Chương nuôi cấy tế BÀo và chọn dòng tế BÀo nuôi cấy tế bào đơn

7.3 Biến dị dòng tế bào

7.3.1. Cơ sở phân tử của biến dị

Những thay đổi trong hệ gen (genome) của tế bào chất cũng được quan sát ở các dòng soma. Ở cây ngô có hai tính trạng thuộc tế bào chất: (a) mẫn cảm với độc tố chiết từ Drechslera maydis nòi T-tác nhân gây bệnh rụi lá (leaf blight) ở giống ngô Southern, và (b) tế bào chất bất dục đực Texas (cms-T). Cả hai tính trạng này được điều khiển bởi mtDNA (DNA ty thể).

Một hướng khác của đột biến đơn gen trong biến dị dòng soma liên quan với các nhân tố gen nhảy (transposable elements). Chourey và Kemble (1982) đã phát hiện sự biến dị như là kết quả của sự xen đoạn của các DNA giống plasmid (plasmid-like DNA) trong hệ gen ty thể của nuôi cấy tế bào ngô cms-s. Những thay đổi cảm ứng bằng gen nhảy được thông báo chi tiết hơn ở các dòng thuốc lá, alfalfa và lúa mì.

Biến dị dòng soma xuất hiện cũng có thể do những thay đổi phân tử gây ra do hiện tượng trao đổi chéo nguyên phân (mitotic crossing over-MCO) ở các cây tái sinh. Hiện tượng này bao gồm hai trường hợp biến dị đối xứng và bất đối xứng. Các đột biến đơn gen bởi MCO có thể hình thành một cơ chế thống nhất các biến dị di truyền mới. Những thay đổi nhỏ trong cấu trúc của các nhiễm sắc thể có thể dẫn đến những thay đổi về sự biểu hiện và chuyển giao di truyền (sang thế hệ sau) của các gen đặc trưng, như là khuyết đoạn (deletion) và nhân đoạn (duplication) của một bản sao (hoặc nhiều bản sao) của một gen, hoặc sự biến đổi gen trong các quá trình sửa chữa. Sự tái tổ hợp về sau, hoặc đứt gãy nhiễm sắc thể ở vùng ưu tiên hoặc các “điểm nóng” di truyền (hot spots) của các nhiễm sắc thể đặc biệt ảnh hưởng đến hệ gen dẫn đến thay đổi biểu hiện phenotype.

Các nghiên cứu gần đây đã chứng minh rằng những thay đổi trong DNA cơ quan tử, các profiles của protein và isoenzyme liên quan với sự xuất hiện của biến dị dòng soma ở thực vật (lúa mì, lúa, khoai tây, ngô, lúa mạch và lanh). DNA cơ quan tử được tinh sạch tương đối dễ và có chuỗi nucleotide phức tạp. Một số enzyme cắt hạn chế có thể dễ dàng phân biệt giữa các kiểu cytosine-methylation (thay đổi trong các biến dị dòng soma) bên ngoài và bên trong ở vị trí cắt hạn chế. Các dòng soma của lúa mì có những biến đổi ở mặt bên của gliadin. Ở lúa mạch, các biến dị thường có nguồn gốc từ nuôi cấy callus; những biến dị có liên quan tới các đoạn spacer 1 của rDNA và các hordein cũng đã được tìm thấy.

7.3.2. Bản chất của biến dị dòng giao tử

Giá trị của biến dị dòng giao tử trong cải thiện di truyền rõ ràng từ sự phát triển của các dòng đơn bội kép (double-haploid) bằng cách nuôi cấy bao phấn của các cây lai F₁ của lúa mì và lúa. Nuôi cấy bao phấn đã được sử dụng để phát triển các cây tái tổ hợp của thể lai F₁ của lúa mì giữa giống Xian nog 5675 (một thứ có mày trắng, râu ở đầu hạt thóc, cụm hoa hình chùy và cuống hoa ngắn) và giống Jili (một thứ có mày màu đỏ, có râu, cụm hoa hình thoi và cuống hoa cao). Một số cây đơn bội kép đã được phát triển biểu hiện các đặc điểm hỗn hợp của cả hai bố mẹ.

Biến dị ở cây tái sinh từ mô của thể giao tử đã được thông báo ở một số trường hợp do khám phá ra “dị hợp tử dư” (residual heterozygosity, thường có ở vi khuẩn). Hướng nghiên cứu khám phá các dị hợp tử dư ở thực vật là nuôi cấy bao phấn từ các thể đơn bội kép và kiểm tra biến dị xuất hiện ở các chu trình tiếp theo của sinh sản đơn tính (androgenesis). Kiểm tra các cây có nguồn gốc từ chu trình thứ hai của nuôi cấy bao phấn đơn bội kép cây thuốc lá đã tìm ra được các biến dị về năng suất, chiều cao cây, ngày ra hoa, và hàm lượng alkaloid tổng số. Các biến dị tương tự đã được thông báo ở các cây từ thể đơn bội kép của N. sylvestris phát triển sau một số chu trình sinh sản đơn tính. Các biến dị dòng giao tử là kết quả của các nhân tố gây ra sự tái tổ hợp giảm phân và các đột biến trước khi nuôi cấy bao phấn.