TỪ KIỂU HÌNH ĐẾN KIỂU GEN: CHÀO MỪNG 150 NĂM DI TRUYỀN MENDEL TRONG NGHIÊN CỨU CẢI TIẾN GIỐNG CÂY TRỒNG

Nguồn: Johann Vollmann, Hermann Buerstmayr. 2016. Theoretical and Applied Genetics, December 2016, Volume 129, Issue 12, pp 2237–2239

Năm 1866, Gregor Mendel cho ấn hành công trình khoa học của mình là “Versuche über Pflanzen-Hybriden” (“Experiments in Plant Hybridization”: những thí nghiệm về lai tạo giống cây trồng) trên tạp chí  Verhandlungen des naturforschenden Vereines, Brünn, Vol 4, pp 3–47 (Mendel 1866). Đây là  cột mốc lịch sử đánh dấu buổi đầu của ngành di truyền học kinh điển cho đến ngành di truyền học hiện đại với nhiều giống cải tiến ra đời, xuyên suốt hành trình khoa học phục vụ đời sống con người, bao gồm cả chọn giống cây trồng và vật nuôi. Giải quyết các vấn đề tính trạng bí ẩn, Mendel lần đầu tiên giải thích thấu đáo tỷ lệ kiểu hình xảy ra trong các thề hệ con lai thông qua cặp lai đơn. Những gen chưa hề được biết cho đến lúc Mendel công bố, ông giả định thông qua luận điểm với những cái gọi là “elements” (nhân tố di truyền) có trong hạt phấn và noãn làm cho có những khác biệt di truyền được giữa các kiểu hình. Trong thế kỷ 20, khái niệm gen đơn đã được phát triển, và gen này đã trở nên nổi tiếng như một đơn vị có chức năng di truyền, tái tổ hợp và đột biến (Gayon 2016). Hiểu biết này được minh chứng vô cùng có ích cho cải tiến giống thông qua nhiều thập niên. Nó đóng góp vào những tiến bộ đáng kể trong nhiều loài cây trồng chính trên thế giới. Gần đây, những kiến thức mới về  di truyền phân tử đã mang đến những thay đổi lớn về khái niệm của gen và sau đó là thành tựu vượt bật trong chọn tạo giống mới: cho dù ý tưởng mới gen mã hóa trình tự có tính chất mật mã là những thách thức rất khó trong các nghiên cứu tìm kiếm gen, ví dự như khái niệm split-genes, alternative splicing hoặc tìm kiếm có ý nghĩa đặc biệt về non-coding RNA (Gayon 2016), những nucleotide đơn (A,T,C, G) có trong gen đã trở nên là những đơn vị hết sức căn bản trong chọn lọc cũng như trong cải biên di truyền. Với những thành tựu vĩ đại của di truyền phân tử, các công cụ rất mạnh mẽ đang được phát triển nhằm chỉnh sửa các nucleotides đơn của một gen nào đó, phục vụ nội dung chọn lọc trên cơ sở thông tin bộ genome của sinh vật, và giúp người ta hiểu rõ hơn cơ chế di truyền chức năng và cơ chế di truyền biểu sinh. Ngoài nội dung chọn lọc bộ genome, phân tích di truyền số lượng thông qua phân tích QTL (Paterson et al. 1988) đặc biệt gợi lại nền tảng di truyền Mendel giống như phơi bày những tính trạng phức tạp trong kiểu hình, mỗi tính trạng số lượng ấy được điều khiển bởi nhiều gen và nhiều loci có tính chọn lọc  thể hiện bản chất những nhân tố của Mendel. Nhờ sự khám phá lại định luật Mendel trong buổi bình minh của thế kỷ 20, rất nhiều khía cạnh khác nhau của định luật Mendel và di truyền Mendel kinh điển  được thảo luận bằng kiến thức của nhiều ngành khoa học khác. Đó là khởi nguồn của cách tiếp cận mới với di truyền Mendel thông qua thành tựu của toán học (Dröscher 2015) hoặc những tranh cãi về thí nghiệm của ông trong phân ly bằng thống kê học với giá trị kỳ vọng (Hartl and Fairbanks 2007; Radick 2015). Di truyền phân tử đã và đang được chứng minh với hiểu biết sâu sắc hơn của vài tính trạng trong bảy tính trạng mà Mendel đã nghiên cứu trong cậy đậu Hà Lan: giống hạt đậu võ nhăn và võ trơn láng do một đoạn trình tự chèn vào có kích thước 800-bp trong vùng mật mã của gen đích đối với enzyme qui định sự phân nhánh của phân tử tinh bột làm tích tụ hàm lượng đường trong kiểu hình hạt đậu võ nhăn; thân cây cao vs lùn là do sự thay thế nucleotide G thành A trong gen mã hóa gibberellic acid 3-oxidase 1; và kiểu hình tử diệp đậu màu vàng vs tử diệp màu xanh xuất phát từ chèn đoạn 6-bp vào gen mã hóa  stay-green (duy trì màu xanh của lá) ngăn cản sự suy thoái của diệp lục tố khi hạt chín (Reid and Ross 2011)….

 Xem  http://link.springer.com/article/10.1007/s00122-016-2817-9