp theo của chu kỳ tế bào. “Lần đầu tiên, chúng tôi đã tìm ra được cơ chế phân tử về cách tín hiệu được truyền từ tinh tử đến giao tử cái để chuyển nó ra khỏi trạng thái không hoạt động. Nó báo hiệu cho tế bào nhân rằng quá trình thụ tinh đã thành công và quá trình phân chia tế bào hiện có thể diễn ra”, tác giả chính Sara Simonini cho biết.
Cấu trúc hạt với một tế bào nhân lớn ở giữa (nhân tế bào màu vàng) được bao quanh bởi mô của cây mẹ (màu tím). Tế bào nhân trưởng thành (trái) ở trạng thái không hoạt động cho đến khi quá trình thụ tinh kích hoạt lại chu kỳ tế bào và nhân tế bào phân chia (phải) để hình thành mô dinh dưỡng. Nguồn: Sara Simonini, UZH.
Sinh sản vô tính ở cây trồng
Nếu cải xoong được biến đổi gen để các tế bào nhân tự sản xuất ra protein cyclin, chúng sẽ bắt đầu phân chia ngay cả khi không thụ tinh. “Bây giờ chúng tôi có thể cố tình hoạt hóa sự kích hoạt này trong trường hợp không có sự thụ tinh. Điều này mở ra cơ hội đưa sinh sản vô giao vào cây trồng, đặc biệt là ở các giống lai có khả năng phục hồi tốt hơn và tạo ra năng suất cao hơn các giống bình thường”, Grossniklaus cho biết. Nếu sinh sản vô giao có thể được khai thác trong cây trồng, thì hàng triệu nông dân quy mô nhỏ ở Nam bán cầu lần đầu tiên sẽ có thể trồng các giống lai mà hạt giống của chúng có thể được để dành cho lần gieo tiếp theo.
|
Trở lại
In
Số lần xem: 169
|
|
[ Tin tức liên quan ]___________________________________________________
|
(219).png "Tiến gần hơn đến nhân giống vô tính cây trồng")
(205).png "Tiến gần hơn đến nhân giống vô tính cây trồng")
