Cây già tích lũy nhiều đột biến hơn so với cây trẻ: Nghiên cứu.

Theo nghiên cứu về mối quan hệ giữa tốc độ tăng trưởng của cây nhiệt đới và tần suất đột biến gen tích lũy, những cây già hơn, sống lâu hơn được cho là đóng góp nhiều hơn vào việc tạo ra và duy trì sự đa dạng di truyền so với những cây non, tuổi thọ ngắn. Nghiên cứu, được xuất bản dưới dạng Bản in trước được đánh giá ngang hàng trên eLife, cung cấp những gì mà các biên tập viên mô tả là bằng chứng thuyết phục rằng các loài cây có được các đột biến với cùng tốc độ hàng năm, không phụ thuộc vào sự phân chia tế bào và bất kể tốc độ tăng trưởng của chúng.

Những phát hiện này có thể được sử dụng để cung cấp thông tin cho các chiến lược bảo tồn hệ sinh thái, đặc biệt là ở các khu rừng nhiệt đới ở Đông Nam Á, nơi đang bị đe dọa bởi biến đổi khí hậu và nạn phá rừng. Đồng tác giả chính Akiko Satake, Giáo sư Khoa Sinh học, Khoa Khoa học, Đại học Kyushu, Nhật Bản, giải thích: “Đa dạng sinh học cuối cùng là kết quả của các đột biến tạo ra biến thể di truyền giúp sinh vật thích nghi với môi trường của chúng”. “Tuy nhiên, làm thế nào và khi nào những đột biến này xảy ra trong môi trường tự nhiên vẫn chưa được hiểu rõ.”

Đột biến soma là sự thay đổi tự phát trong DNA của sinh vật xảy ra trong suốt vòng đời của nó. Nó có thể phát sinh do các yếu tố bên ngoài như bức xạ tia cực tím hoặc các yếu tố bên trong như lỗi sao chép DNA. Không rõ yếu tố nào trong số những yếu tố này khiến đột biến xảy ra thường xuyên hơn, đặc biệt là ở các hệ sinh thái nhiệt đới và cây cối, vốn không có đặc điểm nổi bật như các hệ sinh thái ôn đới hơn. Để hiểu rõ hơn về điều này, Satake và các đồng nghiệp đã nghiên cứu tỷ lệ và kiểu đột biến soma ở hai loài cây nhiệt đới có nguồn gốc từ miền trung Borneo, Indonesia: Shorea laevis (S. laevis) phát triển chậm và S. leprosula phát triển nhanh. Loài S. leprosula phát triển nhanh hơn gấp ba lần so với loài S. laevis.

So sánh các đột biến soma của hai loài cây cho phép nhóm nghiên cứu hiểu rõ hơn về tác động của tốc độ tăng trưởng đối với sự tích lũy của các đột biến này và vai trò tiềm năng của chúng trong việc thúc đẩy quá trình tiến hóa và đa dạng loài. Họ đã thu thập bảy mẫu DNA từ lá ở tầng cao nhất của cành cây, cũng như các mẫu từ thân của mỗi cây, tổng cộng là 32 mẫu. Chiều dài và đường kính ngang ngực của cây được sử dụng để xác định tuổi trung bình của từng loài trong khu vực lấy mẫu. Cây S. laevis trung bình 256 tuổi, trong khi cây S. leprosula trung bình 66 tuổi. Để xác định các đột biến hiện có, nhóm đã xây dựng một bộ dữ liệu di truyền tham chiếu cho từng loài cây, sử dụng DNA thu thập được từ lá cây. Trình tự bộ gen được xác định bằng kỹ thuật gọi là trình tự đọc dài PacBio RS II và trình tự đọc ngắn Illumina. Nhóm đã trích xuất DNA hai lần từ mỗi mẫu, cho phép họ xác định các biến thể nucleotide đơn (SNV) trong cùng một cá thể bằng cách xác định những biến thể giống nhau giữa hai mẫu. Phần lớn các đột biến được tìm thấy trong một nhánh của cây. Tuy nhiên, một số đột biến đã được tìm thấy trên nhiều nhánh, ngụ ý rằng chúng đã được truyền giữa các nhánh tại một thời điểm nào đó trong quá trình sinh trưởng của cây.

Ở cả hai loài, nhóm nghiên cứu nhận thấy sự gia tăng tuyến tính về số lượng đột biến với khoảng cách vật lý giữa các nhánh. Tỷ lệ đột biến trên mỗi mét trung bình cao hơn 3,7 lần ở S. leavis phát triển chậm so với S. leprosula phát triển nhanh, cho thấy rằng cây phát triển chậm tích lũy nhiều đột biến soma hơn. Tuy nhiên, khi tính đến sự khác biệt về tốc độ tăng trưởng và tính tỷ lệ đột biến mỗi năm, hai loài có tỷ lệ tương tự nhau. Những phát hiện này chỉ ra rằng các đột biến soma tích lũy theo cách giống như đồng hồ khi cây già đi, không phụ thuộc vào tốc độ tăng trưởng và sao chép DNA. “Chúng tôi cũng phát hiện ra rằng các đột biến soma là trung tính ở các cá thể – nghĩa là chúng không có lợi cũng không có hại cho sự tồn tại. Tuy nhiên, các đột biến được truyền cho các thế hệ tương lai phải chịu sự chọn lọc tự nhiên mạnh mẽ trong quá trình nảy mầm và phát triển của hạt giống”, đồng tác giả cho biết. tác giả Ryosuke Imai, Nghiên cứu sinh sau tiến sĩ tại Khoa Sinh học, Khoa Khoa học, Đại học Kyushu. “Điều này cho thấy rằng các đột biến soma tích lũy theo thời gian và những cây già hơn đóng góp nhiều hơn vào việc tạo ra biến thể di truyền và thích nghi với môi trường của chúng, do đó làm tăng cơ hội sống sót của loài của chúng.”

Imai và các đồng nghiệp khuyến khích nghiên cứu sâu hơn về lĩnh vực này. Đặc biệt, họ nói rằng mô hình toán học là cần thiết để xem xét sự phân chia tế bào không đối xứng trong quá trình kéo dài và phân nhánh để xác nhận thêm những phát hiện. Masahiro Kasahara, phó giáo sư tại khoa sinh học tính toán và khoa học y tế, Đại học Tokyo, Nhật Bản, cho biết: “Ở cây, các đột biến soma có thể được truyền sang hạt, dẫn đến sự biến đổi di truyền phong phú ở các thế hệ tiếp theo. “Khi các khu rừng mưa nhiệt đới ở Đông Nam Á đối mặt với các mối đe dọa từ biến đổi khí hậu và nạn phá rừng, nghiên cứu của chúng tôi cho thấy rằng những cây sống lâu năm có thể đóng một vai trò quan trọng trong việc duy trì và tăng tính đa dạng di truyền của các hệ thống nhiệt đới này.” ()