Giải mã bí mật của củ cải đường

Một nhóm các nhà nghiên cứu quốc tế từ Đại học Bielefeld, Đức, Trung tâm Điều tiết Gen (CRG) ở Barcelona, Tây Ban Nha, Viện Di truyền phân tử Max Planck (MPIMG), Khoa Bộ gen Động vật Có xương sống (H. Lehrach) ở Berlin và các đối tác khác từ giới học viện và khu vực tư nhân, lần đầu tiên đã giải được trình tự và phân tích các gen ngọt ngào của củ cải đường. Các kết quả nghiên cứu, đã được công bố trong tạp chí Thiên Nhiên số ra ngày 18 tháng 12, cũng làm sáng tỏ cách thức bộ gen được định hình ra sao từ sự chọn lọc nhân tạo.

Những thực phẩm như bánh nướng xốp, bánh mì hoặc nước sốt cà chua có điểm gì chung? Tất cả chúng đều có chứa một lượng đường tinh luyện trắng khác nhau. Nhưng, thứ có thể đem lại sự bất ngờ là đường này có lẽ có nguồn gốc từ một thực vật rất giống với rau bina hoặc củ cải, nhưng ngọt hơn rất nhiều, đó là các củ cải đường. Trong thực tế, thực vật này chiếm gần 30% sản lượng đường hàng năm của thế giới, theo Tổ chứcNông Lương của Liên Hiệp Quốc (FAO) cho biết. Không hề vô ích trong 200 năm qua khi nó là một loại cây trồng được canh tác trên toàn thế giới vì sở hữu chất làm ngọt mạnh mẽ của mình.

Củ cải đường là đại diện đầu tiên của một nhóm thực vật có hoa gọi là Caryophyllales, bao gồm 11.500 loài, đã có hệ gen được giải trình tự. Nhóm này bao gồm các loại cây khác có tầm quan trọng về kinh tế, như rau bina, cũng như các thực vật có sinh học thú vị, như cây ăn thịt hay thực vật sa mạc. Có 27.421 gen mã hóa protein đã được phát hiện trong hệ gen của củ cải đường, nhiều hơn số gen được mã hóa trong hệ gen của con người. "Củ cải đường có số lượng ít hơn các gen mà mã hóa các yếu tố phiên mã so với bất kỳ thực vật có hoa nào có bộ gen đã được biết," Bernd Weisshaar, một nhà nghiên cứu chính từ Đại học Bielefeld, người tham gia vào nghiên cứu, cho biết. Các nhà nghiên cứu suy đoán rằng, củ cải đường có thể chứa các gen cho đến nay chưa được biết liên quan đến việc kiểm soát phiên mã, và các mạng lưới tương tác gen có thể đã tiến hóa khác biệt trong củ cải đường so với các loài khác.

Nhiều dự án giải trình tự ngày nay nhắm vào việc phân tích các bộ gen mới cũng như giải quyết việc mô tả về biến dị di truyền ở loài quan tâm. Thường thì "điều này được thực hiện bằng cách tạo ra các kết quả đọc trình tự thu được từ các công nghệ giải trình tự thông lượng cao, tiếp theo là sắp xếp các kết quả đọc này với bộ gen tham khảo để xác định sự khác biệt," Heinz Himmelbauer, một nhà điều tra chính của nghiên cứu này, giải thích. Tuy nhiên, công trình nghiên cứu hiện tại, đã đi một bước xa hơn và tạo ra các tổ hợp bộ gen từ thêm bốn dòng củ cải đường. Điều này cho phép các nhà nghiên cứu có được một bức tranh rõ hơn về sự biến dị trong một loài ở củ cải đường. Tóm lại, có 7 triệu biến thể đã được phát hiện trên khắp bộ gen. Tuy nhiên, sự biến dị không được phân bố đồng đều: Các tác giả phát hiện thấy nhiều khu vực có sự biến dị cao, nhưng nhiều khu vực có sự biến dị rất thấp, phản ánh kích thước quần thể nhỏ mà cây trồng này hình thành, cũng như phản ánh sự lựa chọn của con người đã định hình bộ gen của cây.

Nhờ vào giải trình tự bộ gen củ cải đường, dự kiến sẽ có các nghiên cứu trong tương lai tìm hiểu về sự phân chia phân tử của quá trình chọn lọc tự nhiên và chọn lọc nhân tạo, sự điều hòa gen và sự tương tác giữa gen và môi trường, cũng như các phương pháp công nghệ sinh học để tùy chỉnh cây trồng theo từng ứng dụng khác nhau trong sản xuất đường và các sản phẩm tự nhiên khác. "Củ cải đường sẽ là một nền tảng quan trọng trong nghiên cứu về bộ gen trong tương lai liên quan đến thực vật," các tác giả tuyên bố.

Chi tiết xem tại đây

Theo Dongnaidost