Hệ gen “B chromosome” ảnh hưởng đến thời gian trổ bông của bắp

Hệ gen “B chromosome” ảnh hưởng đến thời gian trổ bông của bắp

Nguồn: Paulo Maurício Ruas, Mateus Mondin, Antonio Augusto Franco Garcia & Margarida L. R. Aguiar-Perecin. 2025. Maize B chromosome affects the flowering time. Theoretical and Applied Genetics; March 14 2025; vol.138; article 73

Ảnh hưởng của nhiễm sắc thể B của cây bắp đối với tính trạng trổ bông đã được người ta nghiên cứu, cho thấy xu hướng ra bông đực (cờ bắp) bị trì hoản với một sự gia tăng số nhiễm sắc thể B.

Mục tiêu nghiên cứu là làm rõ liệu sự hiện diện của nhiễm sắc thể B có làm thay đổi thời gian trổ cờ và phun râu hay không của cây bắp Zea mays L. Vì vậy, người ta thực hiện 4 thí nghiệm, 3 thí nghiệm trên dòng bắp cận giao (inbred) của “Zapalote Chico race” và thí nghiệm 4 trên tổ hợp con lai (hybrid) giữa Cateto x Zapalote Chico. Những thí nghiệm này bao gồm các lớp khác nhau về số nhiễm sắc thể B và được  bố trí thành khối hoàn toàn ngẫu nhiên, hai lần nhắc lại. Trong 3 thí nghiệm được thực hiện với dòng cận giao “Zapalote Chico race”, người ta thấy rằng số “B chromosomes” có một ảnh hưởng tối thiểu để bắp phun râu (female flowering). Để bắp trổ cờ (male), người ta thực hiện phân tích thống kê cho kết quả là ít nhất một phần thay đổi được quan sát khi bắp trổ bông có thể do sự khác biệt số lượng nhiễm sắc thể vướt ngoài con số thường quy (extranumerary chromosomes). Kết quả phân tích con lai Cateto x Zapalote Chico (hybrid) xác định lại kết quả quan sát dòng cận giao “Zapalote Chico race”, chỉ ra rằng: ảnh hưởng của nhiễm sắc thể B đối với thời gian trổ bông  của bắp Zea mays L. rõ rệt hơn hết đối với hoa đực. Cơ chế điều hành bởi “B chromosomes” làm thay đổi thời gian trổ bông vẫn chưa rõ, cần nghiên cứu nhiều hơn để minh chứng rõ hơn vai trò mà vùng “euchromatic” và vùng “heterochromatic” của nhiễm sắc thể có số nhiệm sắc vượt con số thường quy đóng vai trò quan trọng để cây bắp trổ bông.

Xem https://link.springer.com/article/10.1007/s00122-025-04862-7

Tiến hóa sâu đục rễ bắp miền tây đối với nhiều chủng Bacillus thuringiensis trong giống bắp chuyển gen

 Tiến hóa sâu đục rễ bắp miền tây đối với nhiều chủng Bacillus thuringiensis trong giống bắp chuyển gen

Nguồn: Aaron J. Gassmann, Ben D. Brenizer, Abigail L. Kropf, John B. McCulloch, Devin L. Radosevich, Ram B. Shrestha, Eliott M. Smith, and Coy R. St. Clair. 2025. Sequential evolution of resistance by western corn rootworm to multiple Bacillus thuringiensis traits in transgenic maize. PNAS; March 10, 2025; 122 (11) e2422337122; https://doi.org/10.1073/pnas.2422337122 

Sự tiến hóa có tính chất trình tự về tính kháng đối với nhiều đặc điểm của vi khuẩn Bacillus thuringiensis (Bt) trong giống bắp chuyển gen của sâu đục rễ bắp miền tây (western corn rootworm). Đây là lâu sâu hại nghiêm trọng cho canh tác bắp tại Hoa Kỳ. Giống cây trồng chuyển gen Bt có vai trò quan trọng trong quản lý sâu lại chủ lực trên thế giới và làm giảm được tác động bất lợi trong môi trường nông nghiệp. Tuy nhiên, tiến hóa của các loài sâu hại là mối đe dọa lớn nhất để sử dụng liên tục giống cây trồng Bt. Để làm chậm lại sự tiến hóa có tính chất trình tự ấy (sequential evolution) về tính kháng, người ta đề ra những chiến lược quản lý tính kháng theo “nguy cơ kháng cao” với cái gọi là “transgenic pyramid” (tích hợp dạng tháp các transgenes) một khi tính trạng này bị tổn thương do sâu đề kháng được, tránh được kịch bản này, và giảm thiểu nguy cơ kháng của sâu hại bằng cách trồng trọt theo kiểu “larger refuges” (làm nơi trú ẩn côn trùng lớn hơn) và đa dạng cách quản lý sâu hại.

Cây chuyển gen sản sinh ra protein “toxins” giết chết sâu có từ vi khuẩn Bacillus thuringiensis (Bt), đang được trồng trên thế giới để quản lý sâu hại. “Western corn rootworm” là côn trùng hại rễ bắp nghiêm trọng tại Hoa Kỳ, chúng được quản lý bằng giống bắp chuyển gen Bt. Tại Hoa Kỳ, cánh tác giống Bt cần phải đi kèm theo chiến lược quản lý tính kháng này nhằm làm chậm lại sự tiến hóa của tính kháng Bt. Một trong những chiến lược quản lý tính kháng ấy đầu tiên là “non-Bt refuges” (nơi trú ẩn không phải Bt) khi trồng giống Bt sản sinh ra hai Bt toxins (i.e., một tích hợp hình tháp, chồng gen) để giết được cùng một loài côn trùng gây hại. Phương pháp này làm chậm lại tính kháng của sâu vì cá thể với tính kháng một loại độc tố đều bị giết lần thứ hai. Tuy nhiên, nếu một loài sâu hại kháng được một toxin trong pyramid nói trên, thì hiệu quả của một pyramid làm trì hoản tính kháng được thỏa hiệp, khả năng dẫn đến kết quả tiến hóa tính kháng đối với cả hai toxins. Ở đây, người ta áp dụng phương pháp “meta-analysis” để minh chứng sự tiến hóa có tính trình tự ấy về tính kháng của sâu đục rễ bắp đối với giống bắp Bt (tạo protein Cry3Bb1) được theo sau bởi tính kháng giống bắp (sản sinh Gpp34/Tpp35Ab1), với tính kháng đối với từng “Bt toxin” tăng lên theo thời gian như trên đường thẳng. Hơn nữa, sâu đục thân rễ kháng Bt tạo sức ép tổn thương đáng kể khi ăn, trên ruộng bắp, có “pyramid” giống bắp bao gồm giống tạo ra protein: Gpp34/Tpp35Ab1 và Cry3Bb1. Muốn giảm thiểu rủi ro của sự tiến hóa ấy  với đa tính trạng “transgenic”, người ta cần nhấn mạnh đến chiến lược phát triển “chồng các transgenes” không làm tổn hại bởi tính kháng trước đó, trong vài trường hợp,  tính kháng có mặt tại “nơi trú ẩn lớn hơn” trên cây bắp “non-Bt” và phương pháp quản lý dịch hại đa dạng hơn cần phải được áp dụng.

Xem https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2422337122

Tìm ra sự khác biệt lớn về khả năng tìm kiếm nước ở các giống ngô của Hoa Kỳ

 Tìm ra sự khác biệt lớn về khả năng tìm kiếm nước ở các giống ngô của Hoa Kỳ

Nguyễn Tiến Hải theo Phys.org

Rễ ngô phát triển trong một thí nghiệm được thiết kế tùy chỉnh để đo lường phản ứng phân nhánh của rễ đối với độ ẩm, một hiện tượng được gọi là hydropatterning. Nguồn: LiPo Ching, Stanford University.

Cây ngô biết cách tìm nước trong đất bằng chính chóp rễ của nó, nhưng một số giống, bao gồm nhiều giống được sử dụng để lai tạo ngô năng suất cao ở Hoa Kỳ dường như đã mất đi một phần khả năng đó, theo một nghiên cứu do Đại học Stanford dẫn đầu cho biết. Với tình trạng biến đổi khí hậu làm gia tăng hạn hán, những phát hiện này có tiềm năng phát triển các giống ngô có khả năng phục hồi tốt hơn.

Nghiên cứu được công bố trên tạp chí Science đã khám phá ra cơ chế di truyền đằng sau “phản ứng khả năng phân nhánh của rễ với độ ẩm” (hydropatterning)”, hay cách rễ cây phân nhánh hướng về phía nước và tránh những khoảng đất khô cằn. Đặc biệt, các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng ethylene, một loại hormone thực vật được biết đến là giúp chuối chín, cũng ảnh hưởng đến cách rễ cây phát triển để tìm kiếm nước.

“Thực vật rất tinh vi trong cách chúng “nhìn thấy” nước ở đâu trong đất và các gen chịu trách nhiệm cho điều đó đóng vai trò quan trọng trong việc giúp cây tạo ra hệ thống rễ được tối ưu hóa để hấp thụ nước hiệu quả”, José Dinneny, tác giả chính của nghiên cứu và là giáo sư sinh học tại Khoa Khoa học và Nhân văn của Stanford cho biết.

Về cơ bản, cây trồng sử dụng ethylene dạng khí do rễ của chúng tạo ra để cảm nhận vị trí của các khoảng không khí trong đất, Dinneny cho biết. Sau đó, chúng điều chỉnh sự phân nhánh của rễ theo hướng của hormone đó.

Rễ tìm nước

Mặc dù phòng thí nghiệm Dinneny trước đây đã tiết lộ độ nhạy cảm tinh vi của rễ ngô trong việc phát hiện nước, nhưng mức độ thực hiện điều này của cây phụ thuộc rất nhiều vào giống ngô cụ thể.

Đối với nghiên cứu này, các nhà nghiên cứu đã phát triển một phương pháp mới, đơn giản hóa để nghiên cứu độ nhạy cảm của rễ với nước, giúp có thể phân tích phản ứng của 250 giống ngô phản ánh nguồn gen có trong quá trình lai tạo giống ngô hiện đại. Họ phát hiện ra rằng các giống ngô thích nghi để phát triển ở các vùng nhiệt đới hoặc cận nhiệt đới như Mexico rất giỏi trong việc tạo ra các nhánh rễ mới hướng về phía nước và tránh các vùng khô hạn. Ngược lại, các giống thích nghi với vùng ôn đới của Bắc Mỹ thường mọc rễ theo nhiều hướng mà không phân biệt được vùng khô hạn và vùng ẩm ướt trong đất. Công trình này được thực hiện thông qua sự hợp tác quốc tế của một số nhóm nghiên cứu đóng góp chuyên môn về di truyền định lượng, tiến hóa và phát triển rễ.

Các nhà nghiên cứu cho biết sự phát triển của ngô hiện đại được trồng ở Hoa Kỳ, một loại cây trồng chính thường được trồng trên các vùng đất nông nghiệp màu mỡ cao, có thể đã làm suy yếu phản ứng tìm kiếm nước của rễ cây. Họ cũng lưu ý rằng so sánh với các nghiên cứu ngoài đồng cho thấy rằng cách rễ cây phân nhánh hướng về phía nước mạnh hơn liên quan đến độ sâu của rễ nhiều hơn.

“Điều thú vị là những cây ngô cảm nhận tốt hơn về nơi có nước cũng tạo ra hệ thống rễ sâu hơn”, tác giả chính Johannes Scharwies, một học giả sau tiến sỹ tại phòng thí nghiệm của Dinneny, cho biết. “Một giả thuyết có thể là nếu cây không mất thời gian để phát triển các nhánh rễ ở những nơi không tìm thấy nước và chất dinh dưỡng, thì cây sẽ có nhiều năng lượng hơn để phát triển sâu hơn ở nơi nhiều khả năng có nước hơn”.

Nhắm đến thích ứng hạn hán

Các nhà nghiên cứu đã phát hiện ra thông qua phân tích di truyền rằng hai loại hormone thực vật, auxin và ethylene, đóng vai trò trong cách rễ ngô phản ứng với nước. Mặc dù auxin đã được biết là giúp kiểm soát quá trình này, nhưng sự tham gia của ethylene là một khám phá mới. Trong các thí nghiệm với cây cải xoong (Arabidopsis thaliana) - một cây mẫu thường được sử dụng trong nghiên cứu - các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng các con đường truyền tín hiệu di truyền của hai loại hormone này bổ sung cho nhau: Tín hiệu auxin thúc đẩy sự phát triển của nhánh rễ hướng về phía nước, trong khi ethylene ngăn chặn sự phân nhánh khi rễ tiếp xúc với không khí.

Cần có thêm nghiên cứu để hiểu rõ hơn về sự tương tác của các con đường di truyền này trước khi các giống ngô có thể được phát triển với hệ thống rễ chống chịu hạn tốt hơn, nhưng những phát hiện này nhấn mạnh tầm quan trọng của việc nghiên cứu các phản ứng cục bộ này ở các chóp rễ, Scharwies cho biết.

“Mỗi chóp rễ hoạt động như một cảm biến trong đất. Nghiên cứu các phản ứng cục bộ ở chóp rễ về tìm kiếm nước và chất dinh dưỡng và kiểm soát hướng của các nhánh rễ mới nên được phát triển”, ông cho biết. “Chúng ta cần dành nhiều thời gian hơn để xem xét các phản ứng rễ rất cục bộ này để hiểu toàn bộ cây làm gì, và sau đó chúng ta có thể sử dụng điều đó để phát triển các loại cây có khả năng chống chịu hạn tốt hơn”.

Nghiên cứu khám phá ra những yếu tố di truyền mới phía sau quá trình quang hợp ở cây ngô

 Nghiên cứu khám phá ra những yếu tố di truyền mới phía sau quá trình quang hợp ở cây ngô

Nguyễn Thị Quỳnh Thuận theo Đại học Cambridge

Các nhà nghiên cứu từ Đại học Cambridge hợp tác với các đồng nghiệp từ Scuola Superiore Sant'Anna ở Pisa và Đại học Essex đã xác định các yếu tố di truyền mới có thể ảnh hưởng đến hiệu quả quang hợp ở cây ngô. 

Nghiên cứu này đưa ra một cách tiếp cận mới có giá trị để cải thiện năng suất ở các loại cây trồng như ngô, là một trong những loại cây ngũ cốc quan trọng nhất thế giới. Trong trường hợp của ngô, ngay cả sự gia tăng tối thiểu về năng suất cũng có thể có tác động đáng kể đến an ninh lương thực toàn cầu.

Quang hợp là quá trình mà thực vật sử dụng năng lượng mặt trời để sản xuất chất dinh dưỡng cho sự phát triển của chúng. Tăng hiệu quả của cơ chế này có nghĩa là làm cho cây trồng của chúng ta năng suất hơn và do đó tăng năng suất của chúng. 

Nghiên cứu sử dụng các phương pháp tiếp cận từ di truyền học, hệ gen học và sinh học phân tử để chứng minh rằng có sự đa dạng di truyền trong giống ngô mà chúng ta trồng và điều này có thể dẫn đến những thay đổi đáng kể về cách cây trồng có thể sử dụng năng lượng từ mặt trời. 

Cụ thể, nghiên cứu đã xác định các biến thể di truyền có trong một số loại ngô từ vùng ôn đới làm hạn chế đáng kể khả năng quang hợp của chúng.

Những phát hiện này có thể đặc biệt hữu ích cho việc cải thiện sản xuất ở những vùng có khí hậu mát mẻ hơn như Vương quốc Anh và Bắc Âu, nơi diện tích đất trồng ngô đã tăng đáng kể trong những thập kỷ gần đây và có khả năng sẽ tiếp tục tăng.

Nghiên cứu được công bố trên tạp chí The Plant Cell vào ngày 24 tháng 4 năm 2025. 

Nghiên cứu này là một phần của dự án lớn của châu Âu mang tên CAPITALISE, nghiên cứu về biến thể di truyền tự nhiên trong quá trình quang hợp ở ngô, lúa mạch và cà chua để tạo ra các loại cây trồng có năng suất cao hơn.

Một khu vực chín muồi để khám phá

Ý tưởng đằng sau nghiên cứu này là tìm hiểu và tối ưu hóa các quá trình điều chỉnh việc "bật và tắt" một số thành phần của bộ máy quang hợp. 

Tiến sỹ Johannes Kromdijk, trưởng nhóm Sinh lý học thực vật môi trường tại Đại học Cambridge và là tác giả chính của bài báo giải thích: "Cho đến nay vẫn có quan điểm cho rằng quang hợp không thay đổi nhiều giữa các loài. Dự án này đang thách thức quan điểm đó. Hiện chúng tôi đang tìm thấy sự thay đổi tự nhiên trong các đặc điểm quang hợp ở cà chua, lúa mạch và trong trường hợp này là ngô".

Tiến sỹ Kromdijk cho biết: "Các yếu tố năng suất khác đã được khám phá và không có khả năng mang lại những cải thiện lớn như vậy. Vì vậy, hiệu quả quang hợp là một lĩnh vực chín muồi để khám phá".

Kết quả nghiên cứu đóng góp đáng kể vào việc xác định mục tiêu cải tiến di truyền ngô, mở ra triển vọng mới về tác động và tính bền vững trong canh tác.

Điều chỉnh quá trình quang hợp để tăng năng suất cây trồng

Đồng tác giả đầu tiên của nghiên cứu, tiến sỹ John Ferguson, Phó giáo sư tại Đại học Essex và trước đây là nhà nghiên cứu Sau tiến sĩ tại nhóm Sinh lý học thực vật môi trường ở Cambridge, ông cho biết: “Điều quan trọng là chúng ta phải bắt đầu hiểu được di truyền học điều chỉnh quá trình quang hợp ở cây trồng. Điều này sẽ cho phép chúng ta tinh chỉnh quá trình quang hợp và cải thiện năng suất cây trồng”.

“Trong nghiên cứu này, chúng tôi đã sử dụng sự kết hợp giữa hệ gen học và các phép đo đặc điểm thông lượng cao để khám phá ra các gen điều chỉnh phản ứng của quá trình quang hợp với ánh sáng động. Điều này rất quan trọng vì trong môi trường đồng ruộng, cây trồng được tiếp xúc với ánh sáng thay đổi”. 

“Chúng tôi phát hiện ra rằng hoạt động của một gen cụ thể (CP24) đóng vai trò trung tâm trong việc điều chỉnh phản ứng của quá trình quang hợp với sự thay đổi ánh sáng. Điều này có ý nghĩa quan trọng đối với việc lai tạo ngô và mang lại cơ hội để thiết kế các chiến lược nhằm tối ưu hóa hiệu quả quang hợp ở ngô”. 

Những phát hiện đặc biệt có liên quan đến việc trồng ngô ở vùng khí hậu mát mẻ

Dự án có sự tham gia của một nhóm các nhà nghiên cứu làm việc trong hơn hai năm để đo lường bộ sưu tập khoảng 300 kiểu gen ngô cụ thể trong một thử nghiệm thực địa tại Niab  , ngoại ô Cambridge. 

Đó là một nỗ lực to lớn. "Bạn đang nói đến 640 lô đất", tiến sỹ Kromdijk nói.

“Đây không phải là môi trường phổ biến nhất mà ngô thường được thử nghiệm. Chúng tôi ở khá xa về phía bắc”, ông nói thêm.

Tiến sỹ Kromdijk giải thích: "Đây có thể là một phát hiện đặc biệt liên quan đến khí hậu ôn đới. Dòng gốc biểu hiện kém CP24 là dòng thường được sử dụng để làm cho cây trồng phù hợp hơn với mùa sinh trưởng ngắn hơn, đó là điều bạn cần ở những vùng khí hậu mát mẻ hơn".

Các bước tiếp theo là xem cách thức hoạt động này trong bối cảnh lai tạo. Ngô trồng trên đồng ruộng thường là giống lai. Vì vậy, thử nghiệm để xem các phát hiện có chuyển đổi được hay không là bước tiếp theo quan trọng.

Ảnh hưởng của giống ngô biến đổi gen MON810 bọ đuôi kềm trên mặt lá (Collembola)

 Ảnh hưởng của giống ngô biến đổi gen MON810 bọ đuôi kềm trên mặt lá (Collembola)

Nguồn: Ľudovít Cagáň, Lenka Minarčíková, Pavel Šebek, Lukáš Čížek, Oxana Skoková Habuštová. 2025. Effects of genetically modified maize MON810 on surface-active springtails (Collembola). Entomologia Experimentalis et Applicata; First published: 05 February 2025; https://doi.org/10.1111/eea.13539

Bọ đuôi kìm (Springtails hay Collembola) là thành phần không thể thiếu và có lợi cho cộng đồng sinh vật đất. Như là một phần của nghiên cứu toàn diện về vi khuẩn Bacillus thuringiensis trên giống bắp lai DKC4442YG (sự kiện Bt MON810) biểu hiện “Cry1Ab toxin” trên sinh vật không chủ đích (nontarget invertebrates), người ta nghiên cứu sự phong phú và đa dạng của con “springtails” hoạt động tích cực trên mặt đất, vùng ôn đới, Trung Âu (Tây Slovakia), thời gian hơn 3 năm, 10 lô có Bt, 10 lô có trồng cây bắp sự kiện “near-isogenic non-Bt event DK440”. Bón phân đúng tiêu chuẩn và phun thuốc cỏ theo quy định mà không được dùng thuốc diệt sâu hại. Con springtails được lấy mẫu trong suốt mùa sinh trưởng, 9 đến 11 lần / mỗi lô / năm, sử dụng bẫy hố; có tất cả 580 mẫu được thu trong thời gian thí nghiệm. Có tất cả 7945 cá thể của 9 loài sinh vật được thu.

Người ta tìm thấy giống bắp lai này (Bt vs. non-Bt) không ảnh hưởng đến số lượng trung bình của loài, độ phong phú, hoặc thành phần cộng đồng của con “springtails”. Không có tương tác đáng kể giữa giống bắp lai này và thành phần loài phân bố theo mùa, số loài, độ phong phú, hoặc thành phần cộng đồng. Như vậy, bắp chuyển gen sự kiện MON810 không có bất kỳ tác động nào đến quần thể cộng đồng con Collembola sống tích cực trên mặt đất.

Xem https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1111/eea.13539

Eiei-omics: những khám phá mới về di truyền cây ngô có thể giúp gia tăng năng suất cây trồng bền vững

 Eiei-omics: những khám phá mới về di truyền cây ngô có thể giúp gia tăng năng suất cây trồng bền vững

Nguyễn Thị Quỳnh Thuận theo Đại học Michigan

Những cây ngô được nghiên cứu như thế này đã giúp hé lộ con đường dẫn đến các loại cây trồng năng suất và bền bỉ hơn trong một dự án nghiên cứu do Đại học Michigan dẫn đầu, nghiên cứu các gen trong bối cảnh tế bào. Nguồn: Alexandre Marand.

Bằng cách phân tích DNA từ các tế bào khác nhau trong gần 200 dòng cây ngô, nghiên cứu do Đại học Michigan dẫn đầu đã tiết lộ những hiểu biết có thể giúp người trồng trọt thích nghi tốt hơn với môi trường thay đổi nhanh chóng.

Nghiên cứu mới do Alexandre Marand dẫn đầu tiết lộ thông tin bí ẩn trước đây về hoạt động của các gen bên trong các loại tế bào khác nhau. Điều này cung cấp bối cảnh thiết yếu giúp hiểu rõ hơn về cách sinh học phân tử của một dòng kết nối với các đặc điểm dễ thấy của nó hoặc kiểu hình của nó. Điều này bao gồm các đặc điểm như cây có bao nhiêu trái ngô và những trái ngô đó phát triển lớn như thế nào.

Marand, phó giáo sư khoa sinh học phân tử, tế bào và phát triển của ĐH Michigan (UM), cho biết: “Một trong những điều thực sự đáng chú ý đối với tôi là, có lẽ một thập kỷ trước, khi những nghiên cứu kiểu này lần đầu tiên xuất hiện, chúng tôi chỉ cố gắng liên kết một sự thay đổi di truyền với cách các kiểu hình sẽ thay đổi. Nghiên cứu này cho thấy rằng, trên thực tế, hầu hết các biến thể kiểu hình đều xuất phát từ những thay đổi trong quá trình điều hòa gen: khi nào gen được biểu hiện, nơi nó được biểu hiện và mức độ biểu hiện của nó”.

Một cách khác để xem xét vấn đề này là có sự ngắt kết nối ở giai đoạn trung gian giữa hiểu biết của chúng ta về di truyền thực vật và đặc điểm của thực vật.

Các nhà khoa học lần đầu tiên giải trình tự toàn bộ bộ gen của ngô cách đây hơn 15 năm và kể từ đó, họ đã phát triển khả năng phát hiện ra ngay cả những khác biệt nhỏ trong mã di truyền giữa các mẫu vật. Nhưng những khác biệt này ở cấp độ phân tử thường không tính đến những khác biệt lớn mà người nông dân quan tâm nhất.

Vì vậy, các nhà nghiên cứu bắt đầu nghi ngờ rằng cách các tế bào khác nhau sử dụng những gen đó có thể đóng vai trò quan trọng. Mặc dù mọi tế bào trong một sinh vật đều có chung những gen, nhưng các tế bào khác nhau sử dụng những gen đó theo những cách khác nhau.

Marand cho biết trong khoảng năm năm trở lại đây, khả năng nghiên cứu gen thực vật trong bối cảnh tế bào của các nhà khoa học thực sự đã cất cánh. Và nghiên cứu mới của nhóm ông, được công bố trên tạp chí Science, là bước tiến quan trọng mới nhất trong xu hướng đầy hứa hẹn này.

“Nó thực sự là về việc kết nối các điểm”, Marand, người đã bắt đầu công trình này cách đây vài năm với tư cách là một học giả sau tiến sỹ tại Đại học Georgia, cho biết. Hiện tại, công trình đã được đẩy qua vạch đích, phần lớn là nhờ hai nghiên cứu sinh sau tiến sỹ trong phòng thí nghiệm của ông tại UM: Luguang Jiang và Fabio Gomez-Cano.

Marand cho biết: “Bây giờ chúng ta có thể tạo ra những kết nối đó, chúng ta có thể phân tích các bối cảnh tế bào khác nhau và bắt đầu kết hợp mọi thứ lại với nhau để tối ưu hóa thực vật hoặc tối ưu hóa một số đặc điểm mà chúng ta quan tâm”.

Ông nói rằng nó giống như việc sở hữu một chiếc ô tô, nơi chúng ta biết các bộ phận khác nhau là gì và chúng có chức năng gì, nhưng không biết chúng hoạt động như thế nào. Việc có được thông tin đó giúp chúng ta đánh giá cao hơn về hoạt động của toàn bộ chiếc ô tô - cây ngô trong phép so sánh này và mở ra những cơ hội mới để cải thiện hiệu suất của nó.

Nó cũng giúp hiểu rõ hơn cách điều chỉnh hoạt động của một thành phần ảnh hưởng đến các thành phần khác trong hệ thống.

“Điều này thực sự hữu ích cho việc dự đoán”, Marand cho biết. “Nó cho phép chúng ta tự hỏi trước, 'Nếu chúng ta thực hiện những thay đổi, liệu chúng có mang tính cộng gộp hay thậm chí là hiệp đồng không?' Liệu nó sẽ là một cộng một bằng hai? Hay có thể là 10 - hoặc âm 20”.

Công trình này cũng giúp cung cấp một khởi đầu thuận lợi trong việc hiểu được nơi nào có cơ hội tốt nhất cho sự hiệp lực đang chờ đợi. Ngô có nguồn gốc từ các vùng nhiệt đới của hành tinh và đã phát triển thành các giống hiện có thể chịu được ngay cả khí hậu ôn đới hơn của Michigan.

Bằng cách nghiên cứu rất nhiều giống ngô khác nhau, nghiên cứu mới đã làm sáng tỏ nhiều thay đổi trong quá trình tiến hóa, giúp hiểu được cách ngô thay đổi khi người trồng chọn những loại cây có năng suất tốt nhất trong môi trường của chúng.

Marand cho biết: "Những gì chúng tôi phát hiện ra là rất nhiều trong số những thay đổi đó liên quan đến những thay đổi đối với trình tự điều hòa mà chúng tôi đang nghiên cứu và chúng có những hậu quả riêng biệt ở những loại tế bào rất cụ thể. Chúng tôi có thể sử dụng thông tin đó để tiếp tục cải thiện cây trồng và làm cho ngô thích nghi hơn với các loại khí hậu khác nhau".

Bản đồ di truyền “association” của tính trạng “hữu thụ đực” thể haploid của bắp ngọt

 Bản đồ di truyền “association” của tính trạng “hữu thụ đực” thể haploid của bắp ngọt

Nguồn: Tyler L. Foster, Ursula K. Frei, Mercy Fakude, Matheus D. Krause, Sarah Pfeffer, Somak Dutta, William F. Tracy, Marcio F. R. Resende Jr. & Thomas Lübberstedt. 2025. Association mapping of haploid male fertility in sweet corn. Theoretical and Applied Genetics; April 16 2025; vol.138; article 102

Thực hiện “association mapping” của tập đoàn giống bắp ngọt đa rất dạng “SweetCAP” cho thấy mười chỉ thị phân tử SNPs gắn kết với HMF (haploid male fertility: hữu thụ đực của trạng thái haploid), cho kết quả 4 gen ứng cử viên.

Công nghệ tạo ra đơn bội kép (DH: doubled haploid) sử dụng sự kích hoạt ra haploid in vivo đã và đang cải tiến đáng kể hiệu quả cho chọn tạo giống bắp trên thế giới. Tuy nhiên, những hạn chế từ “genome doubling” đã tạo ra một “nút thắt” trong sản sinh ra dòng bắp DH. Muốn khắc phục được, người ta tạo ra SHGD (spontaneous haploid genome doubling: tăng đôi hệ gen haploid một cách tự phát) điều này đã và đang trở thành sự kiện nổi bật trong thập kỷ qua, đặc biệt là nguồn vật liệu bắp trên ruộng. Trái lại, SHGD của bắp ngọt, phần lớn đã bị bỏ qua. Một tập đoàn bao gồm 286 mẫu giống bắp ngọt có tên “SweetCAP” rất đa dạng được người ta đánh giá về khả năng phục hồi sự hữu thụ của phấn hoa trong trạng thái “haploid”, nếu không, được hiểu là HMF (haploid male fertility). Kết quả “association mapping” xác định 10 SNPs gắn liền với tính trạng HMF, điều này cho ra 4 gen ứng cử viên. Kết quả này làm nổi bật đáng kể hiệu quả của biến thiên HMF, với 11 dòng giống đạt > 54% HMF. Những dòng giống bắp ấy minh chứng HMF tồn tại trong tự nhiên của quần thể giống bắp ngọt và có thể được sử dụng để cải tiến quần thể bắp trồng.

Xem https://link.springer.com/article/10.1007/s00122-025-04888-x