Trung tâm công nghệ sinh học Thành Phố Hồ Chí Minh

Các loài cây chịu lạnh như thìa canh đã thích nghi tốt với khí hậu lạnh giá của Kỷ băng hà. Khi các giai đoạn lạnh và ấm xen kẽ nhau đã làm phát triển một số loài có sự nhân lên của bộ gen. Các nhà sinh học tiến hóa từ các trường đại học Heidelberg, Nottingham và Prague đã nghiên cứu ảnh hưởng của sự nhân đôi bộ gen đối với tiềm năng thích nghi của thực vật. Kết quả cho thấy các thể đa bội - loài có nhiều hơn hai bộ nhiễm sắc thể - có thể tích lũy các đột biến cấu trúc mang các tín hiệu có khả năng thích nghi cục bộ, cho phép chúng chiếm giữ các ổ sinh thái hết lần này đến lần khác.
  Chi thìa canh thuộc họ Brassicaceae đã tách ra khỏi họ hàng Địa Trung Hải của nó hơn mười triệu năm trước. Trong khi hậu duệ trực tiếp của chúng chuyên ứng phó với stress hạn hán, cây thìa canh (Cochlearia) đã chinh phục môi trường sống lạnh giá và Bắc Cực vào đầu Kỷ băng hà cách đây 2,5 triệu năm. Trong các nghiên cứu trước đây, các nhà nghiên cứu dưới sự hướng dẫn của Giáo sư Tiến sĩ Marcus Koch đã tìm hiểu bằng cách nào mà cây Cochlearia có thể liên tục thích nghi với thời kỳ lạnh và ấm xen kẽ nhanh chóng trong hai triệu năm qua. Trong số những điều khác, các loài thực vật thích nghi với thời tiết lạnh mới được tạo ra đã phát triển các nguồn gen riêng biệt tiếp xúc với nhau ở các vùng lạnh. Sự trao đổi gen đã tạo ra quần thể có nhiều bộ nhiễm sắc thể.

Tuy nhiên, Marcus Koch giải thích, cho đến nay người ta biết rất ít về cơ chế gen và tiềm năng giúp thực vật thích nghi với những thay đổi nhanh chóng của môi trường. Giáo sư Koch, thuộc nhóm nghiên cứu “Đa dạng sinh học và Hệ thống thực vật” tại Trung tâm Nghiên cứu Sinh vật của Đại học Heidelberg cho biết: "Điều này thậm chí còn đặc biệt hơn vì phần lớn các loại cây trồng quan trọng nhất của chúng ta là cây đa bội và do đó có nhiều bộ nhiễm sắc thể. Thực tế này là kết quả của sự chọn lọc mạnh mẽ trong quá trình canh tác và chọn lọc".

Trong nghiên cứu hiện tại dưới sự hướng dẫn của Giáo sư Tiến sĩ Levi Yant, một bộ gen tham chiếu lưỡng bội với hai bộ nhiễm sắc thể của một loài thìa canh Alpine, Cochlearia excelsa, đã được giải trình tự và một bộ gen toàn diện đã được tái tạo. Nó kết hợp các trình tự bộ gen khác nhau lại với nhau và do đó cho thấy các biến thể di truyền giữa các cá thể và các loài khác nhau. Để đạt được mục tiêu này, hơn 350 bộ gen của nhiều loài Cochlearia khác nhau, có số lượng bộ nhiễm sắc thể khác nhau, đã được phân tích. Giáo sư Yant, nhà nghiên cứu về tiến hóa bộ gen tại Đại học Nottingham (Anh), giải thích: “Thật đáng ngạc nhiên, kết quả cho thấy các loài đa bội thực sự biểu hiện các biến thể cấu trúc bộ gen mang các tín hiệu có khả năng thích nghi cục bộ thường xuyên hơn so với các loài lưỡng bội”.

Những đột biến cấu trúc này được che giấu bởi các bản sao bộ gen bổ sung và do đó được bảo vệ khỏi sự chọn lọc ở một mức độ nhất định, vì sự tích lũy các biến thể cấu trúc cũng có thể dẫn đến mất chức năng. Với các mô hình của họ, nhóm nghiên cứu quốc tế đã có thể chứng minh thêm rằng các biến thể cấu trúc đặc trưng của đa bội cũng xuất hiện ở chính các vùng gen có thể đóng vai trò quan trọng trong việc thích ứng với khí hậu trong tương lai. Một phân tích chi tiết về dữ liệu bộ gen cho thấy điều này chủ yếu liên quan đến các quá trình sinh học trong sự nảy mầm của hạt hoặc khả năng kháng bệnh của cây, theo Tiến sĩ Filip Kolář, người thực hiện nghiên cứu tại Đại học Charles ở Prague và Viện Hàn lâm Khoa học Séc.

Tuy nhiên, có lẽ rất khó có khả năng loài Cochlearia được tìm thấy ở Trung Âu ngày nay sẽ sống sót sau biến đổi khí hậu, như Giáo sư Koch nhấn mạnh. "Đặc biệt là loài Cochlearia excelsa lưỡng bội không thể di cư xa hơn đến những vùng cao hơn và lạnh hơn ở vùng núi nước Áo, vì các loài thìa canh này ở một mức độ nào đó đã vươn tới các khu vực trên đỉnh. Loài thìa canh Pyrenees từ vùng đồi núi Trung Âu cũng sẽ gặp khó khăn." Tuy nhiên, các nhà nghiên cứu đã chỉ ra rằng toàn bộ nguồn gen, đặc biệt là ở các loài chuyên chịu lạnh đa bội có thể sống sót, đặc biệt là ở các vùng phía bắc Trái đất. Lịch sử tiến hóa của những loài thực vật họ cải này đã cung cấp những hiểu biết sâu sắc về cách thực vật có thể đối phó với biến đổi khí hậu trong tương lai.

Nguồn: Sciencedaily.com