Việc này có thể giúp rút ngắn quá trình nhân giống và tạo ra nhiều giống khoai tây tốt hơn.
Bước đột phá, được thực hiện bởi một nhóm nghiên cứu từ Viện Genomics Nông nghiệp tại Thâm Quyến, thuộc Viện Khoa học Nông nghiệp Trung Quốc, được công bố trực tuyến trên số mới nhất của Tạp chí Khoa học Cell.
Khoai tây là cây lương thực có củ quan trọng nhất và là một trong những cây trồng chủ lực ở hầu hết các nước trên thế giới, bao gồm cả Trung Quốc. Wu Yaoyao, một thành viên chủ chốt của nhóm nghiên cứu, cho biết so với các loại cây lương thực khác, khoai tây cần ít nước hơn và có thể trồng ở nhiều khu vực khác nhau.
"Nhưng việc nhân giống một giống khoai tây mới mất quá nhiều thời gian. Giống khoai tây được sử dụng cho món khoai tây chiên của McDonald's đã được nhân giống hơn 120 năm trước", Wu nói.
Nguyên nhân chính là do khoai tây thuộc thể tứ bội, tức là có 4 bộ gen, nhân giống vô tính bằng củ nên chu kỳ nhân giống dài, hiệu quả sinh sản thấp, đồng thời củ cũng dễ nhiễm bệnh, sâu bệnh.
Nhóm nghiên cứu đã khởi động "Dự án khoai tây phổ biến", nhằm chuyển đổi quá trình sinh sản của khoai tây từ vô tính sang hữu tính và từ sự phụ thuộc vào củ sang sự phụ thuộc vào hạt giống, đồng thời hướng dẫn nhân giống khoai tây bằng cách sử dụng bộ gen và sinh học tổng hợp.
Nhân viên phân loại khoai tây tại một trung tâm trồng khoai tây ở quận Xiji, khu tự trị Ninh Hạ Hồi, Tây Bắc Trung Quốc.
Wu giải thích, để lai tạo các giống khoai tây chất lượng cao nhất quán, các nhà khoa học cần thu được các dòng đồng hợp tử cao bằng cách tự thụ phấn liên tục, để có thể tạo ra các dòng thương mại lai với các đặc tính nhất quán.
Tuy nhiên, trong lịch sử sinh sản vô tính lâu dài của khoai tây, một số lượng lớn các đột biến có hại tiềm ẩn đã được tích lũy. Sau khi tự thụ phấn, những đột biến "vô hình" trước đây sẽ tác động bất lợi tới cây trồng như giảm khả năng sống sót, vô sinh, giảm khả năng kháng bệnh và năng suất. Hiện tượng này được gọi là sinh sản cận huyết, là một trở ngại lớn trong việc nhân giống khoai tây lai.
"Khắc phục những đột biến có hại là nhiệm vụ khó khăn nhất trong nghiên cứu này", Huang Sanwen, trưởng nhóm nghiên cứu cho biết.
Các nhà nghiên cứu đã thu thập và so sánh thông tin bộ gen từ 100 vật liệu Solanaceae và Convolvulaceae với lịch sử tiến hóa tích lũy là 1,2 tỷ năm. Khoai tây thuộc họ Solanaceae, trong khi khoai lang thuộc họ Convolvulaceae.
"Chúng tôi quan sát thấy rằng sau 1,2 tỷ năm tiến hóa, một gen hoặc một đoạn DNA của thực vật không thay đổi, để từ đó xác định được những vị trí được bảo tồn và không thay đổi nhất trong bộ gen", Huang nói.
"Nếu các vị trí gen này đột biến, thì nhiều khả năng sẽ có tác động xấu đến khoai tây, đó là các đột biến có hại. Chúng tôi đã khám phá bức tranh toàn cảnh về các đột biến có hại ở cấp độ toàn bộ bộ gen và tạo ra bản đồ hai chiều đầu tiên về khoai tây. Chúng tôi có thể tìm kiếm và loại bỏ các đột biến có hại một cách toàn diện và hiệu quả hơn", Huang cho biết.
Nhóm nghiên cứu cũng đã phát triển một mô hình dự đoán toàn bộ bộ gen mới, mô hình này có thể cải thiện đáng kể độ chính xác dự đoán của các tính trạng như năng suất, chiều cao cây và hình dạng củ từ 25 đến 45%. Mô hình có thể hỗ trợ người trồng trọt đưa ra các quyết định nhân giống sớm, từ đó giảm chi phí nhân giống và rút ngắn quy trình nhân giống khoai tây.
Nghiên cứu có thể tăng hiệu quả nhân giống khoai tây lên khoảng 50%, tạo cơ sở cho việc cải tiến giống. Huang cho biết thêm, công nghệ này cũng có thể được áp dụng để cải thiện các loại cây trồng khác, chẳng hạn như khoai lang, trái cây, mía, cũng như nhiều loại cây trồng nhiệt đới.
