Giải mã hành trình tiến hóa cây bông: Bước tiến mới trong chọn tạo giống của Trung Quốc

Các nhà khoa học Trung Quốc vừa thiết lập thành công bản đồ di truyền chi tiết nhất từ trước đến nay về cây bông vải – cây trồng chủ lực của ngành dệt may toàn cầu. Bước tiến này được kỳ vọng sẽ mở ra kỷ nguyên mới trong việc chọn tạo các giống bông năng suất cao và thích ứng tốt với biến đổi khí hậu.

Nghiên cứu quan trọng này vừa được đăng tải trên tạp chí khoa học uy tín Nature Genetics. Công trình là kết quả sau quá trình làm việc nghiêm túc của đội ngũ chuyên gia hàng đầu, đứng đầu là hai nhà khoa học Lý Phó Quang và Dương Triệu Ân thuộc Viện Nghiên cứu Bông của Viện Khoa học Nông nghiệp Trung Quốc (CAAS).

Nghiên cứu này giải quyết một nút thắt quan trọng trong sản xuất bông toàn cầu: việc canh tác thâm canh và chọn giống có chọn lọc đã làm thu hẹp đáng kể sự đa dạng di truyền của bông luân – loại bông cung cấp hơn 95% sợi tự nhiên trên thế giới. Chia sẻ với Tân Hoa Xã vào hôm thứ Hai, nhóm nghiên cứu cho biết điều này khiến cây trồng dễ bị tổn thương hơn trước dịch bệnh, sâu bọ và biến đổi khí hậu, đồng thời hạn chế khả năng cải thiện chất lượng sợi trong tương lai.

Để tìm kiếm nguồn vật liệu di truyền mới phục vụ cho công tác chọn tạo giống, nhóm nghiên cứu đã xây dựng một hệ thống mà họ gọi là “siêu hệ gen đa dạng”. Đây là một thư viện di truyền đồ sộ được tổng hợp từ 107 giống bông luân tiêu biểu khác nhau.

Công cụ mạnh mẽ này cho phép họ xác định được những biến đổi cấu trúc trên quy mô lớn trong DNA của thực vật, bao gồm các hiện tượng tái sắp xếp, trao đổi và đảo đoạn đáng kể của các phân đoạn nhiễm sắc thể vốn là động lực thúc đẩy khả năng thích nghi.

Một khám phá mang tính đột phá là việc xác định được một sự trao đổi nhiễm sắc thể quy mô lớn cụ thể. Theo nhóm nghiên cứu, dấu bản sắc di truyền này cho thấy bông hiện đại có nguồn gốc từ một dòng giống hẹp đến bất ngờ tại Trung Mỹ.

Nghiên cứu đã kết nối thành công những biến đổi cấu trúc này với các đặc tính nông nghiệp quan trọng. Nhóm tác giả đã xác định được 69 locus di truyền liên quan đến chất lượng và năng suất sợi bông, trong đó có tới 62 locus là những khám phá hoàn toàn mới mà các phương pháp phân tích di truyền truyền thống trước đây không thể nhìn thấy được.

Nghiên cứu cũng đã lập bản đồ các biến dị cụ thể kiểm soát khả năng kháng sâu bệnh tự nhiên và màu sắc sợi bông, đồng thời phát hiện ra một vùng di truyền mới mang tên VWD11. Vùng di truyền này giúp cây có khả năng kháng lại bệnh héo rũ Verticillium – một loại bệnh gây thiệt hại nặng nề cho cây bông.

Ngoài việc xác định các gen cụ thể, nghiên cứu này còn tái dựng lại hành trình tiến hóa của cây trồng. Nhóm nghiên cứu đã đề xuất một mô hình thuần hóa gồm ba giai đoạn: bắt nguồn từ bán đảo Yucatan của Mexico, lan sang Guatemala và sau đó phổ biến ra toàn cầu. Họ cũng chứng minh được việc lai tạo tự nhiên trong lịch sử với một loài bông khác đã đưa những đặc tính thích nghi quý giá vào hệ gen của giống bông vùng cao như thế nào.

Công trình này đã nhận được sự tán thưởng cao từ các nhà khoa học nông nghiệp hàng đầu tại Trung Quốc. Trần Hiểu Á, viện sĩ Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc, lưu ý rằng nghiên cứu này “cung cấp một góc nhìn mới để hiểu về quá trình thuần hóa bông và đưa ra các chỉ thị di truyền quan trọng nhằm đẩy nhanh quá trình chọn tạo giống sinh học, hỗ trợ cả nghiên cứu cơ bản lẫn sự phát triển bền vững của ngành công nghiệp bông.”

Trương Hiến Long, viện sĩ Học viện Kỹ thuật Trung Quốc, đã nhấn mạnh quy mô và tầm ảnh hưởng của nghiên cứu này. Ông cho biết: “Bằng cách xây dựng biểu đồ hệ gen đa dạng và lớn nhất cho giống bông vùng cao, nhóm nghiên cứu đã làm sáng tỏ nguồn gốc cũng như sự lan rộng của chúng tại châu Mỹ.”

“Họ đã chứng minh một cách thuyết phục rằng các biến dị cấu trúc quy mô lớn là động lực cốt lõi của sự thích nghi với môi trường, đồng thời cung cấp cơ sở lý thuyết và các công cụ chính xác cho việc chọn tạo giống bằng thiết kế phân tử một cách hiệu quả.”

Bản đồ lộ trình di truyền này trang bị cho các nhà chọn giống một bộ công cụ mạnh mẽ. “Nó chuyển đổi việc chọn tạo giống từ một cuộc tìm kiếm diện rộng thành một quy trình kỹ thuật có mục tiêu cụ thể”, một tác giả họ Lý cho biết.

Ông lưu ý rằng những phát hiện này đặc biệt quan trọng đối với Trung Quốc – quốc gia sản xuất và tiêu thụ bông lớn nhất thế giới – nhằm tăng cường khả năng phục hồi và tính bền vững cho nền tảng nông nghiệp của mình, đồng thời có ý nghĩa sâu rộng đối với an ninh dệt may toàn cầu.

(Biên dịch: Lê Anh)