Khoa học thực vật

Không đủ khi chỉ có một bộ gene tham khảo

Phần lớn các nghiên cứu trong lĩnh vực chức năng gen thực vật cho đến nay dựa chủ yếu vào cơ sở dữ liệu của các bộ gen đơn tham khảo. Nhưng bản thân nó, một bộ gen đơn tham khảo không nắm bắt được sự biến đổi di truyền đầy đủ của một loài. Một bộ genome, là sự kết hợp đầy đủ của tất cả các hệ gen được tìm thấy trong một cá thể của một loài, là nguồn tài nguyên có giá trị để mở khóa sự đa dạng tự nhiên. Tuy nhiên, các công cụ tính toán cần thiết để xây dựng một lượng lớn các bộ genome chất lượng cao là một yếu tố hạn chế trong việc tạo ra bộ genome thực vật đầy đủ.

Việc có đầy đủ thông tin những bộ genome trên cây trồng liên quan đến việc tạo nhiên liệu và thực phẩm sẽ cho phép các nhà lai tạo khai thác tính đa dạng tự nhiên để cải thiện các tính trạng như năng suất, sức đề kháng bệnh tật và khả năng chịu đựng các điều kiện khắc nghiệt. Trong một bài báo được công bố vào ngày 19 tháng 12 năm 2017 trên Nature Communications, một nhóm nghiên cứu quốc tế do các nhà nghiên cứu tại Viện nghiên cứu genome của Bộ Năng lượng Hoa Kỳ (JGI), Cơ quan sử dụng khoa học DOE tại Phòng thí nghiệm quốc gia Lawrence Berkeley (Berkeley Lab.) , đánh giá kích thước của một bộ genome thực vật sử dụng Brachypodium distachyon, một loại cỏ hoang dã được sử dụng rộng rãi như là cây mô hình cho các loại ngũ cốc và cây sinh khối. Bộ genome của cây B. distachyon là một trong những bộ genome tham chiếu thực vật hoàn chỉnh nhất.

Theo John Vogel, Trưởng nhóm nghiên cứu hệ gen chức năng thực vật của JGI cho biết, có một số lượng lớn các gen không được tìm thấy trong một bộ gen đơn tham khảo. “Thật vậy, khoảng một nửa các gen trong bộ genome được tìm thấy có sự đột biến trên các dòng khác nhau”. Với mục tiêu xác định chính xác kích thước bộ genome đầy đủ ở thực vật, Vogel và các đồng nghiệp của ông đã thực hiện việc lắp ráp de novo toàn bộ genome và chú thích 54 dòng địa lý khác nhau của B. distachyon, thu được dữ liệu đầy đủ của toàn bộ genome chứa gần gấp đôi số lượng gen được tìm thấy trong bất kỳ một dòng cá thể.

“Bộ genome của một loài là một bộ sưu tập các bộ gen, mỗi bộ đều có sự biến đổi độc đáo riêng của chúng”, nhà nghiên cứu sinh học tại JGI nói thêm và tác giả nghiên cứu đầu tiên Sean Gordon. “Bây giờ khi biết rằng việc tập trung vào một bộ gen đơn tham khảo sẽ dẫn đến những ước tính không đầy đủ và sai lệch về sự đa dạng di truyền và bỏ qua các gen có tiềm năng quan trọng việc lại tạo chọn giống, chúng ta cần kết hợp nhiều tài liệu tham khảo hơn trong các nghiên cứu tương lai về sự đa dạng tự nhiên.

Hơn nữa, các gen chỉ tìm thấy trong một số dòng có xu hướng góp phần vào các quá trình sinh học (ví dụ sự kháng bệnh, sự phát triển) có thể có lợi trong một số điều kiện môi trường, trong khi các gen tìm thấy ở mọi dòng thường là cơ sở cho các quá trình tế bào (ví dụ quá trình đường phân, quá trình vận chuyển sắt).

“Điều này có nghĩa là các gen biến đổi được ưu tiên giữ lại nếu chúng có lợi trong một số điều kiện. Đây chính xác là loại gen mà các nhà chọn giống cần để phải cải thiện cây trồng”. Vogel nói.

Thêm vào đó, các gen chỉ tìm thấy nhóm nhỏ các dòng thể hiện sự tiến hóa nhanh hơn, nằm gần các yếu tố có thể chuyển đổi vị trí được (có vai trò quan trọng trong quá trình tiến hóa của của bộ genome).

Post Comment