Dùng công nghệ chỉnh sửa gien để tiếp tục thuần hóa cà chua

Theo Nature Biotechnology, các kỹ sư di truyền đã liên tục ngắt 6 locus di truyền (một locus trong di truyền học là một vị trí cố định trên một nhiễm sắc thể, giống như vị trí của một gien) từ giống cà chua hoang dã, tổ tiên của các giống cà chua đã thuần hóa trước đây. Kết quả họ đã thu được loài thực vật với các đặc tính thương mại có giá trị không thua kém các giống hiện đại

Ví dụ, so với giống cà chua Cherry Micro-Tom, hàm lượng lycopene trong giống cà chua “mới thuần hóa” đã tăng 500%. Được biết, lycopene - một sắc tố carotenoid màu đỏ tạo ra màu sắc quả cà chua có tác dụng chống oxy hóa, vẫn được sử dụng như một chất phụ gia sinh học cho thực phẩm cũng như làm thuốc nhuộm.

Theo thống kê, mỗi năm trên thế giới tiêu thụ khoảng 100 triệu tấn cà chua. Cà chua được trồng ngày nay là giống Solanum lycopersicum có nguồn gốc từ một tổ tiên hoang dã Solanum pimpinellifolium với quả có kích thước chỉ ngang hạt đậu. Trong quá trình lai tạo giống, cà chua đã có được nhiều đặc tính hữu ích, nhưng đồng thời, chúng mất đi tính đa dạng di truyền vốn từng giúp cho tổ tiên hoang dã của chúng chống lại các điều kiện bất lợi. Các kỹ sư công nghệ sinh học cho rằng bằng cách thiết kế định hướng các thuộc tính mong muốn trên cơ sở của cây cà chua hoang dã có thể thu được giống cà chua với kích thước quả to, giàu dinh dưỡng đồng thời có sức đề kháng đối với những điều kiện môi trường bất lợi.

Trước đây, các nhà khoa học Brazil từ Đại học Liên bang Visoza, đã hợp tác với các đồng nghiệp Mỹ và Đức, xác định được ít nhất 6 vị trí locus di truyền trong giống cà chua đã thuần hóa mà nếu ngắt đi bằng cách gây các đột biến ngẫu nhiên thì sẽ nâng giá trị nông nghiệp của cây trồng này. Trong số đó có các locus chịu trách nhiệm về sự phát triển chiều cao của cây, hình tròn của quả, kích thước quả, hàm lượng lycopene và giá trị dinh dưỡng của quả.

Để có được giống cà chua “mới thuần hóa” từ các giống cà chua hoang dã, các nhà nghiên cứu sử dụng công nghệ chỉnh sửa gien CRISPR-Cas9 tuần tự “phá vỡ”các locus qua 3 giai đoạn. Trong giai đoạn đầu tiên, các nhà nghiên cứu đã thu được giống cây thấp với trái cây hình bầu dục. Trái cà chua hình bầu dục có giá trị hơn so với các loại tròn vì chúng chắc hơn và không bị nứt, dễ thu hoạch hơn từ các cây thấp. Trong giai đoạn thứ hai, các nhà khoa học nhận được sự gia tăng đáng kể số lượng hoa trên cành và sự gia tăng kích thước của quả là 200%. Trong giai đoạn thứ ba, đột biến di truyền dẫn đến tăng gấp đôi lượng lycopene. Hàm lượng lycopene trong quả cà chua “mới thuần hóa” vượt quá nồng độ lycopene trong các loại trái cà chua Cherry Micro-Tom tới 500%.

Như vậy, các nhà di truyền một lần nữa chứng minh rằng khác với nhân giống, công nghệ CRISPR-Cas9 cho phép chúng ta mau chóng thu được những phẩm chất mong muốn từ thực vật.

Trước đây, các nhà khoa học đã chỉ ra rằng lycopene bảo vệ tế bào khỏi tác động của bức xạ ion hóa. Ngoài ra, những người ăn nhiều cà chua chức năng phổi sa sút chậm hơn khi về già. Đặc biệt, các nhà di truyền đã sử dụng công nghệ CRISPR để làm cho cà chua không hạt và có khả năng nhân giống sinh dưỡng.