Hiệu ứng đa bội trong nhân giống cây tinh dầu dược liệu

HIỆU ỨNG ĐA BỘI TRONG NHÂN GIỐNG CÂY TINH DẦU DƯỢC
LIỆU
Sự trao đổi chất thứ cấp của thực vật tạo ra một loạt các cấu trúc hóa học với
ứng dụng cho một loạt các hoạt động, do đó mang lại cơ hội phát triển kinh tế
và xã hội. Thể đa bội là sự sở hữu của ba hoặc nhiều bộ nhiễm sắc thể hồn
chỉnh. Sự nhân đơi của bộ gen và những lợi thế thích nghi có thể có của nó là
một yếu tố quan trọng trong q trình hình thành và tiến hóa của sinh vật nhân
thực. Việc tạo ra các thể đa bội tổng hợp như một chiến lược chọn tạo giống cây
trồng đã cho phép phát triển các giống cây trồng mới và cải tiến. Mục đích của
bài báo này là kiểm tra sự áp dụng kỹ thuật đa bội hóa hiện đại như một cơng cụ
nhân giống và ảnh hưởng của các kỹ thuật này đối với các đặc điểm kiểu hình,
sinh hóa và di truyền ở một số loài cây tinh dầu dược liệu (MAP) để làm sáng tỏ
kiến thức hiện tại chúng ta về các cơ chế có thể có liên quan. Trong những năm
qua, các nghiên cứu mới đã chứng minh rằng quá trình tự đa bội có thể sửa đổi
lại bộ phiên mã (transcriptome) và bộ chuyển hóa tạo ra stress bộ gen. Do đó, đa
bội hóa cũng có thể dẫn đến một loạt các biến đổi, cả về phân tử và sinh lý, với
các kết quả và hệ quả không tuyến tính mà cịn phụ thuộc vào các điều kiện thí
nghiệm. Tương tự như vậy, các khái niệm như sốc bộ gen (genomic shock) và
thủy phân bộ gen (genome fluidity) cũng liên quan đến hiện tượng này, điều này
làm tăng thêm độ phức tạp của q trình.
1. Giới thiệu
Từ xưa, lồi người đã được hưởng lợi từ quá trình trao đổi chất thứ cấp của thực
vật và sự đa dạng của các cấu trúc hóa học mà nó mang lại. Cụ thể, cây tinh dầu
dược liệu (MAP) là nguồn tài nguyên thiên nhiên có giá trị vì chúng có thể tổng
hợp một lượng lớn các chất chuyển hóa thứ cấp được sử dụng rộng rãi trong
nhiều ngành công nghiệp. Việc khai thác hợp lý và bền vững về mặt kinh tế loài
cây tinh dầu dược liệu là đang được quan tâm vì nó sẽ tạo điều kiện cho việc tạo
việc làm, cũng như các cơ hội kinh doanh và giao thương quốc tế.
Một trong những vấn đề chính mà cây dược liệu đang bị khai thác bừa bãi từ tự
nhiên (Iannicelli et al., 2018). Ước tính rằng 15.000 lồi dược liệu hiện đang bị
đe dọa vì khai thác quá mức và mất môi trường sống (Schippmann et al., 2006;

Barata et al., 2016). Để đạt được việc khai thác bền vững hầu hết các lồi này,
cần thay đổi mơ hình sản xuất hiện tại bằng cách giảm thiểu hiện tượng ngoại
lai và thay thế dần bằng việc nuôi trồng các kiểu gen được chọn lọc hoặc cải


tiến. Bước đầu tiên theo hướng này là khởi động chương trình nhân giống,
thuần hóa và nhân giống để tăng năng suất.
Trong bối cảnh đó, cơng nghệ sinh học cung cấp các phương pháp hiệu quả để
tăng sản xuất nguyên liệu thực vật và cải thiện sản xuất các hợp chất có giá trị.
Ngồi ra, cơng nghệ sinh học có thể thúc đẩy, trực tiếp hoặc gián tiếp, các chiến
lược bảo tồn và đồng thời, phát triển việc sử dụng hợp lý và bảo vệ các loài
quan trọng về kinh tế (Iannicelli et al., 2018). Những tiến bộ trong công nghệ
sinh học đã hướng đến các loại kỹ thuật mới trên tế bào mầm: dòng tế bào chất
lượng cao, dòng tế bào ưu tú và vật liệu biến đổi gen cho các đặc điểm quan tâm
(Pathak và Abido, 2014).
Tất cả các chiến lược lai tạo di truyền nhân tạo mà sử dụng đều được lấy cảm
hứng từ thiên nhiên, và việc sử dụng phương pháp đa bội hóa cũng khơng ngoại
lệ. Đa bội, nghĩa là có ba hoặc nhiều bộ nhiễm sắc thể hồn chỉnh, đã được cơng
nhận là một trong những động lực trong q trình tiến hóa thực vật có mạch. Cơ
chế hình thành thể đa bội liên quan đến hai con đường: nhân đôi sinh dưỡng
(somatic doubling) và tạo giao tử không giảm phân (2n) do giảm phân không
đạt (Ramsey và Schemske, 1998). Người ta đã cho thấy rằng tất cả các dịng
thực vật đều có lịch sử tiến hóa bao gồm một số đến nhiều sự kiện nhân đơi tồn
bộ bộ gen (đa bội), cách nhau hàng nghìn đến hàng triệu năm, với mỗi đợt nhân
đơi được chồng lên trên những phần dư bộ gen (genomic remnants) từ các vịng
đa bội trước đó (Wendel et al ., 2018).
Như một cơ chế đặc trưng, đa bội đã thu hút sự quan tâm của nhiều nhà nghiên
cứu vì một số lý do: (i) nó thường gắn liền với các đặc điểm xác định loài mới,
chẳng hạn như cách li sinh sản và sự khác biệt về hình thái, (ii) nó có thể gây ra
nguồn gốc địa chất (saltational origin???) của các lồi mới, và (iii) nó có thể ảnh

hưởng đến sự tiến hóa của dịng tiếp theo, do sự sao chép bộ gen và các lợi thế
thích nghi có thể có của nó (Wood và cộng sự, 2009).
Theo nguồn gốc của chúng, các thể đa bội có thể được phân loại là thể tự bội
hoặc thể dị bội (Stebbins, 1971). Thể tự bội bắt nguồn từ sự nhân đơi số lượng
nhiễm sắc thể ở lồi lưỡng bội, tạo ra hai (hoặc nhiều) cặp nhiễm sắc thể tương
đồng. Các thể dị bội bắt nguồn từ sự lai tạo giữa hai cá thể từ các loài khác nhau
và sự nhân đơi nhiễm sắc thể sau đó (tức là nó kết hợp hai bộ gen khác nhau)
(Yang và cộng sự, 2011).
Nhiều loại cây trồng quan trọng như cỏ linh lăng và khoai tây, có các đặc điểm
tự bội; trong khi những lồi khác có thể dị bội (lúa mì, bột yến mạch, bông, cà


phê và cải dầu, các loại cây khác). Tương tự như vậy, tổ tiên của các giống cây
trồng như ngô, đậu tương và bắp cải, dường như đã trải qua q trình đa bội hóa
(thể dị bội), mặc dù việc sắp xếp lại bộ gen đã giấu đi bằng chứng (Osborn et
al., 2003). Có thể mỗi lồi thực vật đã trải qua các chu kỳ đa bội trong suốt quá
trình tiến hóa của nó, mặc dù chúng ta chỉ có thể nhận ra những sự kiện gần đây
(Wood et al., 2009). Trên thực tế, dựa trên phân tích bộ gen hồn chỉnh của nó
(Arabidopsis Genome Initiative, 2000), ngay cả bộ gen nhỏ của sinh vật mơ
hình Arabidopsis thaliana dường như đã bị đa bội hóa trong q trình tiến hóa
của nó. Trong những thập kỷ qua, các giống cây trồng mới và cải tiến của các
loài quan trọng về kinh tế đã được phát triển bằng cách tạo ra các đa bội nhân
tạo hoặc tổng hợp bằng cách sử dụng các tác nhân gây đột biến (thể tự bội)
(Dhooghe và cộng sự, 2011; Eng và Ho, 2019). Hơn nữa, cách đây hơn 10 năm,
Adams và Wendel (2005) đã đề xuất rằng đa bội không chỉ đơn giản là sao chép
bộ gen, mà thực sự dẫn đến một loạt các biến đổi về phân tử và sinh lý.
Tính ổn định của đa bội ở thực vật hạt kín cho thấy rằng trạng thái bộ gen này
có ý nghĩa thích nghi và nó được chọn lọc một cách tích cực (Levin và Soltis,
2018). Theo đó, hầu hết các thể đa bội (tự nhiên và tổng hợp) biểu hiện kiểu
hình khác với tổ tiên của chúng. Một số đặc điểm như kích thước cơ quan lớn

hơn (lá, hoa, v.v.), sinh khối cao hơn, khả năng chịu hạn, kháng bệnh, thời gian
ra hoa trái vụ (diverse flowering time) và các biến đổi khác có thể cho phép các
thể đa bội chiếm các hốc sinh thái mới (new ecological niches). Ngồi ra, các
tính trạng đa bội đặc trưng này cải thiện khả năng được chọn lọc để sử dụng
trong nông học (Osborn et al., 2003). Trên thực tế, đa bội hóa được cơng nhận
là một trong những công cụ quan trọng và thường xuyên được sử dụng trong
chọn giống cây trồng, do sự phát triển của đa bội tổng hợp cho phép cải thiện di
truyền nhanh chóng ở thực vật.
Liên quan đến các lồi tinh dầu dược liệu, mối quan tâm đầu tiên để bắt đầu các
chương trình nhân giống là tăng cường sản xuất các gốc hoạt động (active
principles). Đều biết rằng sự gia tăng bổ sung “C” trong bộ gen các loài tinh dầu
dược liệu được dịch mã trong những thay đổi cả về cấu hình sinh hóa định tính
và định lượng của các chất chuyển hóa thứ cấp, thường dẫn đến gia tăng việc
sản xuất các gốc hoạt động. Lợi ích của đa bội hóa trong việc cải tiến và sản
xuất các hợp chất quan trọng về kinh tế đã được khẳng định rõ ràng. Salma và
cộng sự. (2017) đã xem xét vấn đề trên các loài tinh dầu dược liệu và đa bội tập
trung vào các phương pháp khác nhau để thu được thể đa bội và xác định mức
độ đa bội. Bài báo là một điểm khởi đầu thú vị để nghiên cứu và thiết kế các


quy trình cho phép tái tạo ở một mức độ nhất định khi sự biến đổi di truyền
được tạo ra thơng qua đa bội hóa. Tuy nhiên, các tác giả khơng thảo luận sâu về
ảnh hưởng của q trình này đối với việc sản xuất các chất chuyển hóa thứ cấp.
Mục đích của bài báo này là khám phá những tiến bộ và phát triển đạt được
bằng cách sử dụng kỹ thuật đa bội hóa như một cơng cụ nhân giống ở một số
lồi cây tinh dầu dược liệu. Thơng qua kiểm tra những tác động lên mức độ kiểu
hình, sinh hóa và di truyền, chúng ta có thể đánh giá kiến thức chuyên sâu về
các cơ chế có thể có liên quan đến q trình này.
Dựa trên cơ sở này, chúng tơi tìm kiếm các lồi cây tinh dầu dược liệu đã trải
qua q trình đa bội hóa (cả tự đa bội in vivo và in vitro) và phân tích các khía

cạnh khác nhau của các thể đa bội mới, chủ yếu là kiểu hình và sản xuất các gốc
hoạt động.
Bảng 1 trình bày danh sách các lồi cây tinh dầu dược liệu đã được áp dụng các
phương pháp đa bội hóa khác nhau và kết quả thu được.
2. Ảnh hưởng đa bội hóa đến tế bào học, kiểu hình và sinh lý học
Ảnh hưởng phổ biến và được biết đến nhiều nhất của q trình đa bội hóa ở
thực vật là tăng kích thước tế bào. Khối lượng tế bào tứ bội tăng gấp đôi so với
tổ tiên lưỡng bội và tăng diện tích bề mặt tế bào lên khoảng 1,5 lần (Lavania,
2013). Do sự gia tăng kích thước tế bào, thể đa bội khác với thể lưỡng bội ban
đầu về các đặc điểm hình thái và giải phẫu, ví dụ: tăng kích thước của các cơ
quan và cấu trúc (lá, hoa và quả to ra) (Ramsey và Schemske, 2002; Dhooghe
và cộng sự, 2011; Øvrebø và Edgar, 2018). Sự khác biệt về kiểu hình có liên
quan đến hai vấn đề vốn có của q trình đa bội hóa góp phần vào các tác động
nhất quán nhất của “kiểu hình đa bội”, là: sự gia tăng hàm lượng DNA và sự gia
tăng số lượng gen (Salma và cộng sự, 2017). Các tế bào có nhiều nhiễm sắc thể
hơn, và do đó có nhiều DNA, sẽ tăng kích thước để duy trì mối quan hệ khơng
đổi giữa thể tích tế bào và nhân. Do đó, những gia tăng này có thể được quan sát
ở kích thước của cơ quan/ các cơ quan và thậm chí của tồn bộ cây (Rauf và
cộng sự, 2006). Ở các loài cây tinh dầu dược liệu, những thay đổi kiểu hình về
kích thước cơ thể và cơ quan đã được quan sát thấy ở nhiều lồi được liệt kê
trong Bảng 1.
Mặc dù kích thước cơ quan tăng lên, kết quả không phải lúc nào cũng là tăng
sinh khối. Thông thường, sự gia tăng cả trọng lượng tươi và khô dẫn đến sinh
khối cao hơn (Gao et al., 1996 và 2002; Kim et al., 2004; Mishra et al., 2010).


Tuy nhiên, trong một số trường hợp, số lượng các cơ quan bị giảm đi và sinh
khối không tăng (Kaensaksiri và cộng sự, 2011; Xu và cộng sự, 2014).
Những thay đổi về kích thước cơ thể chắc chắn là một tác động được mong đợi
sau khi xảy ra hiện tượng đa bội hóa. Về vấn đề này, nghiên cứu gần đây đã xác

định mối liên hệ giữa việc sản xuất các chất chuyển hóa thứ cấp và sự thay đổi
kích thước cơ thể do đa bội hóa gây ra (Lavania và cộng sự, 2012 và Lavania,
2013). Các tác giả đã tìm thấy mối tương quan chặt chẽ giữa thành phần định
tính của cây tinh dầu Cymbopogon spp. và những thay đổi về kích thước và sinh
khối cơ thể do đa bội hóa. Họ đã chứng minh rằng sự gia tăng kích thước cơ thể
(do đó đóng góp vào sinh khối thực vật) là lớn nhất ở những lồi có tinh dầu
giàu alcohol (có mối tương quan thuận chặt chẽ giữa nồng độ alcohol trong thể
lưỡng bội ban đầu và sự gia tăng sinh khối thực vật ở thể tự tứ bội), trong khi nó
bị giảm mạnh ở những lồi có tinh dầu giàu aldehyde (có mối tương quan
nghịch giữa nồng độ aldehyde trong thể lưỡng bội ban đầu và sự thay đổi sinh
khối thực vật/ giảm ở thể tự tứ bội). Các tác giả cho rằng hiệu ứng này là do độ
dài của các bước trao đổi chất liên quan đến quá trình tổng hợp một phần tinh
dầu nhất định. Họ kết luận rằng các thể lưỡng bội ban đầu cần các bước trao đổi
chất dài hơn sẽ bị stress hơn trong việc lấy các nguồn tài nguyên cho sự phát
triển của thực vật và những lồi có con đường trao đổi chất ngắn hơn sử dụng
các nguồn tài nguyên của chúng hiệu quả hơn liên quan đến sự phát triển và sức
sống của thực vật khi trạng thái lưỡng bội tăng lên (Lavania và cộng sự, 2012) .
Mặc dù hướng phân tích này có liên quan đến hai tác động quan trọng nhất của
q trình đa bội hóa (thay đổi kích thước cơ thể và bản chất hóa học của các
chất chuyển hóa), là rất được quan tâm, nhưng có rất ít báo cáo đề cập đến vấn
đề quan trọng này, ngoại trừ nhóm nghiên cứu của Umesh Lavania (Lavania,
2013).
Cũng có các nghiên cứu về sự gia tăng kích thước đáng kể của các cấu trúc liên
quan đến sản xuất và dự trữ các chất chuyển hóa thứ cấp, chẳng hạn như
trichomes (túi, lông tuyến,…???) (Lavania, 2005 và 2012; Urwin và cộng sự,
2007; Iannicelli và cộng sự, 2016a). Liên quan đến sự thay đổi kích thước tế
bào, người ta cho rằng thể tự đa bội làm tăng kích thước tế bào/ kích thước tế
bào tiết tinh dầu nhưng lại giảm số lượng của chúng (Lavania và cộng sự,
2012).
Khí khổng của các thể được cảm ứng đa bội cũng có kích thước lớn hơn và

chúng được sử dụng như một trong những chỉ số chính về sự thay đổi mức độ


đa bội ở các lồi, vì việc xác định kích thước của chúng rất đơn giản và không
cần thiết bị phức tạp (để xem lại Salma và cộng sự, 2017) .
Gần đây, Corneillie et al. (2019) thí nghiệm trên Arabidopsis thaliana, phát hiện
ra rằng đa bội hóa cũng làm thay đổi thành tế bào và thành phần đường. Những
thay đổi này có thể ảnh hưởng đến các cấu trúc liên quan đến sản xuất / tiết / dự
trữ tinh dầu, độc lập với kích thước của chúng, và cũng cần được xem xét khi
phân tích các dạng của nhiều chất chuyển hóa thứ cấp.
Đáp ứng với stress là một đặc điểm khác có thể bị ảnh hưởng bởi mức độ đa
bội. Zhang và cộng sự. (2010) đã chứng minh khả năng cao hơn của các thể tự
bội để thích ứng với stress oxy hóa bằng cách tăng hoạt động của các enzyme có
hoạt tính chống oxy hóa.
Rõ ràng, đa bội hóa là một nguồn biến dị quan trọng, với những ưu điểm và
nhược điểm. Tuy nhiên, trong các tài liệu, những ưu điểm được báo cáo vượt xa
những nhược điểm (De Storme và Mason, 2014). Ví dụ, Beest et al. (2012) đã
trình bày một đánh giá rất đáng quan tâm, trong đó các tác giả đã cân nhắc về
tác động của đa bội hóa và ảnh hưởng của nó đối với khả năng thích nghi của
thực vật, vì sự dư thừa di truyền về lâu dài có thể tạo điều kiện thuận lợi cho sự
phân kỳ thích nghi của các gen đã nhân đôi và cho phép sự xuất hiện của tính
mới trong tiến hóa. Điều này được chứng minh bởi sự đa bội hóa có thể làm
thay đổi hình thái, kiểu hình, sinh lý và/ hoặc sinh thái của cây trong một hoặc
một vài thế hệ (Levin, 2002), tạo ra những cá thể có thể chịu đựng mơi trường
biến động, khai thác các hốc mới hoặc cạnh tranh với các loài tổ tiên (Leitch và
Leitch, 2008). Khả năng đa bội hóa có thể mang lại cho nhiều lồi những lợi thế
quan trọng liên quan đến môi trường sống mới, trở thành yếu tố cơ bản trong
quá trình du nhập - hợp với thủy thổ - xâm nhập (introduction-naturalizationinvasion) (Levin và Soltis, 2018; Richardson và cộng sự, 2000).
Nếu chúng ta tập trung vào những yếu tố bất lợi, thì việc giảm hoặc mất khả
năng sinh sản liên quan đến những khó khăn trong q trình giảm phân là một

kết quả xảy ra của quá trình này (sự bắt cặp giả giữa nhiều nhiễm sắc thể, nhiễm
sắc thể không ghép đôi và giao tử có số lượng nhiễm sắc thể khơng cân bằng)
(Madlung, 2013). Theo truyền thống, các cá thể tự đa bội thường được cho là
kém sinh sản hơn so với các thể dị đa bội và do đó, ít có khả năng thiết lập và
duy trì các quần thể sống sót. Hơn nữa, nghiên cứu mới về cơ chế hình thành ở
thực vật có mạch (chủ yếu ở thực vật hạt kín) đã chứng minh rằng các thể tự đa


bội phổ biến hơn nhiều so với suy nghĩ trước đây (Ramsey và Schemske, 2002;
Soltis và cộng sự, 2007; Lavania, 2013).
Tuy nhiên, tác động này dường như không phải là yếu tố quyết định trong
trường hợp ở loài tinh dầu dược liệu, vì các mơ và cơ quan sinh dưỡng nói
chung là nơi dự trữ và/ hoặc tổng hợp các gốc hoạt động có ích hoặc các chất
chuyển hóa thứ cấp. Do đó, tính vơ trùng của hạt hoặc bộ hạt thấp, thường liên
quan đến đa bội nhân tạo, không ảnh hưởng đến khả năng thương mại của sản
phẩm thực vật cần thiết (Dhawan và Lavania, 1996). Tuy nhiên, trong một số
trường hợp, hạt giống vẫn cần thiết để nhân giống và trong ba thập kỷ qua, các
thể tự tứ bội được cảm ứng khả năng sinh sản đã được báo cáo (Lavania, 1986;
Lavania và Srivastava, 1991; Lavania và cộng sự, 2010). Lavania (2013) cho
rằng có mối tương quan trực tiếp giữa liên kết chiasmate/ cặp lưỡng bội mở ở
các thể lưỡng bội tiền thân và liên kết chiasmate / kết đôi lưỡng bội cao trong
các thể tự tứ bội. Dựa trên kết quả thu được, tác giả đã đề xuất một chiến lược
về kiểu gen để có được khả năng sinh sản cao ở thể tự đa bội, tức là chọn trước
các sinh vật lưỡng bội có tần số chiasma thấp (định vị chiasma xa (distal
chiasma localization)/ liên kết lưỡng bội mở (open bivalent association)) vì vật
liệu ban đầu sẽ sử dụng (harness) tỷ lệ hóa trị hai cao ở cấp độ tứ bội (Lavania,
1995 và 2013).
3. Đa bội hóa như một nguồn biến dị hóa học và di truyền: ảnh hưởng đến
việc sản xuất các chất chuyển hóa thứ cấp và nồng độ gen
Một “shock bộ gen”, được định nghĩa bởi McClintock (1984), được đề cập

trong các báo cáo khác nhau chỉ ra rằng sự phát triển của thể đa bội dẫn đến
những thay đổi liên quan ảnh hưởng đến tương lai và khả năng sống của các cá
thể. Yang và cộng sự. (2011) đã mô tả chi tiết những tác động này và phân
nhóm chúng, theo mức độ liên quan như 1) Về cấu trúc: sự sắp xếp lại bộ gen
liên quan đến việc tăng hoặc mất trình tự DNA, từ hoạt hóa transposon đến tái
tổ hợp khơng ổn định; 2) Những thay đổi về kích thước bộ gen, chẳng hạn như
mở rộng (chèn transposon và/ hoặc nhân đơi NST) hoặc thu hẹp (xóa bỏ và tái
tổ hợp không tương đồng); 3) Thay đổi di truyền, như trong quy định biểu hiện
gen (biểu hiện quá mức hoặc không biểu hiện), mất gen, xuất hiện các chức
năng mới trong một số gen nhất định, pseudogenization (gen giả), thay đổi cân
bằng gen (dị bội) và thay đổi biểu sinh (methyl hóa/ demethyl hóa các phần
khác nhau của DNA).


Trong nội dung của bài báo này, tác động chính của đa bội hóa ở các lồi tinh
dầu dược liệu là sự gia tăng rõ ràng (với một số ngoại lệ) trong việc sản xuất các
chất chuyển hóa thứ cấp đã được các tác giả khác nhau báo cáo trong nhiều
năm. Sự khác biệt về số lượng nhiều loại chất chuyển hóa thứ cấp sau khi cảm
ứng đa bội hóa đã được trình bày đối với các thể tự tứ bội bội tổng hợp từ các
loài tinh dầu dược liệu khác nhau, được mơ tả trong Bảng 1.
Ngồi sự gia tăng được cho thấy trong việc sản xuất các chất chuyển hóa thứ
cấp trong thể tự đa bội, kết quả thu được trên các loài tinh dầu dược liệu khác
nhau cho thấy rằng “hiệu ứng đa bội” có thể ảnh hưởng đến các con đường khác
nhau. Người ta suy luận rằng mức độ đa bội tạo ra những thay đổi trong việc
điều hịa tổng hợp các chất chuyển hóa. Do đó, trong khi một số chất chuyển
hóa nhất định được tăng cường, những chất khác lại bị giảm đi theo hướng có
lợi cho chất kia. Ví dụ là mối quan hệ giữa artemisinin (sesquiterpene)/ tinh dầu
(monoterpenes) trong Artemisia annua (Wallaart et al., 1999; Lin et al., 2011),
morphine/ thebaine và codeine trong Papaver somniferum (Mishra et al., 2010) ,
madecassoside/ asiaticoside và axit madecassic trong Centella asiatica

(Kaensaksiri et al., 2011), scopolamine/ hyoscyamine trong Hyoscyamus
muticus và H. reticulatus (Dehghan et al., 2012; Madani et al., 2015), và
oxygenated monoterpene/ non-oxigenated monoterpen trong Lippia
Integrarifolia (Iannicelli và cộng sự, 2016a).
Có một số ngoại lệ, trong đó đa bội hóa khơng ảnh hưởng đến việc sản xuất các
chất chuyển hóa thứ cấp (Wohlmuth và cộng sự, 2005; Iannicelli và cộng sự,
2016a).
Như có thể quan sát được, chắc chắn rằng sự gia tăng sản xuất các chất chuyển
hóa thứ cấp các loài tinh dầu dược liệu đa bội khác nhau là khơng tuyến tính với
sự gia tăng vật chất di truyền. Nghĩa là, mặc dù vật chất di truyền nhân đơi,
nhưng sự tích lũy của một số chất chuyển hóa nhất định khơng nhân đơi chính
xác.
Trong các tài liệu được xem xét, chúng tơi đã tìm thấy các báo cáo cho thấy đa
bội hóa có vai trị điều chỉnh hoạt động của enzyme trên một đơn vị protein.
Trong hơn ba thập kỷ, thực tế này đã được báo cáo trong một số bài báo. Ví dụ,
Tal (1980) phát hiện thấy ít RNA hơn ở cà chua tự tứ bội so với thể lưỡng bội,
trong khi Guo et al. (1996) đã phát hiện ra mối tương quan giữa nồng độ rRNA
và số lượng bản sao trong bộ gen ngô. Mặc dù cả hai tác giả này đều không
khảo sát trên cây tinh dầu dược liệu, kết luận của họ cũng có thể được áp dụng


cho nhóm cây này và sẽ giải thích những thay đổi quan sát được trong quá trình
sản xuất chất chuyển hóa thứ cấp.
Hiện nay, các nghiên cứu biểu hiện gen thông qua kỹ thuật RT-PCR đã cho
phép khám phá và hiểu rõ hơn tác động của đa bội hóa trong sản xuất các chất
chuyển hóa. Bằng cách nghiên cứu sự biểu hiện của một số gen liên quan đến
quá trình tổng hợp các chất chuyển hóa như morphin, artemisinin, và vindoline,
catharanthine và vinblastine tương ứng, một cơ chế điều hòa tích cực và biểu
hiện quá mức của nhiều gen này đã được xác nhận, và người ta kết luận rằng
“trạng thái đa bội”dẫn đến sự điều hòa biểu hiện các gen liên quan đến con

đường sinh tổng hợp khác nhau (Mishra và cộng sự, 2010; Lin và cộng sự,
2011; Xing và cộng sự, 2011).
Mặc dù các bài báo này đã chứng minh rằng sự nhân đôi nhiễm sắc thể làm tăng
hoạt động của enzyme trên một đơn vị protein, nhưng điều này không nhất thiết
nghĩa là hoạt động này tăng gấp đôi, như mong đợi khi tăng gấp đôi liều lượng
gen và một số enzyme hồn tồn khơng bị ảnh hưởng hoặc thậm chí có mức
biểu hiện thấp hơn (Levin , 1983, 2002; Xing và cộng sự, 2011).
Đối với nhiều tác giả, những thay đổi phi tuyến tính này ngụ ý rằng mặc dù sự
nhân đôi nhiễm sắc thể không tạo ra vật liệu di truyền mới và chỉ tạo ra các bản
sao bổ sung của các gen và nhiễm sắc thể hiện tại, nhưng có thể có những thay
đổi trong bộ gen (Ranney, 2006) sẽ giải thích tại sao sự gia tăng trong liều
lượng gen khơng tuyến tính với những thay đổi cuối cùng được quan sát thấy
trong biểu hiện gen và hoạt động của enzyme. Các ý tưởng và cơ chế khác nhau
đã được công nhận để giải thích cách thức mà sự đa bội có thể dẫn đến các dạng
biểu hiện gen mới này.
Một số giải thích này ngụ ý các tác động do hàm lượng allen, sự thay đổi trong
mạng lưới điều hòa, các thay đổi biểu sinh nhanh chóng, sự sắp xếp lại nhiễm
sắc thể và mất các gen được nhân đôi (Osborn et al., 2003; Adams và Wendel,
2005; Parisod et al., 2010; Yang et al., 2011). Hơn nữa, gần đây Wendel et al.
(2018) đã báo cáo rằng hầu hết non-genic DNA trong bộ gen thực vật bao gồm
các yếu tố nhảy (transposable elements) hoạt động, im lặng và chết và phân
hủy, rất khác nhau về thành phần và số lượng bản sao giữa các quần thể, loài và
mức độ phân loại cao hơn. Bên cạnh đó, họ đề cập rằng bộ gen thực vật chứa
một số loại RNA nhỏ khác nhau đóng vai trị quan trọng trong tổ chức bộ gen,
biểu hiện gen và tiến hóa. Những ý tưởng này có thể giúp chúng ta hiểu rõ hơn
về quá trình xảy ra trên bộ gen sau khi nhân đôi.


Đối với một locus cụ thể, thể lưỡng bội có tối đa hai alen. Sự gia tăng nồng độ
gen cho phép tạo ra nhiều alen hơn trên mỗi vị trí, và do đó tạo ra ưu thế trội

hơn so với ở thể lưỡng bội (Ramsey và Schemske, 2002). Với nhiều bản sao của
gen hơn, đa bội có thể làm thay đổi biểu hiện gen (chẳng hạn như làm tăng biểu
hiện gen), do đó có khả năng ảnh hưởng đến nhiều đặc điểm kiểu hình (Ramsey
và Schemske, 2002). Sự biểu hiện của hầu hết các gen phụ thuộc vào mạng lưới
các yếu tố điều hòa, chẳng hạn như các yếu tố phiên mã. Số lượng các yếu tố
điều hòa trong thể lưỡng bội cao, nhưng nó được tăng lên phần lớn trong các thể
đa bội. Các thể tự đa bội có thể thay đổi các mạng lưới này bằng cách tăng số
lượng yếu tố điều hịa có thể liên quan đến số lượng các alen (Osborn và cộng
sự, 2003). Trạng thái này có thể làm tăng sự biến đổi của các gen này thông qua
những thay đổi trong cơ chế biểu hiện/ điều chỉnh, góp phần làm tăng khả năng
thích ứng.
Các nghiên cứu gần đây cũng tập trung vào những thay đổi biểu sinh trong các
thể đa bội, điều này có thể giải thích sự khác biệt quan sát được giữa các thể đa
bội được tạo ra từ cùng một thí nghiệm và trong cùng điều kiện.
Những thay đổi biểu sinh khơng có nghĩa là thay đổi trình tự DNA, mà ảnh
hưởng đến sự biểu hiện của gen bằng cách methyl hóa DNA, sửa đổi histone và
đóng gói nhiễm sắc thể. Những thay đổi này có thể dẫn đến sự kìm hãm sự biểu
hiện của gen (làm im lặng gen) hoặc sự biểu hiện của các trình tự bị kìm hãm
trong các thể lưỡng bội (khử ức chế). Những sửa đổi này có thể ảnh hưởng trực
tiếp đến kiểu hình nếu chúng liên quan đến các gen mã hóa cho các enzyme
hoặc protein cấu trúc. Tuy nhiên, những thay đổi về mức độ biểu hiện của các
gen điều hịa cũng có thể ảnh hưởng đến kiểu hình thơng qua các biến thể lớn
hơn về biểu hiện của các gen điều chỉnh nồng độ hoặc thông qua những thay đổi
trong mạng lưới điều hịa, như đã mơ tả trước đây (Osborn và cộng sự, 2003).
Đối với hiện tượng tự phân bào, những thay đổi biểu sinh đã được phát hiện đặc
biệt sau khi nhân đôi bộ gen, dẫn đến sự thay đổi trình tự được tìm thấy trong
các vùng bị methyl hóa và do đó có thể dẫn đến những thay đổi mạnh mẽ trong
biểu hiện gen (Martelotto và cộng sự, 2005, 2007; Mecchia và cộng sự cộng sự,
2007; Lavania và cộng sự, 2012; Gao và cộng sự, 2016).
Trong Arabidopsis, Finn et al. (2011) cho thấy rằng các gen chuyển được biểu

hiện ở mức độ thấp hơn ở thể tự bội (4x) so với thể lưỡng bội (2x) nhưng được
metyl hóa ở cấp độ 4x nhiều hơn so với 2 ×. Họ đã gợi ý rằng các gen được


phiên mã bị kìm hãm trong nền 4x, dẫn đến mức độ biểu hiện thấp hơn so với
nền 2x.
Martelotto và cộng sự. (2007) cũng đề cập đến khả năng rằng những thay đổi
biểu sinh này có thể liên quan đến một hiện tượng chung là ổn định các đa bội
mới. Tương tự như vậy, các tác giả này chỉ ra rằng sự thay đổi di truyền ngay
sau đó là sự sắp xếp lại một phần của bộ gen phiên mã, có lẽ chủ yếu qua trung
gian của các yếu tố điều hòa cis và trans, ảnh hưởng đến các locus metyl hóa
khác mà trình tự khơng thay đổi (Martelotto và cộng sự, 2007).
Baubec và cộng sự. (2010) đã đưa ra đề xuất về sự liên hệ ‘khóa kép’ giữa q
trình methyl hóa DNA và sửa đổi histone với sự bất hoạt phiên mã liên quan
đến thể lưỡng bội. Dựa trên điều này, Lavania và cộng sự (2012) đã phát hiện
mức độ methyl hóa DNA cao trong các thể tự đa bội của Cymbopogon spp., Họ
đã cho thấy sự methyl hóa cytosine cao hơn do sự tăng cao thể đa bội có thể dẫn
đến sự hình thành ‘khóa kép’ đối với ảnh hưởng liên quan đến sự đa bội lên các
chất chuyển hóa thứ cấp đối với sự phát triển và kích thước cơ thể ở các thể tự
đa bội.
Việc sắp xếp lại bộ gen cũng có thể dẫn đến việc di dời các đoạn nhiễm sắc thể
(Parisod và cộng sự, 2010), có thể dẫn đến tăng và / hoặc mất locus. Mặc dù
bằng chứng hiện có cịn hạn chế, đã có nhiều gợi ý cho rằng các thể tự đa bội
cho thấy sự tái tổ hợp mạnh mẽ các bộ gen của chúng trong giai đoạn đầu và
những quá trình này có thể trở nên cần thiết về lâu dài (Rodriguez và cộng sự,
2012).
Ít nhất hai lý do có thể giải thích cho việc mất hoặc tăng các đoạn trình tự mới
(Gao et al., 2016). Trước hết, những hiện tượng này có thể là kết quả của q
trình phiên mã retrotransposon được kích hoạt trong q trình đa bội hóa, dẫn
đến sự sửa đổi bộ gen (Osborn et al., 2003; Bardil et al., 2015). Ở lý do thứ hai,

điều này có thể xảy ra do sự loại bỏ DNA trong quá trình tái tổ hợp bộ gen
(Halfmann và Lindquist, 2010), điều này có thể làm thay đổi cấu trúc bộ gen
giống như kiểu lưỡng bội và duy trì sự ổn định của bộ gen.
Mặt khác, câu hỏi đặt ra là liệu phương pháp được sử dụng để thu được các thể
đa bội có ảnh hưởng đến các đặc điểm của chúng hay khơng. Những thay đổi do
đa bội hóa đã được quan sát thấy ở cả thể đa bội tự nhiên và đa bội nhân tạo.
Sau đó thu được thơng qua các kỹ thuật khác nhau: mô phân sinh được xử lý
bằng bơng gịn nhúng trong colchicine, hạt nảy mầm trong môi trường chứa
colchicine hoặc thông qua nuôi cấy mô trong ống nghiệm (bằng cách nhúng


mẫu vào dung dịch colchicine hoặc thêm colchicine vào môi trường nuôi cấy,
bằng cách phát sinh cơ quan trực tiếp và gián tiếp) (xem Bảng phụ). Iannicelli
và cộng sự. (2016a) đã chứng minh rằng các thử nghiệm đa bội hóa trong ống
nghiệm phải được thiết kế cẩn thận với các đối chứng thích hợp để phân biệt
giữa “hiệu ứng đa bội” và “hiệu ứng in vitro” (tức là biến dị dòng soma,
Regalado et al., 2015). Các tác giả kết luận rằng nuôi cấy mô tạo ra những thay
đổi và “hiệu ứng in vitro” có thể gây ra nhiều tác động được quan sát thấy, độc
lập với mức độ đa bội (Iannicelli và cộng sự, 2016b). Các RAPD và EST-SSR
đã chỉ ra rằng các thể tự đa bội mới khác với các thể lưỡng bội của chúng ở cấp
độ phân tử (Martelotto và cộng sự, 2005 và 2007; Regalado và cộng sự, 2015).
Bên cạnh đó, ISSR đã phát hiện sự khác biệt giữa cây mẹ ban đầu và các cá thể
thu được thông qua kỹ thuật nuôi cấy mô (Iannicelli và cộng sự, 2016b). Do đó,
việc đưa các chỉ thị phân tử vào phân tích các thể tự tứ bội mới có thể giúp phân
biệt giữa hai hiệu ứng.
Trong hầu hết các trường hợp được trích dẫn trong Bảng 1, trong đó các thể tự
đa bội thu được bằng kỹ thuật nuôi cấy in vitro, mà ảnh hưởng của các điều kiện
in vitro (tức là biến dị dịng soma) khơng được xem xét (Wallaart và cộng sự,
1999; Kaensaksiri và cộng sự, 2011; Lin và cộng sự, 2011), mặc dù trong một
số trường hợp, sự khác biệt được tìm thấy giữa các phương pháp xử lý (như

trong trường hợp Glycyrrhiza glabra var.glandulifera, Bernard và cộng sự,
2012) hoặc rất nhiều sự khác biệt đã được tìm thấy trong các cá thể thu được từ
các xử lý giống nhau (chẳng hạn như Dioscorea zingiberensis, Heping và cộng
sự, 2008).
Cùng thời với McClintock (1984) và “cú sốc bộ gen”, Walbot và Cullis (1985)
đã đề xuất thuật ngữ “tính linh hoạt của bộ gen thực vật” để mơ tả cách thực vật
thích nghi và tiến hóa thơng qua các thay đổi bộ gen (đóng xoắn, mở rộng, nhân
đơi và đa bội hóa). Đặc tính này được chứng minh khi cây chịu áp lực trong
điều kiện nhân tạo in vitro. Một điều phổ biến là tế bào 2x có xu hướng biến
thành kiểu gen 4x trong ni cấy in vitro, có thể đạt đến trạng thái ổn định di
truyền cao hơn (Escandón và cộng sự, 1989; Lavania và Srivastava, 1990;
Dehghan và cộng sự, 2012 ). Do đó, cần thiết phải thiết kế các thí nghiệm về
hiệu ứng này để đưa ra kết luận chính xác hơn về “hiệu ứng đa bội”. Martelotto
và cộng sự (2005) đề xuất rằng mỗi sự kiện đa bội hóa có thể đại diện cho một
trường hợp cụ thể để nghiên cứu sự biến đổi bộ gen và do đó, những thay đổi
trong mức độ biểu hiện gen, có thể tạo ra các biến thể thông qua chèn / loại bỏ /
epigenesis. Tuy nhiên, ít nhất một số cơ chế và kiểu biểu hiện chung có thể


được bảo tồn giữa các sự kiện đa bội hóa khác nhau và giữa các đơn vị phân
loại khác nhau.
4. Phương pháp tiếp cận transcriptomic and metabolomic
Trong những năm qua, các nghiên cứu mới về transcriptomic and metabolomic
đã làm sáng tỏ những thơng tin có giá trị về tác động của đa bội hóa đối với hệ
gen. Giả thuyết cân bằng gen đưa ra đề xuất rằng các gen mã hóa các sản phẩm
có tính liên kết cao với phức hợp protein hoặc các con đường sinh hóa - là
"nhạy cảm với hàm lượng", tức là chúng phải có cùng số lượng bản sao bộ gen
như các gen có sản phẩm của chúng tương tác với chúng (Buggs và cộng sự,
2012; Parida và Misra, 2015). Giả thuyết cân bằng hàm lượng này đưa ra giả
thuyết rằng, ví dụ, các yếu tố phiên mã hoặc chất dẫn truyền tín hiệu sẽ được

giữ lại sau khi đa bội hóa để mạng lưới gen duy trì mức độ thích hợp của các
yếu tố điều hịa upstream để kiểm sốt các con đường downstream (Arrigo và
Barker, 2012). Tuy nhiên, một mơ hình ngược lại được dự đoán bởi giả thuyết
“cân bằng hàm lượng” chỉ ra rằng các gen liên quan đến truyền tín hiệu và các
yếu tố phiên mã đã bị mất đáng kể qua các lần nhân đơi tồn bộ bộ gen ở nhiều
lồi, so với các gen liên quan đến chuyển hóa và cấu trúc được giữ lại nhiều
trong các bản sao (Barker et al. , 2008; Parida và Misra, 2015).
Wildermuth (2010) đã mô tả rằng các con đường trao đổi chất nhạy cảm với
hàm lượng gen ròng, trong số những con đường khác, là những con đường liên
quan đến khả năng lên men, transporters và sản xuất các chất chuyển hóa
chuyên biệt trong các plastid. Các gen tham gia vào quá trình trao đổi chất
chuyên biệt được ưu tiên giữ lại sau WGD (q trình sao chép tồn bộ bộ gen) ở
cây Arabidopsis (Maere và cộng sự, 2005) và sự gia tăng thể đa bội của cây có
liên quan đến việc tăng cường sản xuất các chất chuyển hóa chuyên biệt (ví dụ
như terpenoids, flavonoids, alkaloids) trong nhiều cây dược liệu (Lavania,
2005), đã cho thấy rằng những con đường này đáp ứng với việc tăng hàm lượng
gen ròng.
Gần đây, các nghiên cứu về phiên mã và chuyển hóa đã chứng minh rằng q
trình tự đa bội hóa có thể sửa lại hệ thống phiên mã và hệ chuyển hóa (Tan và
cộng sự, 2015 và 2017; Fasano và cộng sự, 2016; Gao và cộng sự, 2016).
Theo nghiên cứu được thực hiện ở Solanum commersonii và S.bulbocastanum
bởi Fasano et al. (2016), đa bội hóa gây ra "stress bộ gen", được tạo ra bởi sự
mất cân bằng trong bể (pool) nucleotide sẽ làm tăng sản xuất chất chống oxy
hóa (tức là axit chlorogenic, Fasano và cộng sự, 2016).


Trong một nghiên cứu trước đây, chúng tôi đã đề cập đến sự khác biệt được tìm
thấy trong thành phần định lượng dầu ở thể tự tứ bội và lưỡng bội của Lippia
Integrarifolia (Iannicelli et al., 2016a). Các thể tự tứ bội cho thấy mức độ cao
nhất của monoterpen. Như đã được đề cập trước đây bởi Fasano et al. (2016),

chúng tơi giả định rằng có thể sự gia tăng quan sát được của một số monoterpen
nhất định cũng liên quan đến hoạt động chống oxy hóa do chúng gây ra và điều
này cho thấy rằng sự trao đổi chất của các monoterpen có thể bị ảnh hưởng
nhiều hơn và ưu thế hơn bởi q trình đa bội hóa, - có lẽ như một phản ứng
thích ứng - của sesquiterpenes, nhờ đó hoạt tính enzym của các enzym tổng hợp
monoterpene khác nhau có thể tăng lên sau khi đa bội hóa.
Có một nghiên cứu đáng quan tâm với Citrus limonia được thực hiện bởi Vieira
et al. (2016), trong đó sự khác biệt đáng kể đã được quan sát thấy trong cấu hình
monoterpene ở cây lưỡng bội và tứ bội khi bị stess. Ở thể lưỡng bội, quá trình
tổng hợp aldehyde và alcohol (citral, geraniol, v.v.) bị hủy bỏ, trong khi ở thể tứ
bội monoterpen không oxy (non-oxygenated monoterpenes), chẳng hạn như
pinen, limonene và sabinene, là những hợp chất chính. Mặc dù một số tác giả đã
đề xuất các cơ chế điều hịa tổng hợp monoterpene ở thực vật có múi tự tứ bội,
(Gancel và cộng sự, 2003), cũng như ở các cây lai soma (Fanciullino và cộng
sự, 2005), điều này vẫn chưa làm rõ cách nhân đôi nhiễm sắc thể ảnh hưởng đến
quá trình sinh tổng hợp cấu tạo của terpen, làm thay đổi thành phần của chúng
trong các điều kiện bình thường. Vieira và cộng sự. (2016) kết luận rằng mặc dù
cả cá thể lưỡng bội và tứ bội của C. limoniac đều bị ảnh hưởng tiêu cực như
nhau bởi stress nước (hydric stress), nhưng kiểu gen tứ bội biểu hiện ít bị tổn
thương hơn trong màng quang hợp của nó và thể hiện khả năng phục hồi tốt hơn
của cây. Kết luận này đạt được bằng cách đo hoạt động quang hợp ở cả hai kiểu
gen, và sự tổn thương thấp hơn có thể là do các đặc tính chống oxy hóa cao hơn
được tạo ra bởi cấu trúc monoterpenic của các thể tứ bội. Giống như ở Lippia
Integrarifolia, Solanum commersonii và S. bulbocastanum, sự gia tăng khả năng
chống oxy hóa, do lượng monoterpen cao hơn, là kết quả của q trình đa bội
hóa.
Các chất chuyển hóa khác được cho là tăng lên sau khi cảm ứng đa bội hóa là
phenylpropanoid (Xu và cộng sự, 2014). Các tác giả này phát hiện ra rằng hoạt
động của PAL và C4H trong cây tứ bội Echinacea purpurea cao hơn so với cây
lưỡng bội, điều này cho thấy rằng cây tứ bội biểu hiện mức độ sinh tổng hợp

chất chuyển hóa thứ cấp cao hơn ở mức độ proteomic.


Tuy nhiên, một phân tích chuyển hóa so sánh gần đây được thực hiện với các
thể lưỡng bội kép ở các loài Citrus khác, Citrus reticulata và Citrus junos cv.
Ziyang xiangcheng, và trong Poncirus trifoliata, đã đưa ra thông tin thảo luận về
tác động của q trình đa bội hóa lên các chất chuyển hóa. Họ đã chứng minh
rằng các chất chuyển hóa sơ cấp có xu hướng gia tăng ở các thể tự đa bội, như
đã được quan sát thấy ở hàm lượng sucrose, proline và axit γ-aminobutyric
(GABA) - những chất này được biết đến nhiều là các chất chuyển hóa liên quan
đến stress -, trong khi hàm lượng chất chuyển hóa thứ cấp bao gồm flavon,
phenylpropanoids và terpenoids, có xu hướng giảm. Điều đáng quan tâm là, bất
chấp sự khác biệt được tìm thấy giữa 2x và 4x, các phân tích phiên mã cho thấy
chỉ một số gen được biểu hiện khác biệt và đáng kể; như mong đợi, các gen điều
hịa tăng ở 4x có liên quan nhiều đến các chức năng phản ứng với stress. Do đó,
một mơ hình đã được đề xuất trong đó trao đổi các chất sơ cấp ưu tiên hơn
chuyển hóa thứ cấp ở thực vật lưỡng bội kép để giảm bớt “stress bộ gen”, có thể
là để thúc đẩy sức sống và tăng trưởng. Bên cạnh đó, do sự phân kỳ phiên mã
(transcriptional divergence) khơng thể giải thích đầy đủ những thay đổi trong
q trình trao đổi chất, nên điều hịa sau phiên mã đã được giả định (Tan và
cộng sự, 2015 và 2017).
Như chúng ta có thể thấy, tất cả những kết quả này liên quan đến chuyển hóa sơ
cấp và thứ cấp sau sự đa bội hóa đều gây tranh luận vì dường như chuyển hóa
sơ cấp được ưu tiên hơn chuyển hóa thứ cấp, dường như để giảm bớt áp lực
căng thẳng sau đa bội hóa. Tuy nhiên, chúng tơi chỉ tìm thấy một số tài liệu đề
cập đến vấn đề này.
5. Đa bội như một chiến lược cho các chương trình nhân giống cây tinh dầu
dược liệu (MAP)
Khơng chỉ có một số ít nghiên cứu vượt ra ngồi quan sát đơn thuần về một kiểu
hình hoặc một kiểu trao đổi chất nhất định trong thể đa bội, mà cịn có rất ít

chương trình nhân giống đa bội dành riêng cho MAP.
Bản cập nhật của Cơ sở dữ liệu về các giống đột biến (IAEA / MVD, 2019) cho
thấy rằng, từ tổng số ít nhất 3.300 giống, chỉ có 46 giống là thể đa bội. Trong số
đó, chỉ có bốn lồi tương ứng với cây dược liệu (một loài Matricaria
chamomilla, đăng ký năm 1984 và ba loài Humulus lupulus đăng ký lần lượt
vào các năm 1993, 1995 và 1998).


Cho đến nay, khơng có đăng ký MAP nào trong MVD (Cơ sở dữ liệu về các
giống đột biến) được tìm thấy. Tuy nhiên, chúng tơi nhận thấy các dịng nghiên
cứu được khởi xướng trong thập kỷ qua cho thấy những tiến bộ thú vị.
Ví dụ, nội dung nghiên cứu được phát triển cho Centella asiatica rất thú vị để
thảo luận. Kaensaksiri và cộng sự. (2011) kết luận rằng các thể tứ bội của chúng
thể hiện sự cải thiện trong sản xuất sinh khối và triterpene và đề xuất việc lựa
chọn các dòng tứ bội ưu tú cho các khảo nghiệm ngồi thực địa. Một nhóm
tương tự đã báo cáo kết quả từ một khảo nghiệm thực địa tiếp theo (Thongon và
cộng sự, 2014), trong đó, trong số các kiểu gen tự tứ bội khác nhau được phục
hồi (dữ liệu được hiển thị bởi Kaensaksiri và cộng sự (2011) cho thấy sự phân
tán lớn), họ đã chọn ra loại có triển vọng nhất trong sản xuất sinh khối và
triterpene và so sánh nó với ba kiểu gen lưỡng bội, một trong số đó là cây ban
đầu và những kiểu khác từ các quần thể và địa điểm khác nhau. Thong-on và
cộng sự. (2014) đã báo cáo một hiệu suất thực địa rất thú vị của thể tứ bội đối
với đối chứng và đối với các thể lưỡng bội khác, cả trong sản xuất sinh khối và
sản xuất các gốc hoạt hóa, cho thấy rằng tổng hàm lượng triterpene tăng lên tới
70% sau bốn tháng đánh giá ngoài thực địa.
Điều quan trọng cần nhấn mạnh là nhóm này đã kết hợp một cách thông minh
giữa nuôi cấy mô và nhân giống, trước tiên là thúc đẩy sự biến đổi trong ống
nghiệm và sau đó chọn các cá thể để thử nghiệm trên thực địa. Do đó, họ đã
phát triển gói cơng nghệ cần thiết cho việc chuyển giao tiếp theo của nó cho các
nhà sản xuất.

Phần lớn Chi Hyoscyamus có liên quan đến sự cảm ứng của các thể tự đa bội.
Nhóm nghiên cứu U.C. Lavania đã phát triển các thể đa bội tổng hợp ở một số
lồi Hyoscyamus. Nhóm này khơng chỉ phát triển các cá thể có sự khác biệt
trong việc sản xuất các chất chuyển hóa thứ cấp mà còn đang thử nghiệm để thu
được các thể tự đa bội có khả năng sinh sản tốt (Lavania, 1986; Srivastava và
Lavania, 1990; Lavania và Srivastava, 1991; Srivastava và cộng sự, 1992)
Có một kết quả nghiên cứu hệ thống đang được tiến hành trong việc thu thập
các thể tứ bội ở Hyoscyamus muticus để tăng sản xuất các tropane alkaloids
(Shahriari-Ahmadi và cộng sự, 2008; Dehghan và cộng sự, 2012). Các thể tự tứ
bội thu được bằng phương pháp ex vitro (ShahriariAhmadi và cộng sự, 2008) và
sau 5 thế hệ, các cá thể từ các thể tự tứ bội tổng hợp này được Dehghan và cộng
sự sử dụng (2012) để thu nhận và nuôi cấy rễ tơ. Nghiên cứu này không chỉ cho
phép cải thiện việc sản xuất các chất chuyển hóa, mà cịn chứng minh sự ổn


định của thể tứ bội trong canh tác cây trồng, tất cả qua thế hệ thứ 5 bằng cách tự
thụ tinh, và sự ổn định của các mẫu cấy rễ tơ đa bội sau 30 tháng ni.
Một ví dụ khác là nghiên cứu do Iannicelli et al. (2016a) thực hiện trên Lippia
Integrarifolia. Nhóm này đã thiết lập chu trình in vitro hoàn chỉnh của loài này
với việc thu được các thể tự tứ bội. Từ sự phát triển này, một giống mới đã được
thu bằng phương pháp đa bội hóa in vitro, với năng suất tinh dầu cao hơn. Đây
là giống “incayuyo” đầu tiên được đặt tên là TAWA-INTA, được đăng ký tại
Argentina (Số đăng ký tại INASE: 15.679) (Iannicelli và cộng sự, 2018). Ngoài
ra, việc đánh giá các cây tái sinh thông qua nuôi cấy in vitro trong điều kiện tự
nhiên đã được báo cáo và điều này mở đường cho các thử nghiệm trong tương
lai liên quan đến việc tái sinh quần thể (Iannicelli et al., 2016b). Hiện tại, việc
thuần hóa giống mới đã được bắt đầu và các kết quả ban đầu cho thấy rằng, như
các quan sát trước đây trong điều kiện nhà kính, giống này vẫn cho năng suất
tinh dầu cao hơn so với kiểu gen lưỡng bội ban đầu trong điều kiện ngoài thực
nghiệm. Tuy nhiên, do cấu trúc giải phẫu của TAWA nhỏ gọn hơn, có thể tăng

gấp đơi mật độ gieo hạt, dẫn đến sản lượng tinh dầu trên một đơn vị diện tích
cao hơn (số liệu chưa được cơng bố). Các tác giả đề xuất sử dụng chiến lược
này cho các lồi tinh dầu dược liệu có nguy cơ bị đe dọa.
6. Kết luận
Mặc dù động vật và thực vật có cùng mã di truyền, tổ tiên chung và cùng một
môi trường sống, nhưng chúng đại diện cho những sinh vật sống đã tiến hóa
theo những cách khác nhau. Khơng có khả năng di chuyển như động vật và với
nhận biết về mơi trường và các kích thích khác nhau, thực vật đã phát triển và
tiến hóa thành một dạng sống hồn tồn khác biệt và thơng qua các cơ chế thích
nghi, đã có thể chiếm lĩnh trái đất và biến đổi nó. Thơng qua shock bộ gen và
tính linh động của bộ gen thực vật, đa bội hóa là một trong những yếu tố có liên
quan trong số các cơ chế cho phép thực vật chiếm giữ, chinh phục thành cơng
các mơi trường sống khác nhau và tiến hóa.
Stress bộ gen xảy ra sau khi đa bội hóa và sự thiếu tính tuyến tính được quan sát
thấy giữa sự gia tăng vật chất di truyền và sản xuất các chất chuyển hóa thứ cấp
làm cho rất khó biết trước các đặc điểm của thể đa bội mới, chủ yếu liên quan
đến quá trình trao đổi chất thứ cấp. Bên cạnh đó, thơng tin thu được từ các phân
tích phiên mã và trao đổi chất liên quan đến quá trình trao đổi chất sơ cấp sau
khi đa bội hóa gây ra tranh luận.


Có thể thấy, việc thực hiện các phân tích chuyển hóa và phiên mã có liên quan
rất lớn để hiểu rõ hơn về kết quả xảy ra của quá trình đa bội hóa. Tuy nhiên, có
một thiếu sót quan trọng trong nghiên cứu chủ đề này.
Kết luận, chúng tôi tin rằng đa bội hóa liên quan đến một loạt các thay đổi lớn
đến nỗi cần quan tâm đến việc tổ chức phịng thí nghiệm khác nhau để nghiên
cứu hiện tượng này một cách có hệ thống hơn và khảo sát theo các quan điểm
khác nhau.