Sau khi bị coi là “DNA rác” không có công dụng, một họ “gen nhảy” được tìm thấy trên cây cà chua có khả năng làm gia tăng việc nhân giống cây trồng cho một số tính trạng như là cải thiện tính chống chịu khô hạn.

Các nhà nghiên cứu từ phòng Thí nghiệm Sainsbury thuộc Đại học Cambridge (SLCU) và Khoa Khoa học Cây trồng đã khám phá rằng hạn hán kích hoạt hoạt động của một họ gen nhảy (Rider retrotranposons) trước đây được biết là đóng góp vào việc tạo nên hình dáng và màu sắc của quả cà chua. Đặc tính của họ Rider, được công bố ngày nay trên tạp chí PLOS Genetics, tiết lộ rằng họ Rider cũng hiện diện và có khả năng hoạt động trên các loại cây trồng khác, nhấn mạnh khả năng của họ Rider như là một nguồn biến đổi các tính trạng mới có thể giúp cây trồng thích nghi tốt hơn với nhiều loại điều kiện khắc nghiệt được gây ra bởi biến đổi khí hậu.

Tiến sĩ Mathias Benoit – tác giả chính của bài báo, cho biết “Tranposons chứa nhiều tiềm năng rất lớn để cải thiện cây trồng. Chúng là động lực mạnh mẽ của việc đa dạng tính trạng và trong khi chúng ta đã và đang khai thác những tính trạng này để cải thiện cây trồng qua nhiều thế hệ, chúng ta đang bắt đầu tìm hiểu các cơ chế phân tử liên quan”.

Tranposons, thường gọi là gen nhảy, là đoạn mã DNA di động có thể tự sao chép vào vị trí mới trong bộ gen – mã di truyền của một sinh vật. Chúng có thể thay đổi, phá vỡ hoặc khuếch đại gen, hoặc không có ảnh hưởng gì cả. Được khám phá trong hạt bắp bởi nhà khoa học từng đoạt giải Nobel Barbara McClintock vào những năm 1940, hiện tại các nhà khoa học mới nhận ra rằng các tranposon không phải là rác mà thực sự đóng vai trò quan trọng trong quá trình tiến hoá, trong việc thay đổi biểu hiện gen và các đặc điểm vật lý của thực vật.

Sử dụng các gen nhảy đã hiện diện trong cây trồng để tạo ra các đặc tính mới có thể là một bước tiến đáng kể so với các kỹ thuật nhân giống truyền thống, có thể giúp nhanh chóng tạo ra nhiều tính trạng mới trên cây trồng đã được nhân giống truyền thống tạo ra những hình dáng, màu sắc và kích thước đồng nhất để thu hoạch hiệu quả hơn và tối đa hóa năng suất. Chúng có thể cho phép tạo ra sự đa dạng to lớn của nhiều tính trạng mới, mà có thể được cải tiến và tối ưu hoá bằng các công nghệ gen đích.

Tiến sĩ Hajk Drost tại SLCU, đồng tác giả của nghiên cứu cho biết “trong một quần thể lớn, như cánh đồng cà chua, nơi mà các tranposon đã được kích hoạt ở mỗi cá thể, chúng ta có thể mong đợi để nhìn thấy một sự đa dạng to lớn của các tính trạng mới. Bằng việc kiểm soát quá trình “đột biến ngẫu nhiên” bên trong cây trồng chúng ta có thể đẩy nhanh quá trình này để tạo ra nhiều kiểu hình mới mà thậm chí chúng ta không thể tưởng tượng được”.

Các công nghệ gen đích ngày nay rất mạnh mẽ, nhưng thường yêu cầu sự hiểu biết về chức năng gen để mang lại kết quả tốt và thường chỉ một hoặc một vài gen mục tiêu. Hoạt động của tranposon là một công cụ tự nhiên đã hiện diện bên trong cây trồng, có thể được khai thác để tạo ra nhiều kiểu hình mới hoặc tính chống chịu và bổ sung cho các nỗ lực gen mục tiêu. Sử dụng tranposons cung cấp một phương pháp chuyển gen dễ dàng trong chọn giống đã được thừa nhận theo luật pháp hiện hành của EU về sinh vật biến đổi gen.

Nghiên cứu này tiết lộ rằng họ gen nhảy Rider hiện diện trong nhiều loài thực vật, bao gồm những loài có kinh tế quan trọng như là hạt cải dầu, củ cải đường và hạt quinoa. Sự phong phú này khuyến khích các nghiên cứu sâu hơn về phương thức nó có thể được kích hoạt trong sự kiểm soát, kích hoạt lại, hoặc đưa vào cây trồng có các yếu tố Rider im lặng để kích hoạt lại những tiềm năng của chúng. Cách tiếp cận như vậy có khả năng giảm đáng kể thời gian chọn giống so với các phương pháp truyền thống.

Benoit cho rằng “Việc xác định hoạt động của Rider được kích hoạt bởi khô hạn đề xuất rằng nó có thể tạo ra gen mới điều hoà những hệ thống giúp cây trồng đáp ứng với khô hạn. Điều này có nghĩa là chúng ta có thể khai thác Rider để nhân giống cây trồng có khả năng thích ứng tốt hơn với hạn hán bằng cách cung cấp sự đáp ứng khô hạn tới gen đã hiện diện trong cây trồng. Vấn đề này đặc biệt có ý nghĩa trong giai đoạn nóng lên toàn cẩu, nơi có nhu cầu cấp thiết để nhân giống cây trồng có các đặc tính tốt hơn”.

Trương Thị Tú Anh theo Sciencedaily.