Công nghệ không ngừng phát triển

Thời gian qua các tiến bộ trong công nghệ giải trình tự genome phát triển một cách nhanh chóng, mạnh mẽ. Trước 1990, chỉ có các sinh vật có kích thước hệ gene nhỏ được giải mã hoàn thiện. Nhưng từ năm 2002 trở lại đây, nhờ sự phát triển của các thiết bị công nghệ và hệ thống siêu máy tính, đã có khoảng 5.000 loài thực vật (cây rau, cỏ, cây lương thực, cây công nghiệp, cây dược liệu) và các loài côn trùng, cá, chim, thú đã được giải mã genome. Đặc biệt từ năm 2003, lần đầu tiên hầu như toàn bộ bộ genome của con người được giải mã với chi phí 3 tỷ USD.

Nhờ có KHCN, giá thành giải mã genome đã giảm rất nhanh. Có thể so sánh, từ năm 2011, để giải mã một bộ genome phải mất 95 triệu USD. Nhưng đến tháng 3.2012, chỉ còn 7.950 USD, giảm hàng trăm lần. Cũng nhờ vậy, những nước đang phát triển có đủ điều kiện tiếp cận với giải mã genome.

Năm 2004 đánh dấu một thành tựu mới của thế giới về việc lần đầu tiên con người đã giải mã được toàn bộ trình tự genome cây lúa. Sau đó, việc giải mã trình tự genome phát triển rất nhanh, đã có hàng nghìn các giống lúa trên thế giới được giải mã trình tự.

PGS.TS Lê Huy Hàm, Viện trưởng Viện Di truyền Nông nghiệp cho rằng, lúa là cây lương thực quan trọng bậc nhất của thế giới. Các thông tin trình tự hệ genome cây lúa hữu ích trong việc xác định các gene trong hệ genome cây lúa và xác định chức năng của từng gene; phát triển hệ thống chỉ thị phân tử giúp hỗ trợ việc chọn lọc nhanh, chính xác trong quá trình chọn tạo giống. Hơn nữa, kích thước bộ gene của cây lúa tương đối nhỏ so với các loại ngũ cốc khác. Do đó lúa được chọn là cây trồng mô hình cho việc giải mã bộ gene đầy đủ của cây ngũ cốc.

Còn tại Việt Nam, các giống lúa địa phương rất phong phú, đa dạng với giống chịu mặn, kháng rầy nâu, đạo ôn, bạc lá… nhưng chưa được khai thác hiệu quả. Việc giải mã toàn bộ hệ gene của các giống lúa sẽ cung cấp thông tin ở mức phân tử một cách đầy đủ nhất, để có thể khai thác, sử dụng hiệu quả các nguồn gene quý trong chương trình chọn và lai tạo giống.

Hơn nữa, hiện chưa có một cơ sở nghiên cứu nào của Việt Nam đủ trang thiết bị, kỹ thuật để giải mã hoàn chỉnh hệ gene của một loài thực vật bậc cao. Vì vậy, trong khuôn khổ Chương trình hợp tác quốc tế về KHCN giữa Bộ KH-CN với Hội đồng Nghiên cứu Khoa học Sự sống và Công nghệ sinh học, Vương quốc Anh, các nhà khoa học hai nước đã thực hiện Đề tài “Nghiên cứu giải mã genome một số giống lúa bản địa của Việt Nam”. Đề tài được thực hiện từ tháng 1.2011 đến tháng 6.2013.

TS Khuất Hữu Trung, Viện Di truyền Nông nghiệp - Chủ nhiệm đề tài, cho biết, đề tài được thực hiện với mục tiêu giải mã genome một số giống lúa bản địa của Việt Nam có năng suất cao, chất lượng tốt, có khả năng chống chịu với các điều kiện bất lợi sinh học và phi sinh học phục vụ công tác chọn tạo giống; thu thập được các tập đoàn giống lúa bản địa có năng suất cao, chất lượng tốt, có khả năng chịu hạn, chịu mặn, kháng rầy nâu, đạo ôn…; tuyển chọn 30 giống lúa bản địa có các đặc điểm nông sinh học quý, độ đa dạng cao để giải mã genome; giải mã genome, xây dựng cơ sở dữ liệu genopyte của 30 giống lúa được giải mã;…
 
Triển vọng tiến tới làm chủ công nghệ giải mã gene

Thực hiện đề tài này, Viện Di truyền Nông nghiệp, nhóm các nhà khoa học của các viện nghiên cứu về lúa đã hợp tác với các nhà khoa học Anh tiến hành giải mã gene 36 giống lúa bản địa của Việt Nam. Sau hơn 2 năm thực hiện, đề tài đã thực hiện đầy đủ các nội dung nghiên cứu, đạt mục tiêu đề ra. Cụ thể, đã điều tra thu thập số liệu và xây dựng được 6 tập đoàn giống lúa bản địa của Việt Nam có các đặc tính ưu tú về chất lượng và khả ăng chống chịu (chịu hạn, chịu mặn, kháng rầy nâu, đạo ôn và bạc lá); đánh giá đa dạng di truyền các tập đoàn giống lúa bản địa của Việt Nam ở mức phân tử, tuyển chọn được 36 giống lúa điển hình phân bố ở các vùng miền khác nhau, có độ đa dạng cao, phục vụ cho quá trình giải mã genome.
 

Nguồn: chudu24.com

Đặc biệt, đã giải mã thành công genome của 36 giống lúa bản địa ưu tú của Việt Nam (7 giống lúa chất lượng, 6 giống lúa chịu hạn; 6 giống lúa chịu mặn; 7 giống lúa kháng rầy nâu; 5 giống lúa kháng đạo ôn và 5 giống lúa kháng bạc lá). Xây dựng được cơ sở dữ liệu phenotype (các đặc tính nông học, chất lượng, chống chịu sâu bệnh, đặc tính lý hóa và các đặc điểm hình thái) và genotype (ở mức trình tự gene) của 36 giống lúa nghiên cứu.

Cùng với đó, xác định được tổng số 783 SNPs và InDels có ý nghĩa (các SNPs và InDels nằm trong vùng gene liên quan đến các tính trạng nông sinh học quan trọng) và thiết kế được 35 marker (dấu hiệu) là những marker chức năng liên kết chặt với các gene đích cho phép xác định chính xác các alen (những dạng biến dị khác nhau của một gene) giúp quy tụ nhanh, chính xác các gene đích trong lai tạo giống.

Đề tài đã xây dựng được 1 phần mềm quản lý cơ sở dữ liệu về phenotype và genotype của 36 giống lúa đã giải mã và 1 website www.riceagi.org.vn để chia sẻ thông tin, cơ sở dữ liệu của đề tài với các viện, trường và cơ sở nghiên cứáu chọn tạo giống lúa.

Kết quả của đề tài đánh dấu lần đầu tiên giải mã thành công hệ gene đầy đủ của một loại thực vật bậc cao rất quan trọng là cây lúa, mở ra định hướng nghiên cứu về genome học và ứng dụng bioinformatics để khai thác trình tự genome phục vụ công tác nghiên cứu, chọn tạo giống lúa. Đây cũng là lần đầu tiên xây dựng được genome và bản đồ các SNPs của các giống lúa bản địa của Việt Nam để công bố Quốc tế và trong nước giúp các viện, trường, các cơ sở nghiên cứu khai thác, nghiên cứu về ứng dụng bioinformatics trong bảo tồn nguồn gene quý, phân loại học, chọn tạo giống có năng suất, chất lượng cao, có khả năng chống chịu các loại sâu bệnh.

PGS.TS. Lê Huy Hàm cho biết, trong giai đoạn 2 các nhà khoa học hai nước sẽ tiếp tục giải mã bộ gene của 600 giống lúa ở Việt Nam. Cùng với đó, khai thác, sử dụng dữ liệu đã có, đào tạo nhân lực tiến tới làm chủ hoàn toàn việc giải mã, khai thác, sử dụng công cụ genome trong chọn tạo giống cây trồng. Cụ thể, khai thác hệ thống dữ liệu đã hình thành sử dụng công cụ tin sinh học, phát triển các chỉ thị phân tử, xác định chức năng gene, đặc biệt dùng các chỉ thị phân tử cho việc chọn tạo ngay những giống lúa chống chịu tốt. “Hy vọng trong khoảng 3-5 năm nữa chúng ta có thể tạo ra được những giống lúa mới nhờ việc sử dụng các chỉ thị phân tử từ đề tài này” - PGS.TS Lê Huy Hàm chia sẻ.

Hạnh Nguyên