Một nghiên cứu vừa cho thấy, những thay đổi thể hiện sự lựa chọn dựa trên các tính trạng trong công tác thuần hóa lúa được quyết định bởi một phần bộ gen không phiên mã protein.
Xiaoming Zheng, một nhà sinh vật học thuộc Viện Khoa học cây trồng (Viện Khoa học Nông nghiệp Trung Quốc), tác giả bài viết mới công bố trên tạp chí Science Advances, cho biết: "Các phân tích trên toàn bộ bộ gen cho thấy vai trò của biến đổi không mã hóa trong các tính trạng phức tạp trong quá trình thuần hóa lúa".
RNA không mã hóa được nghi ngờ đóng vai trò quan trọng trong việc điều chỉnh tăng trưởng và phát triển, nhưng chúng chỉ mới vừa được đánh dấu.
Olsen, giáo sư sinh học tại Đại học Khoa học và Nghệ thuật Washington cho biết: "Dù có gần 20 năm nghiên cứu về genom và genome trong việc thuần hóa cây trồng, hiểu biết về cơ sở di truyền của các đặc điểm thuần hóa ở hầu hết các loài cây trồng còn rất ít. Các nghiên cứu ban đầu thường có xu hướng tìm kiếm các loại "trái dễ hái", vốn được kiểm soát khá đơn giản, chỉ bằng 1 hoặc 2 gen có các đột biến dễ nhận biết. Việc khó hơn nhiều là tìm ra những thay đổi tinh tế về phát triển, rất quan trọng trong quá trình thuần hóa cây trồng. Nghiên cứu này làm rõ một cơ chế rất quan trọng để điều tiết những thay đổi liên quan đến quá trình thuần hóa lúa".
Phần lớn DNA trong nhiễm sắc thể của nhiều loài thực vật và động vật, gồm cả các gen không mã hóa tạo protein, chiếm đến 98% bộ gen (nhưng thông tin di truyền này ít được hiểu biết. Một số nhà khoa học đã gọi là 'lỗ đen' của bộ gen, hoặc thậm chí coi nó là 'DNA rác'), có vai trò lớn trong phát triển cây lúa.
Với nghiên cứu này, các nhà khoa học phát hiện ra những thay đổi chính xảy ra trong quá trình thuần hóa lúa hơn 9.000 năm trước có thể liên quan tới các phân tử được gọi là RNA không mã hóa dài (lncRNA), loại phân tử RNA có chiều dài hơn 200 nucleotide.
Họ nhận thấy khoảng 36% thông tin di truyền được ghi trong bộ gen cây lúa có thể được thấy lại ở các vùng không mã hóa, nhưng hơn 50% đặc điểm đa dạng quan trọng đối với nông nghiệp có liên quan đến các khu vực này.
"Lần đầu tiên, các lncRNA ở vùng không mã hóa của lúa được trồng và lúa hoang đã được chú thích và mô tả sâu sắc", Zheng nói. "Các thí nghiệm biến đổi gen và phân tích di truyền quần thể của chúng tôi đã cho thấy, lựa chọn lncRNA đã góp phần thay đổi chất lượng hạt gạo thuần hóa bằng cách thay đổi biểu hiện của gen có chức năng tổng hợp tinh bột và sắc tố hạt".
Tiến hành với hàng trăm mẫu gạo và hơn 260 Gbs trình tự, các nhà nghiên cứu đã sử dụng các kỹ thuật phát hiện nhạy cảm để định lượng và theo dõi quá trình sao chép lncRNA trên cây lúa. Nghiên cứu mới xác nhận một số lncRNA đã được xác định trước đó và cũng cung cấp thông tin mới về các phân tử không được mô tả trước đây.
Nghiên cứu này bổ sung cho suy đoán của một số nhà nghiên cứu rằng hầu hết sự khác biệt về thích nghi giữa các nhóm thực vật hoặc động vật là do thay đổi quy định gen chứ không phải do tiến hóa protein.
"Theo những phát hiện của chúng tôi, lựa chọn trên lncRNA có thể là một cơ chế rộng lớn hơn, theo đó, các kiểu biểu hiện gen trên toàn bộ gen có thể tiến hóa ở nhiều loài", cô Zheng nói.
Nghiên cứu này mở ra viễn cảnh cho phép sản xuất các loại cây trồng và ngũ cốc mới bằng cách nhân giống chính xác.