Công nghệ sinh học ( phần 8 ) Lai tế bào soma - Dung hợp tế bào trần Trong các phương pháp chọn tạo giống truyền thống lai hữu tính là phương pháp cơ bản nhất để tạo ra biến dị tổ hợp thông qua dung hợp giao tử. Tuy nhiên, việc lai hữu tính chỉ thực hiện được các cá thể trong một loài hay các loài có quan hệ thân thuộc. Đó là kỹ thuật cho phép hợp nhất các tế bào soma không có thành tế bào của cá thể hoặ các loài khác nhau, và sau đó cho tái sinh cây lai từ các tế bào đã dung hợp. Trong lai hữu tính, các tính trạng liên quan DNA bào quan kiểm soát hoàn toàn giống cây mẹ vì không có sự tổ hợp các cơ quan tử của bố và mẹ. Trong dung hợp tế bào trần, ngoài khả năng dung hợp nhân, còn có khả năng xảy ra hỗn hợp tế bào chất, hình thành tổ hợp di truyền hoàn toàn mới. Ty thể và lạp thể của hai tế bào khác nhau có thể hợp nhất hoặc là tái tổ hợp tạo ra một tế bào dị tế bào chất, gọi là cybrid. Như vậy, bằng con đường lai soma người ta có thể thu được tổ hợp mới của lạp thể hay ty thể và tương tác mới giữa nhân và tế bào chất. Dung hợp tế bào trần là một quá trình nhiều giai đoạn, bao gồm việc phân lập tế bào trần từ các loài khác nhau, dung hợp tế bào trần từ hai loài khác nhau, giám định, nhân sản phẩm dung hợp và cuối cùng là tái sinh cây lai hữu dục là sản phẩm dung hợp. Lai soma được sử dụng có hiệu quả để kết hợp khả năng kháng các bệnh virus ở khoai tây từ các kiểu gene trong một loài cũng như từ các loài khác nhau (Venzen, 1994). Lai soma là một phương tiện có hiệu quả để chuyển bất dục đực tế bào chất và đa dạng hoá nguồn bất dục trong việc tạo giống lai. Nuôi cấy mô và tế bào Đầu thế kỷ 20, Haberlandt đã nhấn mạnh tính toàn năng của tế bào soma ở thực vật và chỉ ra khả năng tạo ra cây hoàn chỉnh bằng con đường nuôi cấy mô và tế bào. Tuy nhiên, đến 50 năm sau việc tái sinh cây hoàn chỉnh từ tế bào đơn hoặc tế bào trần (protoplast) mới trở thành hiện thực. Nuôi cấy mô và tế bào là kỹ thuật nuôi cấy tế bào thực vật phân lập hay mảnh mô thực vật tách rời trên môi trường dinh dưỡng trong điều kiện vô trùng. Sau đó, các mô cấy được cho tái sinh thành cây hoàn chỉnh. Người ta đã xây dựng được các quy trình tương đối hoàn chỉnh để tái sinh cây cho một số loài như thuốc lá, khoai tây, mía, hoa lan, một số cây ăn quả v.v. Đối với phần lớn cây trồng trên đồng ruộng, như bông và đậu lấy hạt thì việc thiết lập các quy trình để áp dụng rộng rãi khó hơn nhiều. Ở những loài cây này tần số tái sinh thấp và kết quả tái sinh từ nuôi cấy không chỉ thay đổi theo loài mà còn phụ thuộc vào kiểu gene trong một loài, nguồn mô cấy, tuổi và sức khoẻ của mô cấy, môi trường dinh dưỡng và nhiều yếu tố khác. Nhìn chung, công nghệ nuôi cấy mô và tế bào cho phép nhân nhanh những kiểu gene có giá trị hay vật liệu chọn giống trong một môi trường có kiểm soát. Một số khả năng ứng dụng của nhân nhanh đối với cây trồng là: Nhân quy mô lớn kiểu gene dị hợp tử, nhân kiểu gene tự bất hợp, nhân bố mẹ bất dục trong chương trình chọn giống lai, nhân vật liệu sạch bệnh, bảo quản và trao đổi nguồn gene quốc tế Ở đây chỉ giới thiệu sơ lược một số kỹ thuật nuôi cấy in vitro liên quan trực tiếp tới quá trình chọn giống. (1) Nuôi cấy phôi, noãn và thụ phấn in vitro Các nhà chọn giống chủ yếu đã và đang tận dụng biến dị di truyền hiện có trong nguồn gene trồng trọt bằng cách sử dụng nhiều sơ đồ lai và chọn lọc khác nhau. Tuy nhiên với thâm canh và độc canh, một ít kiểu gene chọn lọc về những tính trạng có ý nghĩa kinh tế biến dị di truyền ngày một giảm trong nguồn gene trồng trọt. Thậm chí trong một số trường hợp, nguồn biến dị đối với một số tính trạng có ý nghĩa kinh tế không đủ thoả mãn, ví dụ: tính kháng bệnh vàng lụi, sâu đục thân, chịu mặn ở lúa Để khắc phục những vấn đề nghiêm trọng ảnh hưởng đến năng suất, nhà chọn giống cần có nguồn gene kháng sâu bệnh từ các loài hoang dại thân thuộc hoặc không thân thuộc. Một khó khăn lớn khi sử dụng các loài hoang dại để lai với cây trồng là tính bất hợp khi lai. Trong một số trường hợp, các phôi lai từ các tổ hợp lai giữa các loài có quan hệ xa nhau thường yếu và không có khả năng sống do sự cung cấp dinh dưỡng từ nội nhũ không đầy đủ và chúng thường bị chết trong một thời gian ngắn sau khi hình thành hợp tử và không thể phát triển thành hạt có khả năng sống. Vì vậy, nuôi cấy phôi hay cứu phôi là một phương pháp để khắc phục hàng rào bất hợp, bảo đảm để phôi non sinh trưởng, nảy mần, và phát triển thành cây con. Thông qua sử dụng phương pháp này người ta đã tạo ra nhiều con lai khác loài ở nhiều loại cây trồng như lúa mì, lúa nước, đại mạch, bông, đậu, đỗ, các loài cây ăn quả, cây cảnh và nhờ vậy nhiều gene có ích đã được chuyển vào cây trồng. Noãn đã thụ tinh đôi khi được nuôi cấy để cứu phôi từ các tổ hợp lai xa mà không cần tách phôi ra khỏi noãn. Noãn chứa phôi lai non được tách ngay sau khi thụ tinh trong điều kiện vô trùng rồi nuôi cấy trên môi trường dinh dưỡng. Bằng con đường nuôi cấy noãn phôi có thể nuôi cấy ở giai đoạn sớm hơn so với nuôi cấy phôi tách rời. Hơn nữa, phôi phát triển trong noãn có môi trường hoá học và lý học thuận lợi hơn phôi nuôi cấy bên ngoài noãn. Thụ phấn và thụ tinh in vitro gồm việc thu nhập noãn chưa thụ tinh, cấy noãn trên môi trường dinh dưỡng trong điều kiện vô trùng, và thụ phấn cho noãn với các hạt phấn tươi. Ống phấn xuyên qua thành noãn và túi phôi sẽ thụ tinh cho tế bào trứng. Phương pháp này đã được áp dụng để tạo con lai giữa các loài mà ống phấn không thể sinh trưởng và xuyên vào noãn bình thường sau khi thụ phấn. (2) Nuôi cấy bao phấn và sản xuất cây đơn bội: Trong phần lớn các chương trình chọn giống việc tạo giống mới cải tiến bao gồm việc gieo trồng quần thể F 2 lớn và chọn lọc các dòng mong muốn trong các thế hệ phân ly từ F 2 đến F 7 để cuối cùng tạo ra các dòng đồng hợp tử. Nuôi cấy bao phấn hay hạt phấn là một kỹ thuật hữu hiệu để tạo ra các dòng đồng hợp tử ngay từ thế hệ đầu tiên (dòng đơn bội kép), do đó tiết kiệm nguồn lực và rút ngắn thời gian cần thiết để tạo ra giống mới. Nuôi cấy bao phấn là kỹ thuật nuôi cấy in vitro các bao phấn chứa tiểu bào tử hay hạt phấn chưa thành thục trên môi trường dinh dưỡng để tạo ra cây đơn bội. Số nhiễm sắc thể của cây đơn bội được nhân đôi để tạo ra cây lưỡng bội đồng hợp tử hoàn toàn, gọi là thể đơn bội kép. Việc nuôi cấy bao phấn rất có ích đối với nhà chọn giống vì thế đơn bội kép có thể được sử dụng để làm các dòng thuần ở cả cây tự thụ phấn và cây giao phấn. Thời gian cần thiết để tạo ra một giống hay một dòng tự phối bằng phương pháp đơn bội kép được rút ngắn nhiều thế hệ so với phương pháp truyền thống. Các dòng đơn bội kép tạo ra cơ hội duy nhất để cải thiện hiệu quả chọn lọc đối với nhiều tính trạng vì trong quần thể không có phương sai trội, đồng thời gene lặn cũng biểu hiện ra kiểu hình. Kỹ thuật này đã được áp dụng thành công ở Trung Quốc trong việc tạo ra giống lúa và lúa mì. Tuy nhiên, hạn chế trong việc áp dụng rộng rãi phương pháp này là khả năng nuôi cấy khó và tính đặc thù cao của kiểu gene. Ví dụ, các nhà chọn giống lúa Indica không thể sử dụng kỹ thuật này có hiệu quả bằng các nhà chọn giống lúa Japonica do các kiểu gene Indica khó nuôi cấy hạt phấn còn bị ảnh hưởng bởi giai đoạn phát triển của bao phấn, điều kiện sinh lý của cây cho phấn, điều kiện xử lý trước khi nuôi cấy, môi trường dinh dưỡng, điều kiện nuôi cấy và hiệu quả lưỡng bội hoá bằng colchicine. (3) Biến dị dòng soma và chọn lọc dòng tế bào: Ban đầu nuôi cấy mô được sử dụng làm kỹ thuật mới để tạo sinh khối và phương pháp nhân giống lý tưởng để sản xuất hàng loạt cây dồng nhất và như bố mẹ ban đầu của các giống ưu tú. Tuy nhiên, với thời gian các công trình nghiên cứu ở nhiều loài cây trồng có giá trị kinh tế người ta thấy rằng tế bào và mô được nuôi cấy trong môi trường nhân tạo thường xuất hiện các biến đổi di truyền bao gồm số lượng và cấu trúc nhiếm sắc thể, sự sắp xếp lại trong nhiễm sắc thể, đột biến gene v.v. Các biến dị này được truyền lại cho cây khi tái sinh. Tập hợp các biến dị di truyền hình thành do quá trình nuôi cấy được gọi là biến dị dòng soma (somaclonal variation) (Larkin và Scowcroft, 1983). Biến dị dòng soma chịu ảnh hưởng bởi loài cây, kiểu gene trong loài và mô cấy, chế độ nuôi cấy, thời gian nuôi cấy in vitro, và tính ổn định của genome. Như vậy bản thân nuôi cấy mô và tế bào là một nguồn biến dị di truyền quan trọng, mới mẻ và phong phú trong các điều kiện đã thích ứng và rất có ích cho sự cải thiện giống cây trồng. Một số thể biến dị dòng soma có ích đã được phân lập, đó là khả năng để kháng virus Fiji, bệnh đốm vàng viền nâu và bệnh sương mai ở mía (Heinz và cộng sự, 1977); khả năng kháng bệnh đốm lá nhỏ ở ngô (Bretell và Ingram, 1979); kháng sương mai ở khoai tây (Shepard và cộng sự, 1980); chịu hạn và chịu lạnh ở lúa (Lê trần Bình và cs, 1996). Một ưu điểm của biến dị di truyền trong quá trình nuôi cấy là khả năng chọn lọc dòng tế bào in vitro. Có thể nuôi cấy và xử lý hàng triệu tế bào trong một không gian hạn chế, chẳng hạn trong đĩa petri và chọn lọc bằng cách xử lý tế bào nuôi cấy trong điều kiện bất lợi là tác nhân chọn lọc. Cũng có thể kết hợp xử lý đột biến trong nuôi cấy để tăng tần số biến dị di truyền. Tuy nhiên, chỉ những tính trạng biểu hiện ở mức tế bào mới có thể xác định được bằng cách sàng lọc tế bào nuôi cấy, bao gồm các đặc tính như kháng thuốc diệt cỏ, chịu mặn hay chịu kim loại như sắt, nhôm, axit amin tương đồng, chịu nhiệt độ thấp, các yếu tố dinh dưỡng và khả năng kháng độc tố do các tác nhân gây bệnh tạo ra. Các kiểu gene phân lập kháng với các điều kiện bất lợi này có thể được sử dụng trực tiếp trong chương trình chọn giống. Ưu thế lai Ưu thế lai (heterossis) là thuật ngữ do nhà chọn giống ngô G.H.Shull (Mỹ) đưa ra năm 1914 để chỉ hiệu quả lai biểu hiện vượt trội về sức sinh trưởng, sinh sản và chống chịu của con lai ở thế hệ thứ nhất so với các dạng bố mẹ của chúng. Hiện tượng này thể hiện rất rõ ở những con lai thu được từ sự giao phối giữa các dòng tự phối với nhau. 1. Những biểu hiện của ưu thế lai ở thực vật Để tiện lợi cho việc sử dụng ưu thế lai và tạo ra các giống ưu thế lai phục vụ sản xuất người ta chia ưu thế lai theo sự biểu hiện và theo quan điểm sử dụng. Chẳng hạn: Ưu thế lai sinh sản là loại ưu thế lai quan trọng hàng đầu. Các cơ quan sinh sản như hoa, quả, hạt phát triển mạnh, số hoa quả nhiều, độ hữu dục cao dẫn đến năng suất cao hơn. Ưu thế lai sinh dưỡng: Các cơ quan sinh dưỡng như thân, rễ, cành, lá đều sinh trưởng mạnh làm cho cây lai có nhiều cành, nhánh, thân cao to, lá lớn, nhiều rễ, nhiều củ Đó là các tính trạng có lợi cho chọn tạo giống; đặc biệt là ở những loài cây trồng sử dụng các bộ phận sinh dưỡng như thân, lá, củ Ưu thế lai thích ứng là ưu thế lai do sự tăng sức sống, tăng tính chống chịu với sâu, bệnh, với các điều kiện ngoại cảnh bất thuận như rét, úng, chua, mặn, phèn Ưu thế lai tích luỹ là sự tăng cường tích luỹ các chất với hàm lượng cao ở các bộ phận của cây như: tinh bột ở củ, protein và dầu ở hạt, đường ở thân, các ester ở lá v.v. 2. Cơ sở di truyền của ưu thế lai 2.1 Giả thuyết về tác dụng tương hỗ giữa nhiều gene trội (thuyết tính trội) Giả thuyết về tính trội do Jones đề xướng năm 1917. Tuy nhiên, những ý kiến đầu tiên đưa ra sự xác nhận về tác dụng bổ sung của các gene trội có lợi đối với hiện tượng ưu thế lai lại thuộc về Bruce, Keeble và Pellen (1910) rút ra từ các công trình thực nghiệm ở đậu Hà Lan. Giả thuyết này cho rằng, ưu thế lai là kết quả của sự tác động tương hỗ giữa nhiều gene trội có lợi cho sự sinh trưởng. Các tính trạng có lợi cho sự sinh trưởng của cơ thể do nhiều gene trội kiểm soát, còn các gene lặn tương ứng thì có tác dụng ngược lại. Quá trình tự phối dẫn dến sự đồng hợp tử hoá của hai loại gene này. Sự đồng hợp tử hoá các gene lặn dẫn đến sự suy thoái về sức sinh trưởng. Trong một dòng tự phối không chỉ tích luỹ hoàn toàn các gene trội có lợi. Kiểu gene của các dòng tự phối khác nhau sẽ không giống nhau. Khi đem giao phối chúng với nhau thì ở con lai xuất hiện nhiều gen trội tại các locus khác nhau, trong đó các gene trội lấn át sự biểu hiện của các gene lặn. Kết quả là xuất hiện hiện tượng ưu thế lai và có tính đồng đều ở con lai F 1. Về lý thuyết, hiệu quả ưu thế lai còn chịu ảnh hưởng của mối tương tác giữa các gene trội không allele với nhau. Hiệu quả này giữ một vai trò quan trọng trong ưu thế lai và có liên quan đến khả năng kết hợp riêng của các dòng bố mẹ ban đầu. Mặc dù thuyết tính trội có tính phổ cập rộng rãi nhưng vẫn còn hạn chế trong khi giải thích một số trường hợp. Thực nghiệm ở ngô cho thấy sự tương ứng giữa sức sống của các dòng tự phối với số lượng các gene trội và khả năng kết hợp giữa các dòng tự phối lại không phù hợp với thuyết tính trội. Nói chung, các gene lặn không mang tính chất có hại mà chỉ có hại khi chúng ở trạng thái đồng hợp tử. Di truyền học quần thể xác nhận rằng, tính bão hoà của các quần thể tự nhiên bằng các gene lặn không có lợi ở trạng thái đồng hợp tử hoàn toàn không làm giảm ý nghĩa sinh học của các gene lặn trong việc duy trì mức độ thích nghi cao của các quần thể này. Có thể nói rằng các gene lặn không có lợi, thậm chí các gene gây chết ở trạng thái đồng hợp là một bộ phận cần thiết cho các kiểu gene của những quần thể thích nghi giỏi và chúng được duy trì một cách tích cực và thích hợp qua quá trình chọn lọc tự nhiên. Những công trình nghiên cứu ở ngô và lúa mạch của Vudvort và Turbin cho thấy rằng, sự loại bỏ những gene lặn ở trạng thái đồng hợp đã không cho thấy có một ảnh hưởng tích cực nào. Những dạng thu được bằng con đường như vậy có sản lượng không khác so với những dạng ban đầu và cũng không thấy có sự phụ thuộc giữa sản lượng với tần số bắt gặp của những tính trạng lặn. Thực ra, khi xem xét một cách khách quan thì quan niệm về các gene trội có lợi không phải chỉ là một giả thuyết mà là sự tập hợp của ít nhất của ba giả thuyết về hoạt động của các gene trội. Đó là: tương tác trội -lặn trong mỗi locus; tác dụng tích luỹ giữa các gene trội; và tương tác giữa các gene trội không allele với nhau. 2.2. Giả thuyết về tính siêu trội Do việc giả thuyết về tính trội gặp khó khăn trong khi giải thích một số trường hợp về ưu thế lai, mà sau này giả thuyết tính siêu trội ra đời đã thu hút được sự chú ý của nhiều người. Theo giả thuyết này, chính bản thân tính dị hợp tử là nguyên nhân quan trọng của hiện tượng ưu thế lai. Vì vậy nó còn được là giả thuyết về tính dị hợp tử. Cơ sở của giả thuyết này là quan niệm cho rằng, trong một số sự kết hợp, mối tác động tương hổ giữa hai allele trong một locus có thể dẫn đến chỗ là, thể dị hợp tử Aa có sức mạnh vượt qua cả hai thể đồng hợp tử AA và aa. Nhiều thực nghiệm về đột biến thực nghiệm ở lúa mỳ và lúa mạch đã xác nhận điều này. Người ta giả thiết rằng, ở trạng thái dị hợp tử thì hai allele hoàn thành một số chức năng khác nhau và bổ sung cho nhau. Bởi vậy, khi có hiện tượng đa allele thì tính siêu trội chỉ xuất hiện ở những cặp allele rất khác nhau. Trong trường hợp siêu trội, người ta nói đến mối tương tác giữa các allele trong giới hạn một locus. Mỗi locus không phải chỉ có hai trạng thái trội và lặn mà còn có thể phân thành nhiều trạng thái trung gian nữa, khác nhau về cấu trúc và chức năng sinh lý. Ví dụ, một dòng tự phối có kiểu gene a 1 a 1 giao phối với một dòng tự phối khác có kiểu gene a 2 a 2 thì F 1 sẽ có trạng thái dị hợp tử a 1 a 2 . Do giữa a 1 và a 2 phát sinh tác dụng lẫn nhau mà mỗi sản phẩm do con lai tạo ra đều có hiệu quả cao hơn trạng thái đồng hợp tử a 1 a 1 và a 2 a 2 của bố mẹ. Kết quả là xuất hiện ưu thế lai. Ở đây giữa a 1 và a 2 không có quan hệ trội-lặn mà ngược lại, tác dụng bổ sung giữa chúng sẽ vượt qua hiệu ứng của tính trội hay tính siêu trội. Giả thuyết tính siêu trội là sự phát triển những quan niệm về tác dụng kích thích của tính dị hợp tử đã được Shull và East nêu ra từ rất sớm. Khi Shull và East nêu ra cách giải thích này thì vẫn còn chưa có các thực nghiệm chứng minh. Vì vậy, trong một thời gian dài nó không được thừa nhận. Sau này chính East là người đã phát triển giả thuyết này, và các dẫn liệu thực nghiệm của nhiều nhà nghiên cứu khác đã xác nhận sự đúng đắn của nó. Hiện tượng ưu thế lai của con lai kép giữa các dòng ở ngô là một minh chứng cho sự đúng đắn của giả thuyết tính siêu trội. Những con lai kép như vậy thu được bằng sự giao phối giữa 4 dòng ngô tự phối khác nguồn gốc. Nếu như hiện tượng ưu thế lai của các con lai đơn giữa dòng dược dùng làm bố mẹ cho con lai kép mà có thể giải thích bằng sự che phủ tác dụng có hại của các gene lặn bởi các gene trội tương ứng theo như giả thuyết tính trội, thì khi đem giao phối các con lai đơn với nhau do kết quả của sự phân ly và tái tổ hợp của các gene mà có thể hình thành nên một số rất lớn những cây đồng hợp tử lặn. Vì vậy, con lai kép sẽ luôn luôn có sức sống thua kém con lai đơn. Song, thực ra sức sống của con lai kép ở ngô lại không thua những con lai đơn tốt nhất. Điều này phù hợp với giả thuyết tính siêu trội. Khi mỗi locus có nhiều allele thì con lai có thể chỉ là những dạng dị hợp tử như là các con lai đơn. Chẳng hạn khi đem lai (A 1 x A 2 ) x (A 3 x A 4 ) sẽ hình thành nên 4 kiểu gene A 1 A 3 , A 1 A 4 , A 2 A 3 , A 2 A 4 . Mỗi kiểu gene ấy có thể chỉ là những dạng dị hợp tử như là những con lai đơn ban đầu. Thuyết siêu trội mặc dù đã được một số công trình thực nghiệm chứng minh, song quan niệm về mối phụ thuộc của sức sống của con lai vào tính dị hợp tử vẫn còn gây tranh luận. Một số dẫn liệu thực nghiệm đưa ra nhằm đối lập lại giả thuyết này. Chẳng hạn, ở cây tự thụ phấn các con lai có ưu thế lai không phải luôn luôn hơn hẳn các dạng bố mẹ đồng hợp tử về mặt sức sống và tính ổn định trong phát dục. Vì vậy, ở những dạng cây tự thụ phấn, nếu chỉ có dựa vào tính dị hợp tử không thôi, thì rất khó phân biệt được ảnh hưởng của tính siêu trội với hiệu quả tương tác giữa các gene không allele. Trong các công trình về lai diallele giữa các dòng tự phối, người ta thấy rằng hiện tượng siêu trội sẽ không xảy ra khi thiếu mặt sự tương tác giữa các gene không allele. Hơn nữa, khi mối tương tác ấy giảm đi thì hiện tượng siêu trội cũng giảm sút (bằng phương pháp phân tích toán học, người ta phân biệt được hai loại hiệu quả này). Như vậy, thuyết dị hợp tử đã chỉ ra được ý nghĩa quan trọng của tính dị chất đối với sự xuất hiện sức mạnh của con lai. Tính dị chất ấy được hình thành do kết quả của trạng thái dị hợp tử ở nhiều locus. Hiệu quả ưu thế lai cao sẽ xuất hiện khi giữa các allele của mỗi locus có sự khác nhau về mặt chức năng. Sẽ không đúng nếu cho rằng sự khác nhau giữa giả thuyết tính trội và tính siêu trội chỉ giới hạn ở sự tương tác giữa các gene allele và không allele. Điểm khác nhau lớn hơn là ở chỗ, thuyết siêu trội đem lại một ý nghĩa cơ bản cho sự hiện diện của các locus dị hợp tử, còn ở thuyết tính trội thì đó là mối tác động giữa các gene trội có lợi. Thuyết siêu trội mặc dù giải thích được nhiều trường hợp của ưu thế lai một cách rõ ràng, song nó không loại trừ được tất cả tính chất phức tạp của vấn đề. Đặc biệt, đến nay người ta đã tích luỹ được nhiều dẫn liệu trong việc tìm hiểu ảnh hưởng của điều kiện ngoại cảnh đến ưu thế lai. Những con lai có sức sống và sản lượng cao chỉ xuất hiện trong những điều kiện khí hậu và thổ nhưỡng nhất định. Ngoài ra, những đặc tính về tế bào chất của các dạng đem lai cũng có ảnh hưởng lớn đến ưu thế lai. Sự khác nhau về sức sống của con lai trong lai thuận nghịch đã chứng tỏ điều đó. Giả thuyết về tính dị hợp tử về sau được Emerson (1948, 1952) và Rendel (1953) phát triển theo một hướng khác và gọi là thuyết về cân bằng sinh lý. Emerson phát hiện ra rằng, ở nấm Neurospora, trạng thái dị nhân (heterokaryon) - trong một tế bào chứa hai nhân khác nhau, nhờ quá trình tiếp hợp giữa hai sợi nấm khác nhau - đạt tới trạng thái cân bằng khiến cho sức sống của nó bao giờ cũng cao hơn dạng đồng nhân. Các tác giả của giả thuyết này cho rằng, hai thể đồng hợp tử chứa những cặp allele giống nhau thì ít có lợi cho sự phát triển tối thích của cơ thể hơn là thể dị hợp tử. Rendel cho cơ sở của hiện tượng này là do mối tương tác giữa các sản phẩm được hình thành do hoạt động của các gene, mà chúng chính là những chất sinh trưởng. Ví dụ, thể dị hợp tử của hai dạng nấm đột biến ở Neurospora - một dạng có khả năng tổng hợp axit nicotinic, dạng kia có khả năng tổng hợp axit pantothenic - có thể sống được trong môi trường thiếu cả hai loại axit này. 2.3. Thuyết cân bằng di truyền Thuyết cân bằng di truyền, mà người đề xướng là Turbin (1962, 1971), được coi là một giả thuyết có khả năng liên kết được các luận điểm trong việc giải thích hiện tượng ưu thế lai. Thuyết này cho rằng ưu thế lai là một hiện tượng về tính ưu thế của con lai đối với mức độ phát dục tính trạng này hay tính trạng khác so với bố mẹ. Mức độ biểu hiện của tính trạng, tức kết quả của sự phát dục là đặc trưng cho quá trình này về mặt số lượng. Sự sai lệch trong quá trình phát dục của con lai so với bố mẹ có thể theo hướng tăng lên hoặc giảm đi (ưu thế lai dương hoặc âm). Thông thường ta chỉ nói đến ưu thế lai dương là do ý nghĩa thực tiễn của nó. Thuyết cân bằng di truyền đặc biệt chú ý đến quan điểm giải thích cơ chế điều hoà di truyền lên sự hình thành các tính trạng và làm sáng tỏ mối quan hệ nhân quả giữa các nhân tố di truyền với các tính trạng được kiểm soát. Theo đó, sự hình thành của mỗi tính trạng được xác định bằng ảnh hưởng tương ứng của nhìêu nhân tố di truyền khác nhau về đặc trưng tác dụng. Trong trường hợp đơn giản nhất thì trong số chúng có một số gây ra tác dụng kích thích tức là làm tăng cường các tính trạng, một số khác lại gây ra tác dụng theo hướng ngược lại. Sự biểu hiện của mỗi tính trạng như là kết quả về sự cân bằng tác dụng giữa các xu hướng đối lập. Tính hoạt động của các yếu tố di truyền - tức là hiệu quả kiểu hình của mỗi yếu tố - được xác định không chỉ bằng hoạt động ban đầu của nó mà là sự cân bằng mối tác động của nó với các nhân tố khác. Bởi vậy, mối liên hệ giữa các nhân tố di truyền và các tính trạng được xác định bằng trạng thái của hệ thống di truyền nói chung. Trong cơ thể sống, sự trao đổi chất được thực hiện nhờ sự diễn ra của các quá trình sinh hoá. Các quá trình này được điều hoà nhờ sự tác động đồng thời và cân bằng của các hệ thống enzyme. Và chính các hệ enzyme này lại được các gene và những yếu tố có ý nghĩa di truyền trong tế bào chất kiểm soát. Nói khác đi, toàn bộ hoạt động sống của cơ thể chịu sự kiểm soát của những nhân tố di truyền và trạng thái cân bằng của chúng. Mỗi cơ thể có một trạng thái cân bằng di truyền nhất định đảm bảo cho sự hình thành một kiểu hình thành một kiểu hình nhất định thích ứng với điều kiện sống. Sự phụ thuộc giữa biểu hiện của tính trạng vào trạng thái cân bằng di truyền được thấy rất rõ ở các nghiên cứu về sự bất bình thường trong quá trình phát dục của các cơ thể có biến dị về số lượng nhiễm sắc thể. Ví dụ, các thể lệch bội như trisomic, tetrasomic có kiểu hình rất khác so với cá dạng lưỡng bội, tam bội, tứ bội việc thêm vào hay mất đi một hoặc một số nhiễm sắc thể nào đó đều ảnh hưởng đến kiểu hình lớn hơn so với trường hợp mất hoặc thêm vào đó những bộ nhiễm sắc thể nguyên vẹn, tức là những bộ gene cân bằng về mặt di truyền. Tóm lại, từ ba giả thuyết trên cho thấy rằng, những phân tích về mặt lý luận di truyền học của hiện tượng ưu thế lai chứng tỏ tính chất phức tạp và mối liên quan nhiều mặt của nó với những vấn đề khác của di truyền học. Các giả thuyết nói trên không loại trừ nhau mà ngược lại, bổ sung cho nhau. Cho đến nay, vẫn chưa có một giả thuyết nào chứng tỏ rằng nó được thừa nhận làm lý luận chung cho hiện tượng ưu thế lai. Tuy nhiên, như đã nói, hai giả thuyết đầu khá phù hợp với nhiều sự kiện thực tế và có cơ sở khoa học khá chắc chắn. . Công nghệ sinh học ( phần 8 ) Lai tế bào soma - Dung hợp tế bào trần Trong các phương pháp chọn tạo giống truyền thống lai hữu tính là phương pháp cơ bản. một tế bào dị tế bào chất, gọi là cybrid. Như vậy, bằng con đường lai soma người ta có thể thu được tổ hợp mới của lạp thể hay ty thể và tương tác mới giữa nhân và tế bào chất. Dung hợp tế bào. của tế bào soma ở thực vật và chỉ ra khả năng tạo ra cây hoàn chỉnh bằng con đường nuôi cấy mô và tế bào. Tuy nhiên, đến 50 năm sau việc tái sinh cây hoàn chỉnh từ tế bào đơn hoặc tế bào trần