Đột phá trong công nghệ nhân giống khoai tây lai

Bước đột phá trên do nhóm nghiên cứu thuộc Viện nghiên cứu Cấu trúc gene Nông nghiệp tại Thâm Quyến - một đơn vị thuộc Viện Khoa học Nông nghiệp Trung Quốc - thực hiện, được công bố trên trang trực tuyến của tạp chí khoa học Cell mới đây.

Khoai tây là cây lương thực ăn củ quan trọng nhất của con người, đồng thời là một trong những cây trồng chủ lực ở hầu hết các nước trên thế giới. Theo nhà khoa học Wu Yaoyao - một thành viên nhóm nghiên cứu, so với các loại cây lương thực khác, khoai tây cần ít nước hơn và có thể trồng ở nhiều khu vực khác nhau. Tuy nhiên, ông cũng cho biết: "Việc lai tạo một giống khoai tây mới mất quá nhiều thời gian. Giống khoai tây được sử dụng cho món khoai tây chiên của McDonald's đã được lai tạo từ cách đây hơn 120 năm".

Nguyên nhân chính là do khoai tây thuộc thể tứ bội, tức là có 4 bộ gene, nhân giống vô tính bằng củ, do đó chu kỳ nhân giống dài, hiệu quả sinh sản thấp, đồng thời củ cũng dễ nhiễm sâu bệnh.

Nhóm nghiên cứu đã khởi động "Dự án khoai tây phổ biến" nhằm chuyển đổi quá trình sinh sản của khoai tây từ vô tính sang hữu tính và chuyển đổi từ phụ thuộc vào củ sang phụ thuộc vào hạt giống, đồng thời hướng dẫn nhân giống khoai tây bằng cách sử dụng bộ gene và sinh học tổng hợp.

Nhà khoa học Wu giải thích để lai tạo các giống khoai tây chất lượng cao, các nhà khoa học cần thu được các dòng đồng hợp tử cao bằng cách cho khoai tây tự thụ phấn liên tục để có thể tạo ra các dòng lai với các đặc tính chung.

Tuy nhiên, trong lịch sử dài sinh sản vô tính của khoai tây, một số lượng lớn các đột biến có hại tiềm ẩn đã được tích lũy. Sau khi tự thụ tinh, những đột biến "vô hình" trước đây sẽ bộc lộ tác động bất lợi của chúng đối với cây trồng như giảm khả năng sinh tồn, không ra củ, giảm khả năng kháng bệnh và giảm năng suất. Hiện tượng này được gọi là "suy giảm cận huyết" và là một trở ngại lớn trong việc nhân giống khoai tây lai.

Ông Huang Sanwen - trưởng nhóm khoa học - cho biết: "Khắc phục những đột biến có hại là nhiệm vụ khó khăn nhất trong nghiên cứu này". Các nhà khoa học đã thu thập và so sánh thông tin bộ gene từ 100 mẫu của họ thực vật Solanaceae và Convolvulaceae với lịch sử tiến hóa tích lũy là 1,2 tỷ năm. Khoai tây thuộc họ Solanaceae, trong khi khoai lang thuộc họ Convolvulaceae.

Ông Huang Sanwen nêu rõ: "Chúng tôi quan sát thấy rằng sau 1,2 tỷ năm tiến hóa, nếu một gene hoặc một đoạn ADN của thực vật không thay đổi, điều đó cho thấy nó đặc biệt quan trọng. Chúng tôi đã xác định được những vị trí được bảo tồn và bất biến nhất trong bộ gene. Nếu các vị trí gene này đột biến, thì nhiều khả năng sẽ có tác động xấu đến khoai tây, đó là các đột biến có hại. Chúng tôi đã khám phá bức tranh toàn cảnh về các đột biến có hại ở cấp độ toàn bộ bộ gene và tạo ra bản đồ 2 chiều đầu tiên về khoai tây. Chúng tôi có thể tìm kiếm và loại bỏ các đột biến có hại một cách toàn diện và hiệu quả hơn".

Nhóm nghiên cứu cũng đã phát triển một mô hình dự đoán toàn bộ bộ gene mới kết hợp thông tin đột biến có hại. Kết quả cho thấy mô hình này có thể cải thiện tới 25-45% độ chính xác trong dự đoán về năng suất, chiều cao cây trồng và hình dạng củ. Mô hình có thể hỗ trợ người chăn nuôi đưa ra các quyết định nhân giống sớm, từ đó giảm chi phí nhân giống và rút ngắn quy trình nhân giống khoai tây.

Theo ông Huang Sanwen, nghiên cứu này có thể tăng hiệu quả nhân giống khoai tây lên khoảng 50%, tạo cơ sở cho việc cải tiến giống. Ngoài ra, công nghệ này cũng có thể được áp dụng để cải thiện các loại cây trồng khác, chẳng hạn như khoai lang, trái cây, mía, cũng như nhiều loại cây trồng nhiệt đới.

Thanh Phương