Ba hệ thống di truyền kiểm soát sự tăng trưởng, phát triển và năng suất lúa (Oryza sativa L.): một sự đánh giá lại về ‘Cách Mạng Xanh’

Ba hệ thống di truyền kiểm soát sự tăng trưởng, phát triển và năng suất lúa (Oryza sativa L.): một sự đánh giá lại về ‘Cách Mạng Xanh’

Zhang và ctv. thuộc Viện Hàn Lâm Nông Nghiệp Trung Quốc cống bố kết quả nghiên cứu này trên tạp chí Theoretical and Applied Genetics (April 2013, Volume 126, Issue 4, pp 1011-1024). Cách Mạng Xanh (GR-I) bao trùm cả sự đáp ứng có tính chất toàn cầuvề dạng hình của cây lúa nửa lùn (SRCs) với các alen đột biến tại loci GA20ox2 hoặc SD1 mã hóa gibberellin 20-oxidase.

Hai loạt thí nghiệm đã được thực hiện để thẩm định lại ảnh hưởng gen đa tính trạng (pleiotropic effects) của SD1 và các mối quan hệ của nó với số lượng khá lớn các QTLs ảnh hưởng đến sự tăng trưởng, phát triển và năng suất của cây lúa.

Ảnh hưởng của gen đa tính trạng đối với SD1 trong nền tảng di truyền của giống IR64 đối với chiều cao cây, sinh khối và chiều dài rễ, khối lượng hạt, đối với mức độ hữu thụ của hoa lúa và trổ bông muộn lần đầu tiên được xác định với các quần thể con lai rất lớn của các dòng gần như đẳng gen (near isogenic lines) đối với IR64 để xem xét gen SD1.

Trong loạt thí nghiệm thứ hai, QTLs điều khiển chín tính trạng liên quan đến tăng trưởng và năng suất đã được định tính bằng một mô phỏng mới về di truyền số lượng và phân tử, với các số liệu kiểu hình của quần thể nổi tiếng đơn bội kép giữa IR64 và Azucena trên 11 môi trường thí nghiệm khác nhau. Có 3 hệ thống di truyền: lộ trình SD1-mediated, lộ trình SD1-repressed và lộ trình SD1-independent điều khiển sự tăng trưởng, phát triển và năng suất cây lúa. Hệ thống SD1-mediated có tất cả 43 đơn vị di truyền biểu hiện chức năng (FGUs) được kiểm soát bởi GA. Hệ thống SD1-repressed là một hệ thống có tính chất lựa chọn khả năng (alternative) bao gồm 38 FGUs mà nó chỉ biểu hiện trong đột biến sd1. Hệ thống SD1-independent có 64 FGUs thể hiện tính độc lập của SD1.

Cách Mạng Xanh lần một (GR-I) cho thấy từ những khác biệt có tính chất tổng thể giữa hai hệ thống trước đây biểu hiện thông quan 3 khía cạnh như sau: (1) tính trạng/môi trường đặc thù; (2) phân bố của những alen tương ứng làm năng suất tăng lên trong bố mẹ; và (3) đáp ứng với phân N khác nhau. Kết quả cho thấy 71,4 % loci được phát hiện, có một QTL trong khác biệt này nằm giữa một alen có chức năng với một alen đột biến theo kiểu “loss-of-function”, trong khi đó, 28,6 % loci còn lại, hai alen có chức năng tạo ra nhiều ảnh hưởng khác biệt nhau.

Kết quả còn khẳng định rằng: hai chiến lược chung đối với Cách Mạng Xanh lần hai (GR-II) là: (1) khai thác triệt để hơn tiềm năng di truyền của hệ thống SD1-repressed và SD1-independent; (2) phục hồi hệ thống SD1-mediated, hoặc ‘cho trở lại bản chất nguyên thủy trong tự nhiên’ để khai thác hoàn toàn biến dị di truyền của những loci ấy trong hệ thống SD1-mediated mà hệ thống này hầu như không thể tiếp cận với các yêu cầu của những chương trình chọn tạo giống lúa trên thế giới trên cơ sở gen sd1. Xem http://link.springer.com/journal/122