Sự di truyền tính nhớ Stress ở thực vật pdf

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. Chính vì vậy, tạo
hóa đã ban cho thực vật khả năng đáp ứng rất
linh 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 dưới
ảnh hưởng của stress, thực vật không chỉ thay đổi về
mặt sinh lý mà cả những biến đổi trên genome cũng
đã bước đầu được ghi nhận. Tuy nhiên liệu thực vật
có khả năng truyền các đáp ứng đó lại cho con cháu
hay không vẫn còn là một điều chưa được làm rõ.
Một kết quả nghiên cứu mới trên tạp chí Nature đã
khẳng định điều này, nghiên cứu bước đầu xác định
trạng thái stress của thực vật làm gia tăng tính biến
động trong genome và tính chất này có thể được di
truyền cho các thế hê sau. Tính trạng gia tăng tần số
tái tổ hợp tương đồng là một tính trạng ngoại di
truyền và có thể được truyền từ cả bố lẫn mẹ trong
các phép lai chéo (tính trạng được quy ước là tính
trạng trội). Kết quả nghiên cứu cho thấy các nhân tố
bất lợi trong môi trường không chỉ di truyền được
qua các thế hệ mà còn có thể làm gia tăng tính đa
dạng di truyền ở mức cá thể, giúp cho loài thích
nghi 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 kiện

môi trường khác nhau bằng các đáp ứng stress. Đó
không chỉ là những thay đổi về mặt sinh lý mà còn
làm thay đổi độ biến động của genom, chẳng hạn như
sự kích hoạt các nhân tố chuyển vị, cảm ứng đột biến,
hoặc gia tăng tần số tái tổ hợp tương đồng dưới tác
dụng của tia UV-B. Đặc biệt là khi bị các tác nhân
gây bệnh tấn công, thực vật cũng đáp ứng bằng cách
gia tăng độ biến động của genom. Tất cả các đáp ứng
trên genom được tích lũy đến mức độ nào đó có thể
ảnh hưởng đến biểu hiện kiểu hình. Tuy vai trò của
chúng có giá trị rất cao trong tiến hoá và thích nghi ở
thực vật nhưng lại chưa đuợc hiểu biết sâu về mặt cơ
chế cũng như chưa đánh giá được mức độ phổ biến
trong sinh giới nói chung và thực vật nói riêng.
Hầu hết các nghiên cứu về đáp ứng stress trên genom
trong thời gian qua mới chỉ ghi nhận về sự tồn tại của
hiện tượng này ở mức độ kiểu hình cụ thể của cá thể.
Nghiên cứu này chứng tỏ được rằng các đáp ứng
stress biotic (fgl 22) và abiotic (UV-C) trên genom
thực vật (A.thaliana) có thể truyền qua nhiều thế hệ
sau.
Độ biến động genom được đánh giá thông qua tần số
tái tổ hợp tương đồng HRF (Homologous
Recombinant Frequency).

Để có thể định lượng được tần số tái tổ hợp, người ta
dựa trên hệ thống GUS fusion thiết kế sẵn. Trong đó,
mẫu đã biến nạp hệ thống GUS fusion được giữ trong
điều kiện chống tái tổ hợp trên môi trường chứa
Hygromycin; khi không có kháng sinh chọn lọc, tái

tổ hợp nếu có xảy ra sẽ tạo thành GUS nguyên vẹn và
biểu hiện thành enzyme có hoạt tính. Điểm màu càng
cao, tần số tái tổ hợp càng lớn.

Nghiên cứu cho thấy Arabidopsis đáp ứng với tia
UV-C cũng như
các 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 thế
hệ thứ nhất, cây đã xử lý được mang ra đất trồng và
thực hiện các phép lai để kiểm tra sự di truyền tính
trạng và vai trò của bố mẹ. Người ta nhận thấy mặc
dù không được xử lý các tác nhân stress, cũng như
không có sự thay đổi về một số trình tự nhưng tính
trạng HRF cao vẫn được duy trì bền vững qua ít nhất
4 thế hệ. Đồng thời trong phép lai chéo với cá thể
hoang dại, sự di truyền tính trạng HFR cao có sự
khác biệt rất rõ ràng khi thay đổi vai trò của bố hoặc
mẹ.

(Ảnh: Nature)
Tuy nhiên, một kết quả bất ngờ khác là tính trạng này
vẫn được truyền cho các thế hệ sau một cách gần như
hoàn toàn ngay cả khi bố hoặc mẹ của chúng thuộc
giống hoang dại (không được xử lý, không có gene
chỉ thị).
Điều này chứng tỏ khi có điều kiện bất lợi xảy ra,
thực vật có một cơ chế cho phép nó tự nâng cao
mức độ biến động của genom (nhưng không thay
đổi trình tự) đồng thời các thế hệ sau cũng có thể

được thừa hưởng tính chất này nếu như bố hoặc mẹ
của chúng đáp ứng stress. Nghiên cứu cho thấy rõ
hơn bản chất tiến hóa của thực vật trong mối quan hệ
với các tác nhân stress, nếu so sánh một cách hơi
khập khiễng, nó tương tự như khái niệm Gene đối
gene (Flor), thực vật luôn sẵn sàng biến đổi để tiến
hoá.
Phụ lục:
Điều kiện trồng: Trồng trong đất: Hạt Arabidopsis
được 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 16
o
C.
Trồng in vitro: Hạt được gieo trên môi trường MS
broth (Duchefa) sucrose 1%, agar 0.8%, pH 5.8,
quang kỳ 16/8. Cây 3 tuần tuổi được mang ra đất
trồng để thu hạt bằng cách tự thụ hoặc lai chéo.
Xử lý UV-C và flagelin: Hai tác nhân stress đại diện
được dùng trong thí nghiệm là UV-C và flagelin (đại
diện cho biotic và abiotic). Trong tất cả các thí
nghiệm, cây được trồng trong môi trường gieo hạt
trong 13 ngày trước khi được xử lý. Cây được chiếu
tia UV-C (254nm) hoặc nhúng trong môi trư
ờng chứa
flagelin (vùng bảo tồn flg22 từ vi khuẩn và vùng đặc
trưng flg22Atum từ Argobacterium tumefacient)
Tài liệu tham khảo: Jean Molinier, Gerhard Ries,
Cyril Zipfel & Barbara Hohn, 2006. Transgeneration
memory of stress in plants. Nature letters.

442(31):1046 -1049
Nguyễn Hữu Hoàng
Theo Nature, Sinh học Việt Nam