Sự di truyền tính nhớ Stress ở thực vật

Trong sinh giới, thực vật thuộc nhóm có vòng đời tương đối dài, sinh sản chậm và phải chống chịu nhiều điều kiện khắc nghiệt của môi trường dù không có khả năng di chuyển.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Sự di truyền tính nhớ Stress ở thực vậtSự di truyền tính nhớ Stress ở thực vậtTrong sinh giới, thực vật thuộc nhóm có vòng đờitương đối dài, sinh sản chậm và phải chống chịunhiều điều kiện khắc nghiệt của môi trường dùkhông có khả năng di chuyển. Chính vì vậy, tạohóa đã ban cho thực vật khả năng đáp ứng rấtlinh động với các điều kiện stress như nóng, lạnh,hạn hán, ngập úng, đủ loại vi sinh vật tấn công…Các nghiên cứu trong thời gian qua đã chứng tỏ dướiảnh hưởng của stress, thực vật không chỉ thay đổi vềmặt sinh lý mà cả những biến đổi trên genome cũngđã bước đầu được ghi nhận. Tuy nhiên liệu thực vậtcó khả năng truyền các đáp ứng đó lại cho con cháuhay không vẫn còn là một điều chưa được làm rõ.Một kết quả nghiên cứu mới trên tạp chí Nature đãkhẳng định điều này, nghiên cứu bước đầu xác địnhtrạng thái stress của thực vật làm gia tăng tính biếnđộng trong genome và tính chất này có thể được ditruyền cho các thế hê sau. Tính trạng gia tăng tần sốtái tổ hợp tương đồng là một tính trạng ngoại ditruyền và có thể được truyền từ cả bố lẫn mẹ trongcác phép lai chéo (tính trạng được quy ước là tínhtrạng trội). Kết quả nghiên cứu cho thấy các nhân tốbất lợi trong môi trường không chỉ di truyền đượcqua các thế hệ mà còn có thể làm gia tăng tính đadạng di truyền ở mức cá thể, giúp cho loài thíchnghi hơn với điều kiện bất lợi. Một thí nghiệm sự chống lại của chiếc lá khi tăng nhiệt độ (Ảnh: ugent.be)Thực vật thường xuyên phải chống chịu các điều kiệnmôi trường khác nhau bằng các đáp ứng stress. Đókhông chỉ là những thay đổi về mặt sinh lý mà cònlàm thay đổi độ biến động của genom, chẳng hạn nhưsự kích hoạt các nhân tố chuyển vị, cảm ứng đột biến,hoặc gia tăng tần số tái tổ hợp tương đồng dưới tácdụng của tia UV-B. Đặc biệt là khi bị các tác nhângây bệnh tấn công, thực vật cũng đáp ứng bằng cáchgia tăng độ biến động của genom. Tất cả các đáp ứngtrên genom được tích lũy đến mức độ nào đó có thểảnh hưởng đến biểu hiện kiểu hình. Tuy vai trò củachúng có giá trị rất cao trong tiến hoá và thích nghi ởthực vật nhưng lại chưa đuợc hiểu biết sâu về mặt cơchế cũng như chưa đánh giá được mức độ phổ biếntrong sinh giới nói chung và thực vật nói riêng.Hầu hết các nghiên cứu về đáp ứng stress trên genomtrong thời gian qua mới chỉ ghi nhận về sự tồn tại củahiện tượng này ở mức độ kiểu hình cụ thể của cá thể.Nghiên cứu này chứng tỏ được rằng các đáp ứngstress biotic (fgl 22) và abiotic (UV-C) trên genomthực vật (A.thaliana) có thể truyền qua nhiều thế hệsau.Độ biến động genom được đánh giá thông qua tần số tổ hợp tương đồng HRF (HomologoustáiRecombinant Frequency).Để có thể định lượng được tần số tái tổ hợp, người tadựa trên hệ thống GUS fusion thiết kế sẵn. Trong đó,mẫu đã biến nạp hệ thống GUS fusion được giữ trongđiều kiện chống tái tổ hợp trên môi trường chứaHygromycin; khi không có kháng sinh chọn lọc, táitổ hợp nếu có xảy ra sẽ tạo thành GUS nguyên vẹn vàbiểu hiện thành enzyme có hoạt tính. Điểm màu càngcao, tần số tái tổ hợp càng lớn. Nghiên cứu cho thấy Arabidopsis đáp ứng với tia UV-C cũng nhưcác tác nhân gây bệnh bằng cách gia tăng tần số tái tổ hợp.Sau khi ghi nhận tần số tái tổ hợp tương đồng ở thếhệ thứ nhất, cây đã xử lý được mang ra đất trồng vàthực hiện các phép lai để kiểm tra sự di truyền tínhtrạng và vai trò của bố mẹ. Người ta nhận thấy mặcdù không được xử lý các tác nhân stress, cũng nhưkhông có sự thay đổi về một số trình tự nhưng tínhtrạng HRF cao vẫn được duy trì bền vững qua ít nhất4 thế hệ. Đồng thời trong phép lai chéo với cá thểhoang dại, sự di truyền tính trạng HFR cao có sựkhác biệt rất rõ ràng khi thay đổi vai trò của bố hoặcmẹ. (Ảnh: Nature)Tuy nhiên, một kết quả bất ngờ khác là tính trạng nàyvẫn được truyền cho các thế hệ sau một cách gần nhưhoàn toàn ngay cả khi bố hoặc mẹ của chúng thuộcgiống hoang dại (không được xử lý, không có genechỉ thị).Điều này chứng tỏ khi có điều kiện bất lợi xảy ra,thực vật có một cơ chế cho phép nó tự nâng caomức độ biến động của genom (nhưng không thayđổi trình tự) đồng thời các thế hệ sau cũng có thểđược thừa hưởng tính chất này nếu như bố hoặc mẹcủa chúng đáp ứng stress. Nghiên cứu cho thấy rõhơn bản chất tiến hóa của thực vật trong mối quan hệvới các tác nhân stress, nếu so sánh một cách hơikhập khiễng, nó tương tự như khái niệm Gene đốigene (Flor), thực vật luôn sẵn sàng biến đổi để tiếnhoá.Phụ lục:Điều kiện trồng: Trồng trong đất: Hạt Arabidopsisđược gieo trong đất ở 4oC và đặt trong tối 3 ngày,sau đó được đặt trong phytotron với độ ẩm 70%,quang kỳ 16/8 ở 16oC.Trồng in vitro: Hạt được gieo trên môi trường MSbroth (Duchefa) sucrose 1%, agar 0.8%, pH 5.8,quang kỳ 16/8. Cây 3 tuần tuổi được mang ra đấttrồng để thu hạt bằng cách tự thụ hoặc lai chéo.Xử lý UV-C và flagelin: Hai tác nhân stress đại diệnđược dùng trong thí nghiệm là UV-C và flagelin (đạidiện cho biotic và abiotic). Trong tất cả các thínghiệm, cây được trồng trong môi trường gieo hạttrong 13 ngày trước khi được xử lý. Cây được chiếutia UV-C (254nm) hoặc nhúng trong môi trường chứaflagelin (vùng bảo tồn flg22 từ vi khuẩn và vùng đặctrưng flg22Atum từ Argobacterium tumefacient)Tài liệu tham khảo: Jean Molinier, Gerhard Ries,Cyril Zipfel & Barbara Hohn, 2006. Transgenerationmemory of stress in plants. Nature letters.442(31):1046 -1049Nguyễn Hữu HoàngTheo Nature, Sinh học Việt Nam ...