Các nhà nghiên cứu của Đại học bang Iowa sử dụng di truyền "đơn bội kép" (DH) làm nền tảng cho việc nhân giống ngô hiện đại. Công nghệ DH đòi hỏi phải tạo ra các cây "đơn bội" chỉ mang một bộ gen duy nhất của mẹ. Sau đó, bộ gen đơn của cây đơn bội được nhân đôi thông qua một quá trình hóa học nhằm thúc đẩy sự phát triển của các dòng thuần chủng thuần về mặt di truyền.

ps khôi phục lại HMF trong cây Arabidopsis. Nguồn: Nature Plants (2023). DOI: 10.1038/s41477-022-01332-6.

Một trong những nút thắt lớn của công nghệ DH là hoa đực đơn bội thường vô sinh. Vấn đề này đòi hỏi cây con phải tiếp xúc với hóa chất độc hại colchicine, hóa chất thúc đẩy quá trình nhân đôi bộ gen và trả lại khả năng sinh sản cho hoa đực. Quá trình này tốn nhiều công sức và chi phí.

Nghiên cứu được công bố gần đây trên tạp chí Nature Plants chia sẻ tin tức về một đột biến mà các nhà khoa học đã phát hiện ra giúp khôi phục khả năng sinh sản của cây bố ở các loài đơn bội mà không cần sử dụng colchicine. Công trình được thực hiện bởi Siddique I. Aboobucker (nhà khoa học nghiên cứu về nông học), Thomas Lübberstedt (Chủ tịch Frey về Nông học và Giám đốc Trung tâm Nhân giống cây trồng Raymond F. Baker), và Liming Zhou (cựu sinh viên tốt nghiệp ngành nông học).

Họ đã chứng minh rằng việc khai thác các đột biến làm thay đổi vị trí của cơ chế trục chính trong giai đoạn sinh sản của thực vật được gọi là giảm phân có thể khôi phục khả năng sinh sản đực của cây đơn bội.

Cơ chế trục chính giúp giữ cho quá trình phân chia tế bào đi đúng hướng. Trong quá trình giảm phân bình thường, ở những cây "lưỡng bội" thông thường có chứa hai bộ nhiễm sắc thể, các trục chính được sắp xếp theo cặp vuông góc dễ dàng xếp thành hàng. Ở thực vật đơn bội, các nhiễm sắc thể phân bố không đều trong quá trình phân chia tế bào, dẫn đến tỷ lệ vô sinh cao trong các giai đoạn sinh sản tiếp theo.

Để giải quyết vấn đề này, Aboobucker đã đưa ra giả thuyết rằng một tập hợp các bất thường di truyền thực vật được gọi là đột biến trục chính song song hoặc "đột biến ps" làm thay đổi các trục chính thành vị trí song song thay vì vuông góc trong quá trình giảm phân có thể cải thiện khả năng sinh sản của cây bố ở cây đơn bội. Họ đã thử nghiệm trên cây Arabidopsis thaliana, một loại cây mô hình thường được sử dụng làm tiền thân để trồng ngô và một số loài cây trồng khác.

Các cây đột biến đơn bội phát triển và hầu hết đều có khả năng sinh sản. Kết quả cho thấy có thể khắc phục sự không đồng đều của các sợi trục chính trong giai đoạn quan trọng của quá trình giảm phân ở những cây bố đơn bội bằng cách khai thác xu hướng của các thể đột biến để tạo ra sự hình thành trục chính nằm ngang hơn.

Lübberstedt cho biết: “Sử dụng đột biến này để khắc phục vấn đề sinh sản đực ở cây đơn bội hứa hẹn sẽ vượt qua các quy trình sử dụng nhiều tài nguyên hiện đang áp dụng cho các phương pháp nhân đôi bộ gen (hóa học) nhân tạo để thu được các dòng DH”.

Lübberstedt và Aboobucker tin rằng các đột biến có lợi mà họ đã xác định có thể được áp dụng đối với ngô và các loại cây trồng khác. Khám phá tiềm năng này là một trong những dự án tiếp theo trên con đường nghiên cứu của họ.

Đinh Thị Hương theo Phys.org