Nguồn: Zheng X, Chen L, Xia H, Wei H, Lou Q, Li M, Li T, Luo L. 2017. Transgenerational epimutations induced by multi-generation drought imposition mediate rice plant's adaptation to drought condition. Sci Rep. 2017 Jan 4; 7:39843. doi: 10.1038/srep39843.

EPIGENETICS (Di Truyền Biểu Sinh)

TÓM TẮT

Cơ chế của di truyền biểu sinh là những yếu tố trung gian (mediators) rất cần thiết trong phản ứng của cây tương ứng với điều kiện môi trường khắc nghiệt, nhưng nội hàm của chúng về tính thích ứng dài hạn vẫn còn chưa rõ ràng. Các tác giả trong nghiên cứu này đã tạo ra hai dòng lúa, tích tụ các đột biến biểu sinh (epimutation) khi trồng lúa trong điều kiện bị khô hạn; xem xét trong 11 thế hệ liên tục của 2 dòng lúa này. Họ tận dụng những tiến bộ hiện nay trong kỹ thuật di truyền để xem xét vai trò của sự methyl hóa DNA (DNA methylation), với những biến thiên của nó làm cho cây lúa thích nghi với khô hạn. Các tác giả đã tìm thấy tính chống chịu hạn qua nhiều thế hệ (multi-generational drought), nó được cải tiến đáng kể khả năng thích ứng của cây lúa, thông qua nhiều thế hệ con cái được trồng trên vùng sinh thái lúa rẩy (lúa cạn). Theo phân tích “single-base resolution”, họ đã tìm thấy  có sự thể hiện mang tính chất không ngẫu nhiên một chút nào về đột biến biểu sinh tính chống chịu hạn như vậy. Hơn nữa, họ còn thấy rằng có tỷ lệ khá cao các đột biến biểu sinh chống chịu hạn được duy trì trạng thái “methyl hóa DNA” có cải tiến của chúng ở các thế hệ sau. Các gen có liên quan đến di truyền biểu sinh thể hiện qua nhiều thế hệ trực tiếp góp phần vào chu trình đáp ứng với stress của cây lúa. Phân tích các clusters di truyền đối với gen phản ứng với khô hạn cho thấy rằng: các thành phần trong methyl hóa DNA chịu ảnh hưởng bởi khô hạn có tính chất “multi-generational” (đa thế hệ). Điều ấy gợi ra rằng những cơ chế của di truyền biểu sinh đóng vai trò vô cùng quan trọng trong cây lúa thích ứng với điều kiện trồng trọt trên vùng sinh thái lúa cạn. Những biến thiên di truyền biểu sinh mang tính chất hình thái học, sinh lý học và sinh môi học có thể di truyền được qua nhiều thế hệ, chứng tỏ rằng di truyền biểu sinh có thể được xem như một cơ chế điều tiết quan trọng giúp cây thích nghi và tiến hóa mang tính chất dài hạn trong điều kiện môi trường khắc nghiệt.

Xem www.nature.com/scientificreports

GS. Bùi Chí Bửu lược dịch.

Hình 1: Khả năng thích nghi với khô hạn được cải tiến đáng kể trong các thế hệ sau.

(A) Các chỉ số sinh lý cho thấy mức độ chống chịu khô hạn của cây lúa trong suốt thời gian xử lý hạn, bao gồm hàm lượng MDA, hàm lượng này biểu thị sự tổn thương bởi phản ứng “oxidative” của tế bào cây, và hoạt động của các enzymes SOD, POD và CAT, những thành phần quan trọng của hệ thống enzyme có tính chất “oxygen radical-scavenging”. (B) Kiểu hình xét theo hình thái học của cây lúa khi trồng trên vùng đất cạn. (C) Kiểu hình xét theo hình thái học của cây lúa khi trồng trong ống PVC.