Trình tự gen của 300 giống có thể góp phần tạo ra khoai tây giàu dinh dưỡng, sạch bệnh và chống chịu thời tiết bất thuận

 Trình tự gen của 300 giống có thể góp phần tạo ra khoai tây giàu dinh dưỡng, sạch bệnh và chống chịu thời tiết bất thuận

Khi biến đổi khí hậu tiếp tục đặt ra những thách thức nghiêm trọng nhằm đảm bảo nguồn cung cấp thực phẩm bền vững trên toàn thế giới, các nhà khoa học từ Đại học McGill đang tìm cách cải thiện khả năng phục hồi và chất lượng dinh dưỡng của khoai tây. Giáo sư Martina Strömvik và nhóm của bà đã tạo ra một siêu khoai tây pangenome để xác định các đặc điểm di truyền có thể giúp tạo ra siêu khoai tây kế tiếp theo.

 

Nghiên cứu của họ được công bố trong Kỷ yếu của Viện Hàn lâm Khoa học Quốc gia (Proceedings of the National Academy of Sciences).

 

Giáo sư Strömvik, người cộng tác với các nhà nghiên cứu trên khắp Canada, Hoa Kỳ và Peru, cho biết: “Siêu khoai tây pangenome của chúng tôi làm sáng tỏ sự đa dạng di truyền của khoai tây và những loại đặc điểm di truyền nào có thể được nhân giống vào cây trồng hiện đại của chúng ta để làm cho nó tốt hơn”. Cô cho biết thêm: “Nó đại diện cho 60 loài và là bộ sưu tập dữ liệu trình tự bộ gen phong phú nhất về khoai tây và họ hàng của nó cho đến nay”.

 

Bộ gen là bộ hướng dẫn di truyền hoàn chỉnh của sinh vật được gọi là trình tự DNA, trong khi bộ gen nhằm mục đích nắm bắt sự đa dạng di truyền hoàn chỉnh trong một loài và siêu bộ gen cũng bao gồm nhiều loài.

 

Tưởng tượng một củ khoai tây sạch bệnh và chịu hạn hoặc chịu sương giá

 

Khoai tây là nguồn thực phẩm chủ yếu cho nhiều người trên thế giới và nó là một trong những cây lương thực quan trọng nhất trên toàn cầu, sau lúa gạo và lúa mì xét về mặt tiêu dùng của con người. Giáo sư Strömvik cho biết: “Các loài khoai tây hoang dã có thể cho biết rất nhiều về những đặc điểm di truyền quan trọng trong việc thích ứng với biến đổi khí hậu và thời tiết khắc nghiệt, nâng cao chất lượng dinh dưỡng và cải thiện an ninh lương thực”.

 

Để xây dựng bộ gen khoai tây, các nhà nghiên cứu đã sử dụng siêu máy tính để thu thập dữ liệu từ các ngân hàng dữ liệu công cộng, bao gồm các ngân hàng gen ở Canada, Hoa Kỳ và Peru.

 

Theo các nhà nghiên cứu, pangenome có thể được sử dụng để trả lời nhiều câu hỏi về sự tiến hóa của loại cây trồng quan trọng này đã được người dân bản địa thuần hóa ở vùng núi phía nam Peru gần 10.000 năm trước. Nó cũng có thể được sử dụng để giúp xác định các gen cụ thể nhằm tạo ra siêu khoai tây bằng cách sử dụng công nghệ nhân giống truyền thống hoặc chỉnh sửa gen.

 

Giáo sư Strömvik cho biết: “Các nhà khoa học hy vọng sẽ phát triển được thứ gì đó có thể chống lại nhiều dạng bệnh tật khác nhau và chịu đựng tốt hơn thời tiết khắc nghiệt như nhiều mưa, sương giá hoặc hạn hán

Hành trình tìm kiếm giống siêu khoai tây

Hành trình tìm kiếm giống siêu khoai tây

Khi biến đổi khí hậu tiếp tục đặt ra những thách thức nghiêm trọng trong việc đảm bảo nguồn cung cấp thực phẩm bền vững trên toàn thế giới, các nhà khoa học từ Đại học McGill tìm cách cải thiện khả năng phục hồi và nâng cao chất lượng dinh dưỡng của khoai tây. Giáo sư Martina Strömvik và nhóm của bà đã tạo ra một siêu bộ gien khoai tây để xác định các đặc điểm di truyền có thể giúp tạo ra giống siêu khoai tây tiếp theo.

 

Giáo sư Strömvik, người cộng tác với các nhà nghiên cứu trên khắp Canada, Hoa Kỳ và Peru, cho biết: “Siêu bộ gien của chúng tôi làm sáng tỏ sự đa dạng di truyền của khoai tây và những loại đặc điểm di truyền nào có thể được nhân giống vào cây trồng này để làm cho nó tốt hơn”. Bà cho biết thêm: “Bộ gien này đại diện cho 60 loài và là bộ sưu tập dữ liệu trình tự bộ gien phong phú nhất về khoai tây và họ hàng của khoai tây cho đến nay”.

 

Bộ gien là bộ hướng dẫn di truyền hoàn chỉnh của sinh vật được gọi là trình tự ADN, trong khi bộ gien nhằm mục đích nắm bắt sự đa dạng di truyền hoàn chỉnh trong một loài thì siêu bộ gien bao gồm nhiều loài.

 

Khoai tây là nguồn thực phẩm chủ yếu cho nhiều người trên thế giới -- và nó là một trong những cây lương thực quan trọng nhất trên toàn cầu, sau lúa gạo và lúa mì xét về mặt tiêu dùng của con người. Giáo sư Strömvik cho biết: “Các loài khoai tây hoang dã có thể giúp chúng ta rất nhiều về những đặc điểm di truyền quan trọng trong việc thích ứng với biến đổi khí hậu và thời tiết khắc nghiệt, nâng cao chất lượng dinh dưỡng và cải thiện an ninh lương thực”.

 

Để xây dựng bộ gien khoai tây, các nhà nghiên cứu đã sử dụng siêu máy tính để thu thập dữ liệu từ các ngân hàng dữ liệu công cộng, bao gồm các ngân hàng gien ở Canada, Hoa Kỳ và Peru.

 

Theo các nhà nghiên cứu, bộ gien có thể được sử dụng để trả lời nhiều câu hỏi về sự tiến hóa của loại cây trồng quan trọng này đã được người dân bản địa thuần hóa ở vùng núi phía nam Peru gần 10.000 năm trước. Nó cũng có thể được sử dụng để giúp xác định các gien cụ thể nhằm tạo ra siêu khoai tây bằng cách sử dụng công nghệ nhân giống truyền thống hoặc chỉnh sửa gien.

 

Giáo sư Strömvik cho biết: “Các nhà khoa học hy vọng sẽ phát triển được giống khoai tây có thể chống lại nhiều dạng bệnh khác nhau và chịu đựng tốt hơn thời tiết khắc nghiệt như nhiều mưa, sương giá hoặc hạn hán”.

Minh chứng và chọn gen tham chiếu trong cây khoai lang kháng bệnh virus

 Minh chứng và chọn gen tham chiếu trong cây khoai lang kháng bệnh virus

Nguồn: Guangyan Li, Xiaohui Sun, Xiaoping Zhu, Bin Wu, Hao Hong, Zhimei Xin, Xiangqi Xin, Jiejun Peng, Shanshan Jiang. 2023. Selection and Validation of Reference Genes in Virus-Infected Sweet Potato Plants. Genes (Basel); 2023 Jul 19; 14(7):1477. doi: 10.3390/genes14071477.

 

Kỹ thuật quantitative real-time PCR (qRT-PCR) trong cây khoai lang yêu cầu phải chuẩn hóa tư liệu chính xác; tuy nhiên, chưa có đủ số gen tham chiếu một cách hợp lý để phân tích biểu hiện gen. Người ta xem xét biến thiên di truyền trong biểu hiện của tám gen tham chiếu ứng cử viên (candidate reference genes) ở lá khoai lang và mô rễ (tám mẫu có virus xâm nhiễm và tám mẫu không có virus xâm nhiễm). Kết hợp phân tích đồng thời với phần mềm geNorm, NormFinder, và Best-Keeper cho thấy sự xâm nhiễm của virus khác nhau và các mô nguồn gốc ảnh hưởng đến mức độ biểu hiện các gen này. Kết quả đánh giá của ba phần mềm nói trên, “adenosine diphosphate-ribosylation factor” dều thích hợp cho lá khoai lang nhiễm virus và không nhiễm virus. Các protein Cyclophilin và ubiquitin thích hợp cho lá khoai lang không nhiễm virus. Phospholipase D1 alpha thích hợp cho lá khoai lang nhiễm virus. Actin thích hợp cho rễ khoai lang không nhiễm virus. Glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase thích hợp cho rễ khoai lang nhiễm virus. Kết quả nghiên cứu cung cấp nhiều gen tham chiếu tương ứng cho thâm cứu mẫu lá và rễ khoai lang có virus xâm nhiễm.

 

Xem https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/37510381/

 

Hình: Biểu diễn đồ họa của cơ sở dữ liệu “các gen tham chiếu ứng cử viên”. (A) Biểu hiện của “candidate reference genes” trong lá khoai lang bệnh. (B) Biểu hiện của “candidate reference genes” tại rễ bệnh. Mô phỏng toán “univariate analysis of variance” chỉ ra mức độ ý nghĩa thống kê với chữ đính kèm. Tám “candidate reference genes” là adenosine diphosphate-ribosylation factor (ARF), glyceraldehyde−3−phosphate dehydrogenase (GAP), phospholipase D1 alpha (PLD), Ubiquitin (UBI), actin (ACT), 18S ribosomal RNA (18S), alpha tubulin (ATUB), và cyclophilin (CYP).