Cơ chế di truyền của ưu thế lai

Từ Thư viện Khoa học VLOS
Bước tới: chuyển hướng, tìm kiếm

Ưu thế lai (heterosis, hybrid vigor) là hiện tượng con lai của 2 dòng thuần có tính trạng vượt trội so với cha mẹ. Cơ chế phân tử gây nên hiện tượng này vẫn là một cuộc tranh luận khoa học đã kéo dài hơn 100 năm. Có 2 giả thuyết lý giải hiện tượng này:

Kiểu hình ưu thế lai khi lai giống ngô B73 × Mo17. Đại diện bắp ngô và cả cây của giống B73 (phải), Mo17 (trái). Hình từ công trình đăng trên Genome Res. (2007) 17: 264-275
Kiểu hình ưu thế lai khi lai giống ngô B73 × Mo17. Đại diện con lai F1. Hình từ công trình đăng trên Genome Res. (2007) 17: 264-275
  1. Giả thuyết tính trội (Dominance hypothesis): cho rằng con lai tập hợp nhiều allele trội, có lợi (ở đa số các locus) hơn so với bố mẹ, điều này 1) ức chế tác động có hại của các allele lặn; 2) tương tác giữa allele trội ở các locus khác nhau [1]
  2. Giả thuyết siêu trội (Overdominance hypothesis): cho rằng tổ hợp nhất định giữa 2 allele thuộc 1 locus có thể tạo ra một kiểu hình ưu thế [2][3].

Một số giả thuyết khác dường như chỉ là những cách lý giải mà không thể là nền tảng để thiết kế thí nghiệm chứng mình được. Tuy nhiên, có 2 sự thật đều được thừa nhận rộng rãi đó là:

  1. Không phải tổ hợp bất kỳ nào giữa 2 dòng thuần đều tạo ưu thế lai. Và các tổ hợp khác nhau thì mức độ ưu thế lai khác nhau. => ủng hộ giả thuyết siêu trội
  2. Cá thể đa bội hóa (có số lượng NST / số phiên bản của gene nhiều hơn so với dòng xuất phát) thường có kiểu hình tương tự ưu thế lai => ủng hộ giả thuyết trội

Hiển nhiên, các nhà nông học cần 1 phương pháp dự đoán được tổ hợp ưu thế lai để tiến hành lai tạo có định hướng. Ngoài ra, đây cũng là con đường chọn giống không cần biến đổi gene. Hiện nay, với sự phát triển của công nghệ transcriptomics và next generation sequencing (whole genome sequencing), các nhà khoa học có điều kiện xem xét vấn đề ở quy mô toàn bộ genome [4][5].

  1. Khi giả thuyết tính trội đúng => một lượng lớn transcripts (tác động tiêu cực) sẽ bị ức chế ở con lai (so với bố mẹ)
  2. Khi giả thuyết siêu trội đúng => một lượng transcripts sẽ được biểu hiện cực đại (so với bố mẹ)

Các số liệu hiện nay chưa ủng hộ rõ ràng giả thuyết nào. Ngoài ra, một số yếu tố khác cũng cần được quan tâm bên ngoài transcriptome [6][7] đó là epigenomes [8] và tích lũy các đột biến tại vị trí điều hòa [9]. Một đề nghị được đặt ra là loại bỏ những thuật ngữ/ giả thuyết đã nêu trên mà đi sâu vào cơ chế tương tác trong mạng lưới các quá trình điều hòa và trao đổi chất trong tế bào thông qua những dữ liệu được lượng hóa. Bằng cách đó thay vì lựa chọn một mô hình trong các giả thuyết trên, chúng ta cần tập trung vào những cơ chế sinh lý có thể lý giải và dự đoán được [10].

Tài liệu tham khảo

  1. Davenport CB (1908). "Degeneration, albinism and inbreeding". Science 28 (718): 455.
  2. East EM (1908). "Inbreeding in corn". Reports of the Connecticut Agricultural Experiments Station for 1907: 419–428.
  3. Shull GH (1908). "The composition of a field of maize". Reports of the American Breeders Association: 296–301.
  4. In Search of the Molecular Basis of Heterosis Plant Cell (2003) 15: 2236-2239.
  5. Allelic variation and heterosis in maize: How do two halves make more than a whole? Genome Res. (2007) 17: 264-275
  6. Comparative Transcriptional Profiling and Preliminary Study on Heterosis Mechanism of Super-Hybrid Rice Mol. Plant (2010) doi: 10.1093/mp/ssq046
  7. An Interspecific Plant Hybrid Shows Novel Changes in Parental Splice Forms of Genes for Splicing Factors Genetics (2010), 184: 975-983.
  8. Global Epigenetic and Transcriptional Trends among Two Rice Subspecies and Their Reciprocal Hybrids Plant Cell (2010) 22:17-33
  9. A Genome-Wide Transcription Analysis Reveals a Close Correlation of Promoter INDEL Polymorphism and Heterotic Gene Expression in Rice Hybrids Mol. Plant (2008) 1 (5): 720-731. doi: 10.1093/mp/ssn022
  10. PERSPECTIVE: Heterosis Plant Cell (2010) 22:2105-2112

Ưu thế lai trong các giáo trình tiếng Việt hiện nay

  1. Ưu thế lai Giáo trình CSDTCG - Hoàng Trọng Phán
  2. Ưu thế lai Giáo trình Di truyền Số lượng, GS. Bùi Chí Bửu