2.4.3.1. đột biến ức chế sự chắn rin (ripening inhibitor)
Ở thực vật, mỗi loài ựều có chứa các gen mã hóa cho các yếu tố sao mã, ựiều khiển quá trình ra hoa và chắn của quả ựược gọi là MADS-box transcription factor. Theo nghiên cứu của Vrebalov (2002) ựã phát hiện ra rằng gen rin là một gen nằm trong hộp gen nàỵ Cũng theo nghiên cứu này gen rin ựược ựịnh vị trên NST số 5 thông qua nhân dòng bằng YAC ựể tạo mẫu dò là ựoạn ADN tên là Yrin9L (365kb) (hình 2,6). Sự biểu hiện của rin là do tác ựộng của 2 locus kiểm soát sự chắn và ựiều khiển sự phát triển của ựài hoạ Nhóm nghiên cứu ựã chỉ ra rằng C34 và C43 ựều là thành viên của gia ựình MADS-box và ựược gọi là tên tương ứng LeMADS-RIN và LeMADS-MC. Trong ựó, LeMADS-RIN quyết ựịnh ựến khả năng hô hấp bột phát và tăng sinh tổng hợp ethylene, tác ựộng ựến quá trình chắn của quả, còn LeMADS- MC có ảnh hưởng ựến sự hữu hạn của chùm hoa và sự phát triển của lá ựàị
Dựa vào trình tự cDNA của gen RIN và MC ựã xác ựịnh ựược gen RIN gồm 9 exon và 8 intron. Dạng ựột biến rin xuất hiện do ựột biến mất ựoạn, làm mất một vùng DNA khoảng 2,6 kb bắt ựầu tại một ựiểm ở intron thứ 8 của gen RIN và kết thúc ở vùng intron ựầu tiên của gen MC (James và cộng sự, 2004). Ở những quả cà chua mang ựột biến rin và mc xuất hiện các tắnh trạng ựặc trưng. đột biến rin là nguyên nhân gây ức chế quá trình sinh tổng hợp ethylene làm ức chế quá trình chắn của quả, còn ựột biến mc gây ra sự vô hạn của chùm hoa và tăng kắch thước của lá ựài (Vrebalov và cộng sự, 2002).
Năm 1993, Picton và cộng sự ựã nhân dòng các cDNA liên kết với dạng ựột biến rin và phát hiện ựược một loạt các ERT: ERT1, ERT10, và ERT15 là các cDNA có phản ứng sinh mARN trong quá trình chắn của dạng ựột biến nàỵ Khi xử lý dạng ựột biến rin với ethylene thì 1 phần các gen này ựược sao mã, chứng tỏ dạng ựột biến này vẫn có khả năng phản ứng với ethylene ngoại sinh (Lincoln và Fischer, 1988; Knapp và cộng sự, 1989). Theo Zdravkovic và cộng sự ( 2004.), sau khi xử lý ựột biến rin với 0,1 % ethylene thì quả không mang gen rin (+/+) chắn ựồng ựều, quá trình chắn nhanh hơn, trong khi ở con lai F1 (rin/+), quá chắn diễn ra từ từ. Màu sắc các quả ựồng hợp tử (rin/rin) không có sự thay ựổi, nhưng quá trình
quả chắn nhanh hơn so với ựối chứng. Như vậy, ựột biến rin có khả năng ựáp ứng với ethylene ngoại sinh.
Giống cà chua chắn chậm F1 ựầu tiên trên thế giới là giống ỘJulietteỢ (Nguyen, 1994) và ỘRed CentreỢ (Nguyen, 1991) ựã cho thấy thành công của việc sử dụng ựột biến rin trong sự làm chậm quá trình chắn và cải thiện tắnh tồn trữ của cà chuạ Năm 2011, tác giả Marković ựã sử dụng ựột biến rin ựể tạo ra các giống lai F1 mới: Nada, Sampion, SEF, Sidra và Rebus. Các giống lai F1 này ựều có thời gian tồn trữ (18 30 ngày) dài hơn so với các giống F1 thương mại không chứa gene
rin như Balkan và Marco (5 -8 ngày). Quả của giống F1 chứa rin có thời gian tồn trữ dài, ựộ cứng cao, màu sắc và hương vị tương ựối tốt, khối lượng trung bình quả khoảng 190 - 220g, kháng bệnh tốt (Markovic và cộng sự, 2011).
2.4.3.2. Dạng ựột biến nor (non-ripening)
Dạng ựột biến nor biểu hiện tương tự như dạng ựột biến rin và gen Nor cũng mã hóa yếu tố giả ựịnh phiên mã nhưng với chức năng không ựặc trưng. Gen Nor
nằm trên nhánh ngắn của nhiễm sắc thể 10, gần chỉ thị TG395 và CT16, có yếu tố phiên mã là NAC. Gen Nor khi bị ựột biến mất 2 bp sẽ trở thành dạng ựột biến nor
(hình 2,7)(J và cộng sự, 2004). Dạng ựột biến này làm cho quả chắn rất chậm, khi chắn quả cà chua không có sắc tố màu, không bị mềm và tăng khả năng chống nứt quả (Garg và cộng sự, 2008; Cantu và cộng sự, 2009).
Hình 2.6. Bản ựồ di truyền và vị trắ của gen rin trên NST số 5
Hình 2.7. Bản ựồ di truyền và vị trắ của gen nor trên NST số 10
Rodriguez và cộng sự (2010) ựã sử dụng ựột biến nor ựể tạo ra con lai F1
nor ừ ỔCeỖ. Con lai F1 có thời gian tồn trữ là 64,1 ngày, dài hơn nhiều so với dòng bố bình thường là ỘCeỢ không mang gen nor (chỉ ựạt 23,9 ngày), thậm chắ còn dài hơn dòng mẹ mang gen nor ựồng hợp tử (ựạt 52,1 ngày). Như vậy, dạng ựột biến này có hiệu quả làm chậm quá trình chắn và kéo dài thời gian bảo quản quả rất tốt ở dạng di hợp tử.
2.4.3.3. Dạng ựột biến Nr (Never ripe)
đột biến Nr ựược phát hiện từ rất sớm (Rick và cộng sự, 1956). đây là một dạng ựột biến bán trội xảy ra tại một trong các receptor cảm ứng với ethylene (Lanahan và cộng sự, 1994; Wilkinson và cộng sự, 1995). Dạng ựột biến Nr ựược sử dụng trong nhiều nghiên cứu về vai trò của ethylene trong các giai ựoạn phát triển khác nhau (Aloni và cộng sự, 1998; Hansen và Grossmann, 2000), nghiên cứu biểu hiện của gene (Nakatsuka và cộng sự, 1998; Rose và cộng sự, 1997) và khả năng kháng stress (Ciardi và cộng sự, 2000). Khi gen Nr ở cà chua bình thường bị ựột biến trên DNA thay C bằng T làm thay ựổi acid amin proline bằng acid amin leucine tại vị trắ 441 trong vùng cảm ứng của receptor ETR1 sẽ dẫn ựến sự xuất hiện cà chua mang ựột biến Nr (Morris, 1998).
Hình 2.8. Thời gian tồn trữ dài của con lai alc ừ ỔVaibhavỖ so với các dòng bố mẹ ở 25oC (Yogendra và Ramanjini, 2013)
đột biến Nr ức chế quá trình chắn của quả liên quan ựến tắnh bất thụ cảm ethylene tại các vị trắ thụ thể tiếp nhận. Kiểu hình ựột biến Nr và kiểu dại ựược phân biệt nhờ sự phát triển của cánh hoạ Thông thường, hiện tượng rụng cánh hoa sẽ xảy ra sau 4 Ờ 5 ngày hoa nở và quả phát triển, nếu không có sự thụ tinh thì cuống hoa sẽ rụng 5 Ờ 8 ngày sau ựó. Nhưng ở dạng ựột biến Nr, khi hoa không ựược thụ tinh thì cánh hoa vẫn có thể tồn tại và phát triển cùng với cây (Lanahan và cộng sự, 1994).
2.4.3.4. Dạng ựột biến chắn chậm alc (alcobaca)
Quả mang ựột biến alc có ựộ cứng cao và bảo quản ựược trong thời gian khá dàị Kopeliovitch và cộng sự (1981) nhận thấy màu sắc quả chắn hoàn toàn có sự khác nhau khi thu hái ở các giai ựoạn sinh trưởng khác nhaụ Quả cà chua ựột biến
alc và quả cà chua bình thường không có sự khác biệt lớn về ựộ cứng quả ban ựầu, mà tốc ựộ mềm và chắn của quả ở dạng ựột biến chậm hơn rất nhiều so với ựối chứng (Mutschler, 1984b). đột biến alc tác ựộng ựến quá trình tổng hợp sắc tố theo hướng giảm sự tạo thành tổng thể các sắc tố và giảm tỷ lệ lycopene/β-carotenẹ Ngoài ra, nó cũng gây giảm hàm lượng và hoạt tắnh của enzyme polygalacturonase trong quả mang gen alc ựồng hợp tử (Mutschler, 1984a; Mutschler và cộng sự, 1988). Theo nghiên cứu của Yogendra và Gowda (2013), thời gian tồn trữ của quả mang ựột biến alc ựồng hợp tử là 45 ngày dài hơn so với các dạng ựột biến ựồng hợp tử khác như rin (38 ngày) và nor (38,5 ngày).
Yogendra và Gowda (2013) cũng tiến hành tạo giống lai F1 giữa alc và giống Ấn độ ỔVaibhavỖ. Kết quả nghiên cứu cho thấy giống lai F1(alc ừ ỔVaibhavỖ) có thời gian tồn trữ quả trung bình là 40,5 ngày trong khi giống ỔVaibhavỖ chỉ tồn trữ ựược 18,5 ngày (hình 2.8).
Bên cạnh các dạng ựột biến gây nên tắnh chắn chậm rin, nor, alc và Nr ựã ựược khai thác và sử dụng trong công tác chọn tạo giống cà chua chắn chậm, vẫn còn một số dạng ựột biến khác như Cnr, Gr và Nr-2 mới ựược phát hiện. Hiện nay, dạng ựột biến rin ựược sử dụng phổ biến nhất ở nhiều nước ựể tạo ra các giống cà chua có thời gian tồn trữ dài và ựộ cứng quả và năng suất cao, màu sắc và chất lượng quả ựẹp.