Nghiên cứu mới xác định và phát hiện sớm sự già hoá của hạt giống

Sự già hoá là một phần của cuộc sống, đối với thực vật cũng không ngoại lệ. Hạt giống được bảo quản trong các ngân hàng gen lưu trữ. Người nông dân, các nhà nghiên cứu, nhà bảo tồn và những người khác có thể tiếp cận sử dụng hạt giống trong ngân hàng gen làm nguồn vật liệu để nhân giống. Nhưng để nguồn vật liệu trong ngân hàng gen hữu ích cho người trồng trọt, hạt giống được lưu trữ trong ngân hàng gen phải còn sức sống sau khi thu hoạch. Khi những hạt được lưu trữ trong kho bắt đầu già đi, sức nảy mầm của hạt cũng giảm theo thời gian. Vì vậy các ngân hàng gen phải liên tục theo dõi các hạt giống được lưu trữ để đảm bảo chúng không bị già quá 'hạn sử dụng' và mất khả năng nảy mầm.

Trong một nghiên cứu mới, các nhà nghiên cứu đã đo thành công quá trình già hóa của hạt đậu tương được bảo quản bằng cách kiểm tra tính toàn vẹn của RNA trong hạt. Axit ribonucleic (RNA) là một axit nucleic có trong tất cả các tế bào sống. Vai trò chính của nó là hoạt động như một sứ giả mang các thông tin từ DNA để kiểm soát quá trình tổng hợp protein. Phương pháp mới nhanh hơn và sử dụng ít nguồn vật liệu hơn so với việc kiểm tra xem hạt được lưu trữ có nảy mầm khi trồng hay không, "tiêu chuẩn vàng" hiện nay để đo tuổi hạt và khả năng sống sót.

Thử độ nảy mầm của hạt đậu nành. Nhóm nghiên cứu phát hiện ra rằng việc đo lường tính toàn vẹn của RNA đã phát hiện ra quá trình già hoá trong hạt đậu nành sớm hơn nhiều so với việc sử dụng kiểm tra nảy mầm của hạt. Nguồn Lisa Hill.

Nghiên cứu  được công bố trên  tạp chí Crop Science của Hiệp hội Khoa học Cây trồng Hoa Kỳ.

Christina Walters tác giả chính của nghiên cứu cho biết: “Chúng tôi có thể phát hiện những thay đổi về tuổi hạt giống bằng cách đo tính nguyên vẹn của RNA sớm hơn khoảng năm lần chỉ sử dụng một phần nhỏ hạt giống so với lượng hạt  mà người ta sẽ sử dụng để kiểm tra sự nảy mầm”. Walters là nhà nghiên cứu tại Phòng thí nghiệm quốc gia USDA-ARS về bảo tồn nguồn gen ở Fort Collins, Colorado.

Thử nghiệm nảy mầm cũng có thể tốn kém và cần nhiều nhân lực. Walters nói: “Số lượng lớn hạt giống đơn giản là không có đủ nguồn lực để thử nghiệm và tái tạo hạt giống một cách không cần thiết. Nhưng thời gian chờ đợi quá lâu giữa các lần kiểm tra nảy mầm cũng có thể là một vấn đề. Hạt giống có thể chết trong khoảng thời gian đánh giá và thu thập. Chúng tôi cho rằng, sẽ thật tuyệt nếu chúng tôi có một công cụ phân tích dự báo “crystal ball” cho chúng tôi biết chắc chắn về tuổi của hạt giống mà không cần thông qua quá trình nảy nầm”.

DNA được biết đến nhiều như “anh em họ”, RNA xuất hiện ở các chuỗi có độ dài khác nhau. Walters và các đồng nghiệp đã đo kích thước của các chuỗi RNA trong hạt đậu tương được lưu trữ trong vài năm. Trong nghiên cứu trước đây, họ có thể phát hiện những thay đổi về kích thước đoạn RNA trước khi phát hiện các triệu chứng già hoá hoặc chết ở hạt giống. Trong nghiên cứu này, các nhà nghiên cứu đã so sánh kết quả đo tính toàn vẹn RNA của họ với kết quả từ các kiểm tra nảy mầm của hạt.

Nhóm nghiên cứu phát hiện ra việc đo lường tính toàn vẹn của RNA đã phát hiện quá trình già hóa trong hạt đậu nành sớm hơn nhiều so với việc sử dụng các kiểm tra nảy mầm của hạt. Ví dụ, Sự thay đổi về sức khỏe của hat giống có thể được phát hiện trong vòng 7 năm bảo quản bằng phương pháp toàn vẹn RNA. Ngược lại, sử dụng cùng một loại hạt giống, các thử nghiệm nảy mầm có thể phát hiện ra những thay đổi sau 15-17 năm,  thời điểm đó việc mất khả năng sống của hạt giống đã là một vấn đề. Walters nói: “Bạn thực sự muốn nắm bắt những thay đổi trong các lô hạt giống  trước khi  chúng không còn khả năng nảy mầm. Việc đo lường tính toàn vẹn của RNA có thể giúp các nhà quản lý ngân hàng gen làm được điều đó.

RNA chiết xuất được nạp vào chip và sẵn sàng cho quá trình điện di để phát hiện các mẫu phân mảnh. Số toàn vẹn RNA mô tả mẫu trong phép tính. Trong nghiên cứu này các nhà nghiên cứu đã so sánh kết quả đo tính toàn vẹn của RNA của họ đối với kết quả từ các thử nghiệm nảy mầm. Nguồn Lisa Hill.

Đối với đậu tương chỉ cần sử dụng vài hạt để kiểm tra RNA cũng cho kết quả. Trong một số trường hợp, sự suy giảm đáng kể về sức khỏe của hạt có thể được phát hiện chỉ với 22 hạt đậu tương bằng phương pháp toàn vẹn RNA. Phát hiện sự suy giảm của hạt tương tự qua việc kiểm tra nảy mầm của hạt sẽ phải sử dụng hàng trăm hạt giống.

Quá trình nảy mầm ở hạt đậu tương già. Đây là đậu tương William 82 được lưu giữ qua các năm và được kiểm tra nảy mầm năm 2002. Nguồn Lisa Hill.

Walters và nhóm nghiên cứu đã sử dụng các xét nghiệm tính toàn vẹn của RNA trên một số loài khác ngoài cây đậu tương. Walters cho biết: “Đo lường tính toàn vẹn của RNA dự đoán chính xác tốc độ già hoá của các loài khác nhau. Chúng ta cần phát hiện một nhóm loài thậm chí nhiều hơn”.

RNA được chiết xuất từ hạt đậu tương trong phòng thí nghiệm. Trích xuất RNA bằng rô bốt làm giảm ảnh hưởng đến sự nguyên vẹn của RNA và tăng độ nhạy của việc phát hiện các thay đổi. Đo lường tính toàn vẹn của RNA, dự đoán chính xác tốc độ già hoá của các loài khác nhau. Nguồn Lisa Hill.

Cuối cùng, Walters hy vọng những phát hiện này sẽ giúp ích cho các ngân hàng gen. Walters nói: “Đôi khi các ngân hàng gen là nền tảng cho tương lai. Nhưng tôi nghĩ dịch vụ mà các ngân hàng gen cung cấp là nền tảng cho tương lai mà chúng ta sẽ để lại cho con cháu mình”.

Dương Thị Lan Oanh theo Agronomy.