Công nghệ sinh học ( phần 8 ) Lai tế bào soma potx

Công nghệ sinh học ( phần 8 )
Lai tế bào soma - Dung hợp tế bào trần
Trong các phương pháp chọn tạo giống truyền thống lai hữu tính là
phương pháp cơ bản nhất để tạo ra biến dị tổ hợp thông qua dung hợp
giao tử. Tuy nhiên, việc lai hữu tính chỉ thực hiện được các cá thể trong
một loài hay các loài có quan hệ thân thuộc.
Đó là kỹ thuật cho phép hợp nhất các tế bào soma không có thành tế bào
của cá thể hoặ các loài khác nhau, và sau đó cho tái sinh cây lai từ các tế
bào đã dung hợp. Trong lai hữu tính, các tính trạng liên quan DNA bào
quan kiểm soát hoàn toàn giống cây mẹ vì không có sự tổ hợp các cơ
quan tử của bố và mẹ. Trong dung hợp tế bào trần, ngoài khả năng dung
hợp nhân, còn có khả năng xảy ra hỗn hợp tế bào chất, hình thành tổ hợp
di truyền hoàn toàn mới. Ty thể và lạp thể của hai tế bào khác nhau có thể
hợp nhất hoặc là tái tổ hợp tạo ra một tế bào dị tế bào chất, gọi là cybrid.
Như vậy, bằng con đường lai soma người ta có thể thu được tổ hợp mới
của lạp thể hay ty thể và tương tác mới giữa nhân và tế bào chất. Dung
hợp tế bào trần là một quá trình nhiều giai đoạn, bao gồm việc phân lập tế
bào trần từ các loài khác nhau, dung hợp tế bào trần từ hai loài khác nhau,
giám định, nhân sản phẩm dung hợp và cuối cùng là tái sinh cây lai hữu
dục là sản phẩm dung hợp.
Lai soma được sử dụng có hiệu quả để kết hợp khả năng kháng các bệnh
virus ở khoai tây từ các kiểu gene trong một loài cũng như từ các loài
khác nhau (Venzen, 1994). Lai soma là một phương tiện có hiệu quả để
chuyển bất dục đực tế bào chất và đa dạng hoá nguồn bất dục trong việc
tạo giống lai.
Nuôi cấy mô và tế bào
Đầu thế kỷ 20, Haberlandt đã nhấn mạnh tính toàn năng của tế bào soma
ở thực vật và chỉ ra khả năng tạo ra cây hoàn chỉnh bằng con đường nuôi
cấy mô và tế bào. Tuy nhiên, đến 50 năm sau việc tái sinh cây hoàn chỉnh
từ tế bào đơn hoặc tế bào trần (protoplast) mới trở thành hiện thực.
Nuôi cấy mô và tế bào là kỹ thuật nuôi cấy tế bào thực vật phân lập hay

mảnh mô thực vật tách rời trên môi trường dinh dưỡng trong điều kiện
vô trùng. Sau đó, các mô cấy được cho tái sinh thành cây hoàn chỉnh.
Người ta đã xây dựng được các quy trình tương đối hoàn chỉnh để tái sinh
cây cho một số loài như thuốc lá, khoai tây, mía, hoa lan, một số cây ăn
quả v.v. Đối với phần lớn cây trồng trên đồng ruộng, như bông và đậu lấy
hạt thì việc thiết lập các quy trình để áp dụng rộng rãi khó hơn nhiều. Ở
những loài cây này tần số tái sinh thấp và kết quả tái sinh từ nuôi cấy
không chỉ thay đổi theo loài mà còn phụ thuộc vào kiểu gene trong một
loài, nguồn mô cấy, tuổi và sức khoẻ của mô cấy, môi trường dinh dưỡng
và nhiều yếu tố khác. Nhìn chung, công nghệ nuôi cấy mô và tế bào cho
phép nhân nhanh những kiểu gene có giá trị hay vật liệu chọn giống trong
một môi trường có kiểm soát. Một số khả năng ứng dụng của nhân nhanh
đối với cây trồng là: Nhân quy mô lớn kiểu gene dị hợp tử, nhân kiểu
gene tự bất hợp, nhân bố mẹ bất dục trong chương trình chọn giống lai,
nhân vật liệu sạch bệnh, bảo quản và trao đổi nguồn gene quốc tế
Ở đây chỉ giới thiệu sơ lược một số kỹ thuật nuôi cấy in vitro liên quan
trực tiếp tới quá trình chọn giống.
(1) Nuôi cấy phôi, noãn và thụ phấn in vitro
Các nhà chọn giống chủ yếu đã và đang tận dụng biến dị di truyền hiện có
trong nguồn gene trồng trọt bằng cách sử dụng nhiều sơ đồ lai và chọn
lọc khác nhau. Tuy nhiên với thâm canh và độc canh, một ít kiểu gene
chọn lọc về những tính trạng có ý nghĩa kinh tế biến dị di truyền ngày
một giảm trong nguồn gene trồng trọt. Thậm chí trong một số trường hợp,
nguồn biến dị đối với một số tính trạng có ý nghĩa kinh tế không đủ thoả
mãn, ví dụ: tính kháng bệnh vàng lụi, sâu đục thân, chịu mặn ở lúa
Để khắc phục những vấn đề nghiêm trọng ảnh hưởng đến năng suất, nhà
chọn giống cần có nguồn gene kháng sâu bệnh từ các loài hoang dại thân
thuộc hoặc không thân thuộc. Một khó khăn lớn khi sử dụng các loài
hoang dại để lai với cây trồng là tính bất hợp khi lai. Trong một số trường
hợp, các phôi lai từ các tổ hợp lai giữa các loài có quan hệ xa nhau

thường yếu và không có khả năng sống do sự cung cấp dinh dưỡng từ nội
nhũ không đầy đủ và chúng thường bị chết trong một thời gian ngắn sau
khi hình thành hợp tử và không thể phát triển thành hạt có khả năng sống.
Vì vậy, nuôi cấy phôi hay cứu phôi là một phương pháp để khắc phục
hàng rào bất hợp, bảo đảm để phôi non sinh trưởng, nảy mần, và phát
triển thành cây con. Thông qua sử dụng phương pháp này người ta đã tạo
ra nhiều con lai khác loài ở nhiều loại cây trồng như lúa mì, lúa nước, đại
mạch, bông, đậu, đỗ, các loài cây ăn quả, cây cảnh và nhờ vậy nhiều gene
có ích đã được chuyển vào cây trồng.
Noãn đã thụ tinh đôi khi được nuôi cấy để cứu phôi từ các tổ hợp lai xa
mà không cần tách phôi ra khỏi noãn. Noãn chứa phôi lai non được tách
ngay sau khi thụ tinh trong điều kiện vô trùng rồi nuôi cấy trên môi
trường dinh dưỡng. Bằng con đường nuôi cấy noãn phôi có thể nuôi cấy ở
giai đoạn sớm hơn so với nuôi cấy phôi tách rời. Hơn nữa, phôi phát triển
trong noãn có môi trường hoá học và lý học thuận lợi hơn phôi nuôi cấy
bên ngoài noãn.
Thụ phấn và thụ tinh in vitro gồm việc thu nhập noãn chưa thụ tinh, cấy
noãn trên môi trường dinh dưỡng trong điều kiện vô trùng, và thụ phấn
cho noãn với các hạt phấn tươi. Ống phấn xuyên qua thành noãn và túi
phôi sẽ thụ tinh cho tế bào trứng. Phương pháp này đã được áp dụng để
tạo con lai giữa các loài mà ống phấn không thể sinh trưởng và xuyên vào
noãn bình thường sau khi thụ phấn.
(2) Nuôi cấy bao phấn và sản xuất cây đơn bội:
Trong phần lớn các chương trình chọn giống việc tạo giống mới cải tiến
bao gồm việc gieo trồng quần thể F
2
lớn và chọn lọc các dòng mong
muốn trong các thế hệ phân ly từ F
2
đến F

7
để cuối cùng tạo ra các dòng
đồng hợp tử. Nuôi cấy bao phấn hay hạt phấn là một kỹ thuật hữu hiệu để
tạo ra các dòng đồng hợp tử ngay từ thế hệ đầu tiên (dòng đơn bội kép),
do đó tiết kiệm nguồn lực và rút ngắn thời gian cần thiết để tạo ra giống
mới.
Nuôi cấy bao phấn là kỹ thuật nuôi cấy in vitro các bao phấn chứa tiểu
bào tử hay hạt phấn chưa thành thục trên môi trường dinh dưỡng để tạo ra
cây đơn bội. Số nhiễm sắc thể của cây đơn bội được nhân đôi để tạo ra
cây lưỡng bội đồng hợp tử hoàn toàn, gọi là thể đơn bội kép. Việc nuôi
cấy bao phấn rất có ích đối với nhà chọn giống vì thế đơn bội kép có thể
được sử dụng để làm các dòng thuần ở cả cây tự thụ phấn và cây giao
phấn. Thời gian cần thiết để tạo ra một giống hay một dòng tự phối bằng
phương pháp đơn bội kép được rút ngắn nhiều thế hệ so với phương pháp
truyền thống. Các dòng đơn bội kép tạo ra cơ hội duy nhất để cải thiện
hiệu quả chọn lọc đối với nhiều tính trạng vì trong quần thể không có
phương sai trội, đồng thời gene lặn cũng biểu hiện ra kiểu hình. Kỹ thuật
này đã được áp dụng thành công ở Trung Quốc trong việc tạo ra giống lúa
và lúa mì. Tuy nhiên, hạn chế trong việc áp dụng rộng rãi phương pháp
này là khả năng nuôi cấy khó và tính đặc thù cao của kiểu gene. Ví dụ,
các nhà chọn giống lúa Indica không thể sử dụng kỹ thuật này có hiệu quả
bằng các nhà chọn giống lúa Japonica do các kiểu gene Indica khó nuôi
cấy hạt phấn còn bị ảnh hưởng bởi giai đoạn phát triển của bao phấn, điều
kiện sinh lý của cây cho phấn, điều kiện xử lý trước khi nuôi cấy, môi
trường dinh dưỡng, điều kiện nuôi cấy và hiệu quả lưỡng bội hoá bằng
colchicine.
(3) Biến dị dòng soma và chọn lọc dòng tế bào:
Ban đầu nuôi cấy mô được sử dụng làm kỹ thuật mới để tạo sinh khối và
phương pháp nhân giống lý tưởng để sản xuất hàng loạt cây dồng nhất và
như bố mẹ ban đầu của các giống ưu tú.

Tuy nhiên, với thời gian các công trình nghiên cứu ở nhiều loài cây trồng
có giá trị kinh tế người ta thấy rằng tế bào và mô được nuôi cấy trong môi
trường nhân tạo thường xuất hiện các biến đổi di truyền bao gồm số
lượng và cấu trúc nhiếm sắc thể, sự sắp xếp lại trong nhiễm sắc thể, đột
biến gene v.v. Các biến dị này được truyền lại cho cây khi tái sinh. Tập
hợp các biến dị di truyền hình thành do quá trình nuôi cấy được gọi là
biến dị dòng soma (somaclonal variation) (Larkin và Scowcroft, 1983).
Biến dị dòng soma chịu ảnh hưởng bởi loài cây, kiểu gene trong loài và
mô cấy, chế độ nuôi cấy, thời gian nuôi cấy in vitro, và tính ổn định của
genome. Như vậy bản thân nuôi cấy mô và tế bào là một nguồn biến dị di
truyền quan trọng, mới mẻ và phong phú trong các điều kiện đã thích ứng
và rất có ích cho sự cải thiện giống cây trồng. Một số thể biến dị dòng
soma có ích đã được phân lập, đó là khả năng để kháng virus Fiji, bệnh
đốm vàng viền nâu và bệnh sương mai ở mía (Heinz và cộng sự, 1977);
khả năng kháng bệnh đốm lá nhỏ ở ngô (Bretell và Ingram, 1979); kháng
sương mai ở khoai tây (Shepard và cộng sự, 1980); chịu hạn và chịu lạnh
ở lúa (Lê trần Bình và cs, 1996).
Một ưu điểm của biến dị di truyền trong quá trình nuôi cấy là khả năng
chọn lọc dòng tế bào in vitro. Có thể nuôi cấy và xử lý hàng triệu tế bào
trong một không gian hạn chế, chẳng hạn trong đĩa petri và chọn lọc bằng
cách xử lý tế bào nuôi cấy trong điều kiện bất lợi là tác nhân chọn lọc.
Cũng có thể kết hợp xử lý đột biến trong nuôi cấy để tăng tần số biến dị
di truyền. Tuy nhiên, chỉ những tính trạng biểu hiện ở mức tế bào mới có
thể xác định được bằng cách sàng lọc tế bào nuôi cấy, bao gồm các đặc
tính như kháng thuốc diệt cỏ, chịu mặn hay chịu kim loại như sắt, nhôm,
axit amin tương đồng, chịu nhiệt độ thấp, các yếu tố dinh dưỡng và khả
năng kháng độc tố do các tác nhân gây bệnh tạo ra. Các kiểu gene phân
lập kháng với các điều kiện bất lợi này có thể được sử dụng trực tiếp
trong chương trình chọn giống.
Ưu thế lai

Ưu thế lai (heterossis) là thuật ngữ do nhà chọn giống ngô G.H.Shull
(Mỹ) đưa ra năm 1914 để chỉ hiệu quả lai biểu hiện vượt trội về sức sinh
trưởng, sinh sản và chống chịu của con lai ở thế hệ thứ nhất so với các
dạng bố mẹ của chúng. Hiện tượng này thể hiện rất rõ ở những con lai thu
được từ sự giao phối giữa các dòng tự phối với nhau.
1. Những biểu hiện của ưu thế lai ở thực vật
Để tiện lợi cho việc sử dụng ưu thế lai và tạo ra các giống ưu thế lai phục
vụ sản xuất người ta chia ưu thế lai theo sự biểu hiện và theo quan điểm
sử dụng. Chẳng hạn:
Ưu thế lai sinh sản là loại ưu thế lai quan trọng hàng đầu. Các cơ quan
sinh sản như hoa, quả, hạt phát triển mạnh, số hoa quả nhiều, độ hữu dục
cao dẫn đến năng suất cao hơn.
Ưu thế lai sinh dưỡng: Các cơ quan sinh dưỡng như thân, rễ, cành, lá đều
sinh trưởng mạnh làm cho cây lai có nhiều cành, nhánh, thân cao to, lá
lớn, nhiều rễ, nhiều củ Đó là các tính trạng có lợi cho chọn tạo giống;
đặc biệt là ở những loài cây trồng sử dụng các bộ phận sinh dưỡng như
thân, lá, củ
Ưu thế lai thích ứng là ưu thế lai do sự tăng sức sống, tăng tính chống
chịu với sâu, bệnh, với các điều kiện ngoại cảnh bất thuận như rét, úng,
chua, mặn, phèn
Ưu thế lai tích luỹ là sự tăng cường tích luỹ các chất với hàm lượng cao ở
các bộ phận của cây như: tinh bột ở củ, protein và dầu ở hạt, đường ở
thân, các ester ở lá v.v.
2. Cơ sở di truyền của ưu thế lai
2.1 Giả thuyết về tác dụng tương hỗ giữa nhiều gene trội (thuyết tính trội)
Giả thuyết về tính trội do Jones đề xướng năm 1917. Tuy nhiên, những ý
kiến đầu tiên đưa ra sự xác nhận về tác dụng bổ sung của các gene trội có
lợi đối với hiện tượng ưu thế lai lại thuộc về Bruce, Keeble và Pellen
(1910) rút ra từ các công trình thực nghiệm ở đậu Hà Lan.
Giả thuyết này cho rằng, ưu thế lai là kết quả của sự tác động tương hỗ

giữa nhiều gene trội có lợi cho sự sinh trưởng. Các tính trạng có lợi cho
sự sinh trưởng của cơ thể do nhiều gene trội kiểm soát, còn các gene lặn
tương ứng thì có tác dụng ngược lại.
Quá trình tự phối dẫn dến sự đồng hợp tử hoá của hai loại gene này. Sự
đồng hợp tử hoá các gene lặn dẫn đến sự suy thoái về sức sinh trưởng.
Trong một dòng tự phối không chỉ tích luỹ hoàn toàn các gene trội có lợi.
Kiểu gene của các dòng tự phối khác nhau sẽ không giống nhau.
Khi đem giao phối chúng với nhau thì ở con lai xuất hiện nhiều gen trội
tại các locus khác nhau, trong đó các gene trội lấn át sự biểu hiện của các
gene lặn. Kết quả là xuất hiện hiện tượng ưu thế lai và có tính đồng đều ở
con lai F
1.

Về lý thuyết, hiệu quả ưu thế lai còn chịu ảnh hưởng của mối tương tác
giữa các gene trội không allele với nhau. Hiệu quả này giữ một vai trò
quan trọng trong ưu thế lai và có liên quan đến khả năng kết hợp riêng
của các dòng bố mẹ ban đầu.
Mặc dù thuyết tính trội có tính phổ cập rộng rãi nhưng vẫn còn hạn chế
trong khi giải thích một số trường hợp. Thực nghiệm ở ngô cho thấy sự
tương ứng giữa sức sống của các dòng tự phối với số lượng các gene trội
và khả năng kết hợp giữa các dòng tự phối lại không phù hợp với thuyết
tính trội. Nói chung, các gene lặn không mang tính chất có hại mà chỉ có
hại khi chúng ở trạng thái đồng hợp tử. Di truyền học quần thể xác nhận
rằng, tính bão hoà của các quần thể tự nhiên bằng các gene lặn không có
lợi ở trạng thái đồng hợp tử hoàn toàn không làm giảm ý nghĩa sinh học
của các gene lặn trong việc duy trì mức độ thích nghi cao của các quần
thể này. Có thể nói rằng các gene lặn không có lợi, thậm chí các gene gây
chết ở trạng thái đồng hợp là một bộ phận cần thiết cho các kiểu gene của
những quần thể thích nghi giỏi và chúng được duy trì một cách tích cực
và thích hợp qua quá trình chọn lọc tự nhiên. Những công trình nghiên

cứu ở ngô và lúa mạch của Vudvort và Turbin cho thấy rằng, sự loại bỏ
những gene lặn ở trạng thái đồng hợp đã không cho thấy có một ảnh
hưởng tích cực nào. Những dạng thu được bằng con đường như vậy có
sản lượng không khác so với những dạng ban đầu và cũng không thấy có
sự phụ thuộc giữa sản lượng với tần số bắt gặp của những tính trạng lặn.
Thực ra, khi xem xét một cách khách quan thì quan niệm về các gene trội
có lợi không phải chỉ là một giả thuyết mà là sự tập hợp của ít nhất của ba
giả thuyết về hoạt động của các gene trội. Đó là: tương tác trội -lặn trong
mỗi locus; tác dụng tích luỹ giữa các gene trội; và tương tác giữa các
gene trội không allele với nhau.
2.2. Giả thuyết về tính siêu trội
Do việc giả thuyết về tính trội gặp khó khăn trong khi giải thích một số
trường hợp về ưu thế lai, mà sau này giả thuyết tính siêu trội ra đời đã thu
hút được sự chú ý của nhiều người. Theo giả thuyết này, chính bản thân
tính dị hợp tử là nguyên nhân quan trọng của hiện tượng ưu thế lai. Vì
vậy nó còn được là giả thuyết về tính dị hợp tử.
Cơ sở của giả thuyết này là quan niệm cho rằng, trong một số sự kết hợp,
mối tác động tương hổ giữa hai allele trong một locus có thể dẫn đến chỗ
là, thể dị hợp tử Aa có sức mạnh vượt qua cả hai thể đồng hợp tử AA và
aa. Nhiều thực nghiệm về đột biến thực nghiệm ở lúa mỳ và lúa mạch đã
xác nhận điều này.
Người ta giả thiết rằng, ở trạng thái dị hợp tử thì hai allele hoàn thành
một số chức năng khác nhau và bổ sung cho nhau. Bởi vậy, khi có hiện
tượng đa allele thì tính siêu trội chỉ xuất hiện ở những cặp allele rất khác
nhau. Trong trường hợp siêu trội, người ta nói đến mối tương tác giữa các
allele trong giới hạn một locus. Mỗi locus không phải chỉ có hai trạng thái
trội và lặn mà còn có thể phân thành nhiều trạng thái trung gian nữa, khác
nhau về cấu trúc và chức năng sinh lý.
Ví dụ, một dòng tự phối có kiểu gene a
1

a
1
giao phối với một dòng tự phối
khác có kiểu gene a
2
a
2
thì F
1
sẽ có trạng thái dị hợp tử a
1
a
2
. Do giữa a
1
và
a
2
phát sinh tác dụng lẫn nhau mà mỗi sản phẩm do con lai tạo ra đều có
hiệu quả cao hơn trạng thái đồng hợp tử a
1
a
1
và a
2
a
2
của bố mẹ. Kết quả
là xuất hiện ưu thế lai. Ở đây giữa a
1

và a
2
không có quan hệ trội-lặn mà
ngược lại, tác dụng bổ sung giữa chúng sẽ vượt qua hiệu ứng của tính trội
hay tính siêu trội.
Giả thuyết tính siêu trội là sự phát triển những quan niệm về tác dụng
kích thích của tính dị hợp tử đã được Shull và East nêu ra từ rất sớm. Khi
Shull và East nêu ra cách giải thích này thì vẫn còn chưa có các thực
nghiệm chứng minh. Vì vậy, trong một thời gian dài nó không được thừa
nhận. Sau này chính East là người đã phát triển giả thuyết này, và các dẫn
liệu thực nghiệm của nhiều nhà nghiên cứu khác đã xác nhận sự đúng đắn
của nó.
Hiện tượng ưu thế lai của con lai kép giữa các dòng ở ngô là một minh
chứng cho sự đúng đắn của giả thuyết tính siêu trội. Những con lai kép
như vậy thu được bằng sự giao phối giữa 4 dòng ngô tự phối khác nguồn
gốc. Nếu như hiện tượng ưu thế lai của các con lai đơn giữa dòng dược
dùng làm bố mẹ cho con lai kép mà có thể giải thích bằng sự che phủ tác
dụng có hại của các gene lặn bởi các gene trội tương ứng theo như giả
thuyết tính trội, thì khi đem giao phối các con lai đơn với nhau do kết quả
của sự phân ly và tái tổ hợp của các gene mà có thể hình thành nên một số
rất lớn những cây đồng hợp tử lặn. Vì vậy, con lai kép sẽ luôn luôn có sức
sống thua kém con lai đơn. Song, thực ra sức sống của con lai kép ở ngô
lại không thua những con lai đơn tốt nhất. Điều này phù hợp với giả
thuyết tính siêu trội. Khi mỗi locus có nhiều allele thì con lai có thể chỉ là
những dạng dị hợp tử như là các con lai đơn. Chẳng hạn khi đem lai (A
1
x
A
2
) x (A

3
x A
4
) sẽ hình thành nên 4 kiểu gene A
1
A
3
, A
1
A
4
, A
2
A
3
, A
2
A
4
.
Mỗi kiểu gene ấy có thể chỉ là những dạng dị hợp tử như là những con lai
đơn ban đầu.
Thuyết siêu trội mặc dù đã được một số công trình thực nghiệm chứng
minh, song quan niệm về mối phụ thuộc của sức sống của con lai vào tính
dị hợp tử vẫn còn gây tranh luận. Một số dẫn liệu thực nghiệm đưa ra
nhằm đối lập lại giả thuyết này. Chẳng hạn, ở cây tự thụ phấn các con lai
có ưu thế lai không phải luôn luôn hơn hẳn các dạng bố mẹ đồng hợp tử
về mặt sức sống và tính ổn định trong phát dục. Vì vậy, ở những dạng cây
tự thụ phấn, nếu chỉ có dựa vào tính dị hợp tử không thôi, thì rất khó phân
biệt được ảnh hưởng của tính siêu trội với hiệu quả tương tác giữa các

gene không allele. Trong các công trình về lai diallele giữa các dòng tự
phối, người ta thấy rằng hiện tượng siêu trội sẽ không xảy ra khi thiếu
mặt sự tương tác giữa các gene không allele. Hơn nữa, khi mối tương tác
ấy giảm đi thì hiện tượng siêu trội cũng giảm sút (bằng phương pháp
phân tích toán học, người ta phân biệt được hai loại hiệu quả này).
Như vậy, thuyết dị hợp tử đã chỉ ra được ý nghĩa quan trọng của tính dị
chất đối với sự xuất hiện sức mạnh của con lai. Tính dị chất ấy được hình
thành do kết quả của trạng thái dị hợp tử ở nhiều locus. Hiệu quả ưu thế
lai cao sẽ xuất hiện khi giữa các allele của mỗi locus có sự khác nhau về
mặt chức năng.
Sẽ không đúng nếu cho rằng sự khác nhau giữa giả thuyết tính trội và tính
siêu trội chỉ giới hạn ở sự tương tác giữa các gene allele và không allele.
Điểm khác nhau lớn hơn là ở chỗ, thuyết siêu trội đem lại một ý nghĩa cơ
bản cho sự hiện diện của các locus dị hợp tử, còn ở thuyết tính trội thì đó
là mối tác động giữa các gene trội có lợi. Thuyết siêu trội mặc dù giải
thích được nhiều trường hợp của ưu thế lai một cách rõ ràng, song nó
không loại trừ được tất cả tính chất phức tạp của vấn đề. Đặc biệt, đến
nay người ta đã tích luỹ được nhiều dẫn liệu trong việc tìm hiểu ảnh
hưởng của điều kiện ngoại cảnh đến ưu thế lai. Những con lai có sức sống
và sản lượng cao chỉ xuất hiện trong những điều kiện khí hậu và thổ
nhưỡng nhất định. Ngoài ra, những đặc tính về tế bào chất của các dạng
đem lai cũng có ảnh hưởng lớn đến ưu thế lai. Sự khác nhau về sức sống
của con lai trong lai thuận nghịch đã chứng tỏ điều đó.
Giả thuyết về tính dị hợp tử về sau được Emerson (1948, 1952) và
Rendel (1953) phát triển theo một hướng khác và gọi là thuyết về cân
bằng sinh lý. Emerson phát hiện ra rằng, ở nấm Neurospora, trạng thái dị
nhân (heterokaryon) - trong một tế bào chứa hai nhân khác nhau, nhờ quá
trình tiếp hợp giữa hai sợi nấm khác nhau - đạt tới trạng thái cân bằng
khiến cho sức sống của nó bao giờ cũng cao hơn dạng đồng nhân. Các tác
giả của giả thuyết này cho rằng, hai thể đồng hợp tử chứa những cặp

allele giống nhau thì ít có lợi cho sự phát triển tối thích của cơ thể hơn là
thể dị hợp tử. Rendel cho cơ sở của hiện tượng này là do mối tương tác
giữa các sản phẩm được hình thành do hoạt động của các gene, mà chúng
chính là những chất sinh trưởng. Ví dụ, thể dị hợp tử của hai dạng nấm
đột biến ở Neurospora - một dạng có khả năng tổng hợp axit nicotinic,
dạng kia có khả năng tổng hợp axit pantothenic - có thể sống được trong
môi trường thiếu cả hai loại axit này.
2.3. Thuyết cân bằng di truyền
Thuyết cân bằng di truyền, mà người đề xướng là Turbin (1962, 1971),
được coi là một giả thuyết có khả năng liên kết được các luận điểm trong
việc giải thích hiện tượng ưu thế lai. Thuyết này cho rằng ưu thế lai là
một hiện tượng về tính ưu thế của con lai đối với mức độ phát dục tính
trạng này hay tính trạng khác so với bố mẹ. Mức độ biểu hiện của tính
trạng, tức kết quả của sự phát dục là đặc trưng cho quá trình này về mặt
số lượng. Sự sai lệch trong quá trình phát dục của con lai so với bố mẹ có
thể theo hướng tăng lên hoặc giảm đi (ưu thế lai dương hoặc âm). Thông
thường ta chỉ nói đến ưu thế lai dương là do ý nghĩa thực tiễn của nó.
Thuyết cân bằng di truyền đặc biệt chú ý đến quan điểm giải thích cơ chế
điều hoà di truyền lên sự hình thành các tính trạng và làm sáng tỏ mối
quan hệ nhân quả giữa các nhân tố di truyền với các tính trạng được kiểm
soát. Theo đó, sự hình thành của mỗi tính trạng được xác định bằng ảnh
hưởng tương ứng của nhìêu nhân tố di truyền khác nhau về đặc trưng tác
dụng. Trong trường hợp đơn giản nhất thì trong số chúng có một số gây
ra tác dụng kích thích tức là làm tăng cường các tính trạng, một số khác
lại gây ra tác dụng theo hướng ngược lại.
Sự biểu hiện của mỗi tính trạng như là kết quả về sự cân bằng tác dụng
giữa các xu hướng đối lập. Tính hoạt động của các yếu tố di truyền - tức
là hiệu quả kiểu hình của mỗi yếu tố - được xác định không chỉ bằng hoạt
động ban đầu của nó mà là sự cân bằng mối tác động của nó với các nhân
tố khác. Bởi vậy, mối liên hệ giữa các nhân tố di truyền và các tính trạng

được xác định bằng trạng thái của hệ thống di truyền nói chung. Trong cơ
thể sống, sự trao đổi chất được thực hiện nhờ sự diễn ra của các quá trình
sinh hoá. Các quá trình này được điều hoà nhờ sự tác động đồng thời và
cân bằng của các hệ thống enzyme. Và chính các hệ enzyme này lại được
các gene và những yếu tố có ý nghĩa di truyền trong tế bào chất kiểm
soát. Nói khác đi, toàn bộ hoạt động sống của cơ thể chịu sự kiểm soát
của những nhân tố di truyền và trạng thái cân bằng của chúng.
Mỗi cơ thể có một trạng thái cân bằng di truyền nhất định đảm bảo cho sự
hình thành một kiểu hình thành một kiểu hình nhất định thích ứng với
điều kiện sống. Sự phụ thuộc giữa biểu hiện của tính trạng vào trạng thái
cân bằng di truyền được thấy rất rõ ở các nghiên cứu về sự bất bình
thường trong quá trình phát dục của các cơ thể có biến dị về số lượng
nhiễm sắc thể. Ví dụ, các thể lệch bội như trisomic, tetrasomic có kiểu
hình rất khác so với cá dạng lưỡng bội, tam bội, tứ bội việc thêm vào
hay mất đi một hoặc một số nhiễm sắc thể nào đó đều ảnh hưởng đến
kiểu hình lớn hơn so với trường hợp mất hoặc thêm vào đó những bộ
nhiễm sắc thể nguyên vẹn, tức là những bộ gene cân bằng về mặt di
truyền.
Tóm lại, từ ba giả thuyết trên cho thấy rằng, những phân tích về mặt lý
luận di truyền học của hiện tượng ưu thế lai chứng tỏ tính chất phức tạp
và mối liên quan nhiều mặt của nó với những vấn đề khác của di truyền
học. Các giả thuyết nói trên không loại trừ nhau mà ngược lại, bổ sung
cho nhau. Cho đến nay, vẫn chưa có một giả thuyết nào chứng tỏ rằng nó
được thừa nhận làm lý luận chung cho hiện tượng ưu thế lai. Tuy nhiên,
như đã nói, hai giả thuyết đầu khá phù hợp với nhiều sự kiện thực tế và
có cơ sở khoa học khá chắc chắn.