Nghiên cứu di truyền tiết lộ những gì khiến hoa nho trở nên hoàn hảo

Tính dục của hoa nho là một yếu tố quan trọng khi nhân giống để tạo ra các cây trồng chất lượng cao. Nguồn: news.cornell.edu

Khi những người trồng trọt ngày nay nuôi trồng thêm nhiều giống mới – cố gắng tạo ra các loại nho ngon hơn và có khả năng kháng bệnh cao hơn – phải mất từ hai đến bốn năm để người làm giống học hỏi được liệu họ có những thành phần di truyền cho những bông hoa hoàn chỉnh không.

Hoa cái đậu quả nhưng tạo ra phấn hoa bất dục. Hoa đực có nhị hoa để thụ phấn nhưng lại không tạo quả. Bông hoa hoàn chỉnh mang cả hai gene này và có thể tự thụ phấn. Những giống nho cho hoa lưỡng tính này về cơ bản cho sản lượng lớn hơn và các chùm quả ngon hơn. Chúng là những giống mà các nhà khoa học dùng để gia tăng khả năng lai chéo.

Hiện tại, các nhà khoa học trường đại học Cornell đã hợp tác với trường đại học California, Davis, để xác định các chỉ thị DNA giúp xác định giới tính của hoa nho. Trong quá trình này, họ đã chỉ ra nguồn gốc di truyền của bông hoa hoàn chỉnh. Kết quả được họ công bố trong bài báo ”Multiple Independent Recombinations Led to Hermaphroditism in Grapevine” (Những tái tổ hợp độc lập, khác nhau dẫn đến sự lưỡng tính trong nho), xuất bản trên Proceedings of the National Academy of Science.

“Đây là bằng chứng hệ gene đầu tiên chứng minh là giới tính của hoa nho có nguồn gốc khác nhau”, Jason Londo, tác giả chính của công trình và là nhà nghiên cứu di truyền học tại Bộ phận nghiên cứu nho thuộc Cơ quan Dịch vụ nghiên cứu nông nghiệp USDA (USDA-ARS) ở  Cơ quan Công nghệ nông nghiệp Cornell, nói.

“Nghiên cứu này rất quan trọng với việc nhân giống và sản xuất giống bởi vì chúng tôi đã thiết kế các chỉ thị di truyền để có thể cho mọi người biết đặc điểm chính xác tính dục của hoa ở từng loại nho”, Londo nói, “nhờ thế, những người nhân giống có thể chọn để giữ việc tái tổ hợp những hì họ muốn cho cây nho tương lai”.

Ngày nay, phần lớn các giống nho được trồng trọt đều là lưỡng tính, trong khi tất cả các thành viên của chi Vitis lại chỉ có hoa đực hoặc hoa cái. Khi các nhà nhân giống cố gắng kết hợp các gene kháng sâu bệnh từ những loài tự nhiên vào những dòng cây mới, khả năng sàng lọc cây trồng từ hạt của tính dục hoa lại càng hết sức quan trọng. Do khó có thể phân biệt được tính dục của hoa bằng hạt nên các nhà nhân giống phải mất rất nhiều thời gian và nguồn lực chỉ để loại bỏ chúng sau nhiều năm.

Trong nghiên cứu này, nhóm nghiên cứu đã xác định được trình tự  DNA của hàng trăm hệ gene loài nho dại và nho được thuần chủng để nhận diện được các vùng xác định tính dục độc nhất vô nhị cho cây đực, cây cái và lưỡng tính. Họ truy dấu sự tồn tại của yếu tố lưỡng tính trong DNA ở cả hai hiện tượng tái tổ hợp riêng biệt, xuất hiện đâu đó vào khoảng 6 triệu năm và 8.000 năm trước.

Giống nho trắng chardonnay được trồng ở Burgundy, Pháp. Nguồn: winemag.com/

Londo đã nắm được về lý thuyết thì những người trồng nho cổ đại thường tình cờ gặp những mùa nho bội thu và thu thập các hạt giống hoặc những hom dây nho cho nhu cầu của chính họ - kết tinh nét tiêu biểu của hoa lưỡng tính trong những giống nho đã được thuần hóa mà ngày nay chúng ta thường trồng trọt.

Nhiều loài nho trồng để làm rượu nho có thể được truy dấu là ở vốn gene (tập hợp tất cả các gene và những alen của chúng trong một quần thể sinh vật) thứ nhất hay thứ hai. Các giống nho đen không hạt như cabernet franc, cabernet sauvignon, merlot và Thompson đều từ vốn gene thứ nhất. Họ pinot, sauvignon blanc và gamay noir đều bắt nguồn từ vốn gene thứ hai.

Những gì khiến cho giống nho trắng chardonnay và riesling trở nên độc nhất vô nhị là chúng mang các gene có được từ hai nguồn này. Londo nói những chỉ dấu đó là những người trồng nho cổ đại đã lai giống nho giữa hai vốn gene đó, bằng cách đó đã tạo ra những loại nho quan trọng nhất ngày nay.

Tài liệu về các chỉ thị di truyền để phân biệt các dạng hoa đực, hoa cái và bông hoa hoàn chỉnh cuối cùng sẽ giúp thúc đẩy cây trồng phát triển và giảm các chi phí cho những chương trình nhân giống.

“Việc càng có nhiều chỉ thị DNA được nhận diện thì càng có nhiều nhà tạo giống có thể đóng góp vào ngành công nghiệp sản xuất nho làm rượu và ăn quả”, Bruce Reisch, đồng tác giả cho biết. “Các công nghệ giải trình tự gene hiện đại và những hợp tác nghiên cứu giữa nhiều viện  là yếu tố quan trọng để có thể làm ra nhiều giống nho tốt hơn”.

Thanh Phương tổng hợp

Nguồn: https://phys.org/news/2021-05-grape-genetics-reveals.html; 

https://news.cornell.edu/stories/2021/05