Những thay đổi DNA giữa các genome và sự câm gen đã tạo nên bộ genome cà phê arabica mang tính chất dị đa bội thể nguyên sơ

Nguồn: Philippe Lashermes, Yann Hueber, Marie-Christine Combes, Dany Severac and Alexis Dereeper. 2016.  Inter-genomic DNA Exchanges and Homeologous Gene Silencing Shaped the Nascent Allopolyploid Coffee Genome (Coffea arabica L.). Genes, Genomes and Genetics September 1, 2016 vol. 6 no. 9: 2937-2948

TÓM TẮT

Dị đa bội thể hóa (allopolyploidization) là một tiến trình sinh học đóng vai trò quan trọng trong tính chất chuyên biệt của loài và sự tiến hóa của loài. Những thay đổi trong bộ genome là những hệ lụy chung nhất của sự kiện dị đa bội hóa, nhưng những cơ chế của chúng theo thời gian như thế nào vẫn còn chưa rõ ràng trong kiến thức của chúng ta hôm nay. Loài Coffea arabica, một “allotetraploid” (tứ bội thể) vừa mới hình thành, được chọn để nghiên cứu những thay đổi di truyền góp phần vào sự hình thành nên cái gọi là “allopolyploid”. Cả hai cơ sở dữ liệu về RNA-seq và DNA-seq đã được tư liệu hóa từ hai mẫu giống cà phê arabica có khoảng cách di truyền xa nhau. Những biến thiên về cấu trúc bộ genome được nghiên cứu thông qua bộ genome của Coffea canephora, một trong những tổ tiên có tính chất lưỡng bội thể của nó, làm genome tham chiếu. Số phận của 9.047 gen lập đoạn và mang tínnh chất “homeologous” [homeologous có nghĩa là những nhiễm sắc thể (NST)  giống nhau hoặc một phần của NST cùng mang theo đó những phần lai giữa các loài gần nhau và dị đa bội hóa] được phân tích và so sánh chúng giữa những mẫu giống cà phê. Thành phần dày đặc của chỉ thị SNP dọc theo bộ genome tham chiếu mang tính chất nhất quán (consistent) với kiến trúc của thể dị đa bội. Những phân tử lập đoạn trong bộ genome khá lớn hoặc bị mất đoạn khá lớn vẫn chưa được người ta tìm thấy. Hai bản sao chép có tính chất “homeologous” được duy trì và thể hiện 96% trong các gen đã phân tích. Tuy nhiên, những gen lập đoạn (duplicated genes) đã được tìm thấy có ảnh hưởng bởi những thay đổi rất đa dạng trong genome dẫn đến việc mất đi bản chất “homeolog” hoặc làm câm gen. Những thay đổ về di truyền và di truyền biểu sinh (epigenetics) chứng tỏ rằng ở đây có một vai trò vô cùng quan trọng trong việc ổn định của dị đa bội độc đáo của tổ tiên loài cà phê và sau đó là sự đa dạng di truyền diễn ra. Khi tiến hóa khởi nguyên của Coffea arabica chủ yếu diễn ra trong những sự kiện trao đổi chéo có tính chất “homeologous”, thì giai đoạn sau này xảy ra nhằm trông cậy vào cách tiến hóa từng bước một, bao gồm nội dung đảo đoạn NST (conversion) và làm câm gen có tính chất “homeolog”.

Xem: http://www.g3journal.org/content/6/9/2937.full

GS. Bùi Chí Bửu lược dịch.

Hình 2: Phổ thể hiện bản sao phân tử DNA được bình thường hóa nối GC; và sự thay đổi số bản sao chép FREEC được dự đoán (Đỏ: có; xanh dương: mất) đối với genome loài Coffea arabica genome (mẫu giống Caturra) thông qua sử dụng một “nonoverlapping 50-kb sliding window” và 11 nhiễm sắc thể của C. canephora làm cơ sở dữ liệu tham chiếu. Số bản sao chép được dự đoán một cách tự động được biểu diễn bằng vạch màu đen.