Bảo vệ thực vật

Nghiên cứu khám phá sự khác biệt trong tiến hóa gen ở cây trồng

Khoảng giữa 5 đến 13 triệu năm trước, cả ngô lẫn đậu nành đều trải qua sự sao chép gen, nhưng các nhà khoa học của Đại học Purdue tin rằng chúng đã xảy ra theo các cách thức khác nhau.

Damon Lisch, phó giáo sư thuộc khoa Thực vật học và Bệnh học cây trồng, và Jianxin Ma, giáo sư Khoa Nông học, đã nghiên cứu sự tiến hóa của bộ gen cho những cây trồng chủ lực này. Họ muốn hiểu cách mà các bộ gen sao chép – tạo ra nhiều bản sao gen – và những bộ gen đó thay đổi theo thời gian như thế nào.

Đối với cây ngô, Lisch và Ma tin rằng sự sao chép xảy ra khi hai loài cỏ có bộ gen tương tự bắt chéo nhau, giống như sự sao chép của họ hàng xa. Hệ gen từ một cây trồng đã chiếm ưu thế, và theo thời gian, mất các bản sao dự phòng của gen với tốc độ thấp hơn nhiều so với các gen khác.

Lisch dẫn chứng: “Bạn không cần hai bản sao trọn vẹn” “Và có rất nhiều ví dụ về sự khác biệt trong việc mất các gen dự phòng khi sao chép toàn bộ hệ gen là kết quả của sự giao cắt giữa các loài liên quan”.

Những phát hiện của Lisch và Ma đã được công bố trên tạp chí The Plant Cell, nêu ra những khác biệt này xuất phát từ sự khác biệt về số lượng và sự phân bố transposon ở hai bộ gen khi chúng kết hợp lần đầu tiên.

Transposon, hay còn được gọi là “gen nhảy”, di chuyển xung quanh DNA và đe dọa làm thay đổi hoặc làm hỏng các gen khác. Cây trồng bảo vệ chống lại các transposon bằng cách vô hiệu hóa hoạt động của chúng, đôi khi làm giảm mức độ biểu hiện của các gen xung quanh chúng. Lisch và Ma cho biết những gen mất đi trong cây ngô có khuynh hướng thuộc cùng một phân loài và thể hiện sự khác biệt trong cả các transposon bên cạnh các gen cùng mức độ biểu hiện của những gen đó.

“Nếu bạn là một gen và bạn có một transposon gần đó đã được vô hiệu hóa, nó cũng có thể từ chối gen này”, Lisch nói. Các dữ liệu từ cây ngô gợi ý rằng một trong hai bộ gen kết hợp để hình thành bộ gen ở cây ngô đang trả chi phí nhiều hơn. Do vậy, các gen trong bộ gen này biểu hiện ở cấp độ thấp hơn và có nhiều khả năng bị mất theo thời gian”.

Tuy nhiên, đậu nành đã mất các gen từ cả hai bộ gen ở cùng một mức. “Điều đó cho thấy khi hai bộ gen kết hợp với nhau để tạo ra bộ gen đậu nành, chúng cơ bản giống hệt nhau”, Lisch phân tích.

Các phát hiện của các tác giả cho thấy sao chép hệ gen của đậu nành không phải là xuất phát từ sự sao chép chéo của những người họ hàng xa, mà từ chính bộ gen của cây trồng tăng gấp đôi một cách tự nhiên. Hiểu được vai trò của transposon đối với sự tiến hóa của bộ gen có thể giúp các nhà khoa học hiểu được làm thế nào để thực vật tạo ra sự thỏa hiệp giữa các bộ gen đó.

“Điều này đưa ra cái nhìn sâu sắc về cách bộ gen sao chép đã thay đổi và những thay đổi này có thể ảnh hưởng đến kiểu hình của cây như chúng ta quan sát ngày nay như thế nào”. “Điều này có thể tạo điều kiện cho việc khám phá mạng lưới gen khi chúng tôi phân tích các đặc điểm nông học quan trọng.” (trích dẫn từ Ma).

Post Comment