Lúa mì là lương thực chính trong chế độ ăn của nhiều nền văn hóa. Tăng hiệu quả sản xuất lúa mì sẽ giúp cung cấp lương thực cho nhiều người hơn và giảm chi phí nông nghiệp liên quan.
Kỹ thuật di truyền có khả năng tạo ra các giống lúa mì tốt hơn với các đặc tính mà chúng ta mong muốn, nhưng thật không may, lúa mì cũng là một trong những loại cây trồng khó biến đổi gen nhất.
>> Tham khảo: Các cấu trúc lai mới có thể mở đường cho các máy tính lượng tử ổn định hơn.
Điều này là do lúa mì có khả năng chống lại quá trình “biến đổi”, quá trình đưa gen mới vào tế bào để chúng được tích hợp vào bộ gen và truyền lại cho thế hệ tiếp theo, ngay cả khi đã phát triển một hệ thống chuyển đổi cây trồng thành công sử dụng Agrobacterium tumefaciens.
Giống lúa mì dễ biến đổi nhất là ‘Fielder’, được phát triển vào những năm 1970 bởi Đại học Idaho, nhưng các nhà khoa học không biết tại sao giống cây trồng đặc biệt này lại dễ dàng biến đổi trong khi những giống khác thì không.
Ngoài ra, những khó khăn trong việc chuyển đổi các giống lúa mì khác đã hạn chế những cải tiến di truyền có thể được thực hiện trên loại cây trồng chính này.
>> Tham khảo: Pin không có nguyên liệu thô quan trọng.
Không lùi bước trước thử thách, một nhóm các nhà khoa học do Tiến sĩ Kazuhiro Sato thuộc Viện Tài nguyên và Khoa học Thực vật của Đại học Okayama đứng đầu, đã tập hợp bộ gen ‘Fielder’ và sắp xếp chúng thành các nhiễm sắc thể theo không gian.
Hiểu rõ hơn về bộ gen của lúa mì là một bước để giải quyết vấn đề này và các nhà khoa học đang nỗ lực khám phá trình tự gen của lúa mì.
Trên thực tế, trong một dự án lớn được công bố vào năm 2020, các nhà khoa học đã giải trình tự càng nhiều càng tốt toàn bộ bộ gen của 10 giống lúa mì.
Tuy nhiên, công nghệ giải trình tự không ngừng phát triển và một nghiên cứu được công bố trong năm nay đã phát hiện ra rằng một quy trình gọi là giải trình tự đồng thuận vòng tròn (CCS) có thể đọc nhanh chóng và chính xác các phần dài của bộ gen lúa mạch, thu được toàn bộ trình tự của hầu hết các gen.
“Kỹ thuật CCS có thể lấp đầy bất kỳ khoảng trống giải trình tự nào từ những nỗ lực giải trình tự trước đó, đồng thời đơn giản hơn và tiết kiệm chi phí hợp lý.
>> Tham khảo: Nước rất quan trọng để thành công trong giảm biến đổi khí hậu.
Vì vậy, chúng tôi nhận thấy rằng CCS sẽ có tác dụng đối với lúa mì cũng như lúa mạch và đã tiếp tục sử dụng thành công. Công việc của chúng tôi ở đây đại diện cho tiêu chuẩn tiếp theo trong phân tích trình tự bộ gen lúa mì,” Tiến sĩ Sato giải thích. Toàn bộ phát hiện của họ được xuất bản trong Nghiên cứu DNA.
Sau khi giải trình tự bộ gen ‘Fielder’ bằng CCS, các nhà nghiên cứu đã sử dụng một kỹ thuật khác gọi là chụp cấu hình nhiễm sắc thể thông lượng cao để tổ chức các trình tự thành các nhiễm sắc thể riêng lẻ. Nhóm nghiên cứu đã so sánh kết quả của họ với các bộ gen được công bố trước đó và rút ra một số kết luận quan trọng.
Đầu tiên, bộ gen do CCS tạo ra của chúng khớp với các bộ gen trước đó về cấu trúc và chất lượng nhưng ít phức tạp hơn để thực hiện.
Thứ hai, ‘Fielder’ không có bộ gen bất thường so với 10 giống lúa mì của nghiên cứu năm 2020. Thứ ba, so sánh với các trình tự từ cây lúa mì đột biến được tạo ra trước đó chỉ ra rằng bộ gen do CCS tạo ra rất hữu ích để xác minh sự thành công của các nỗ lực chỉnh sửa bộ gen trước đó.
Ví dụ, nhóm nghiên cứu đã có thể xác nhận bốn vùng chèn gen chuyển vào lúa mì đột biến. Họ cũng có thể tìm thấy các vùng ứng cử viên cho các đột biến ngoài mục tiêu, đó là những trường hợp biến đổi gen xảy ra ở những vị trí ngoài ý muốn của bộ gen.
>> Tham khảo: Các cơ chế biểu sinh để kích hoạt gen đặc hiệu của cha mẹ được giải mã.
Phát hiện này rõ ràng mang lại lợi ích cho những nỗ lực trong tương lai nhằm giảm các hiệu ứng ngoài mục tiêu trong quá trình chỉnh sửa bộ gen.
Khi được yêu cầu thảo luận về ý nghĩa của nghiên cứu của họ, Tiến sĩ Sato nhận xét: “Nhiều quốc gia, bao gồm cả Hoa Kỳ và Nhật Bản, đang xem xét nghiêm túc việc nhân giống lúa mì biến đổi gen để cải thiện năng suất cây trồng.
Chúng tôi đã chứng minh ở đây rằng kỹ thuật CCS có hiệu quả đối với bộ gen lúa mì rất phức tạp và chúng tôi hy vọng điều này sẽ khuyến khích nhiều nhà nghiên cứu hơn phân tích các haplotype lúa mì mà họ đang nhắm mục tiêu cho kỹ thuật di truyền.
Ngoài ra, trình tự bộ gen chất lượng cao mà chúng tôi tạo ra là cần thiết để cải thiện hiệu quả của việc chỉnh sửa bộ gen trong ‘Fielder’ và để chứng minh rằng bất kỳ sửa đổi mới nào đều an toàn cho con người — không có bất kỳ đột biến không mong muốn nào ở đâu đó mà chúng tôi không mong đợi.”
