Các nhà nghiên cứu từ Phòng thí nghiệm Sainsbury của Đại học Cambridge (SLCU) và Khoa Khoa học thực vật đã phát hiện, stress do hạn hán đã kích hoạt hoạt động của một họ gen nhảy (Rider retrotransposons) trước đây, góp phần tạo nên hình dạng và màu sắc của quả cà chua. Các đặc tính của họ Rider (công bố trên tạp chí PLOS Genetic) cũng xuất hiện và có khả năng hoạt động trong các loài cây trồng khác. Chúng có tiềm năng trở thành một nguồn thúc đẩy biến đổi tính trạng mới, giúp cây trồng đối phó tốt hơn với các điều kiện khắc nghiệt do khí hậu thay đổi gây ra.
Tiến sĩ Matthias Benoit, cho biết: "Transpose có tiềm năng rất lớn để cải thiện cây trồng. Chúng là những tác nhân mạnh mẽ của đa dạng tính trạng. Trong quá trình khai thác những đặc điểm này để cải thiện cây trồng qua nhiều thế hệ, chúng tôi bắt đầu hiểu các cơ chế phân tử có liên quan".
Transpose, thường được gọi là gen nhảy, là đoạn mã di động của DNA có thể tự sao chép vào vị trí mới trong bộ gen - mã di truyền của một sinh vật. Chúng có thể thay đổi, phá vỡ hay khuếch đại gen hoặc không có tác dụng gì. Được nhà khoa học đoạt giải Nobel, Barbara McClintock, phát hiện trong hạt ngô vào những năm 1940, đến bây giờ các nhà khoa học mới thấy rằng transpose thực sự đóng vai trò quan trọng trong quá trình tiến hóa và làm thay đổi biểu hiện gen, đặc điểm vật lý của thực vật.
Sử dụng các gen nhảy đã có trong thực vật để tạo ra các đặc tính mới sẽ là một bước tiến đáng kể từ các kỹ thuật nhân giống truyền thống, giúp nhanh chóng tạo ra các tính trạng mới trong cây trồng để tạo ra hình dạng, màu sắc và kích thước đồng nhất nhằm cho thu hoạch nhiều hơn, hiệu quả và tối đa hóa năng suất. Chúng cho phép tạo ra đa dạng các đặc điểm mới, sau đó tinh chế và tối ưu hóa bằng các công nghệ nhắm mục tiêu gen.
"Trong quy mô lớn, chẳng hạn như cánh đồng cà chua, trong đó các transitor được kích hoạt ở mỗi cá nhân, chúng ta sẽ thấy được sự đa dạng to lớn của các tính trạng mới. Bằng cách kiểm soát quá trình 'đột biến ngẫu nhiên' này trong cây, chúng ta có thể đẩy nhanh quá trình tạo ra các kiểu hình mới mà chúng ta thậm chí không thể tưởng tượng được ", tiến sĩ Hajk Drost tại SLCU, đồng tác giả của nghiên cứu cho biết.
Các công nghệ nhắm mục tiêu gen ngày nay rất mạnh, nhưng thường đòi hỏi một số hiểu biết chức năng về gen cơ bản để mang lại kết quả hữu ích và thường chỉ nhắm mục tiêu một hoặc một vài gen. Transposeon là một công cụ nội sinh đã có trong cây, có thể khai thác để tạo ra kiểu hình hoặc tác nhân mới, bổ sung cho các nỗ lực nhắm mục tiêu gen. Sử dụng transpose tạo ra phương pháp nhân giống không có gen chuyển, thỏa mãn quy định hiện hành của EU đối với các sinh vật biến đổi gen.
Công trình cũng cho thấy, Rider có mặt trong một số loài cây trồng kinh tế quan trọng như hạt cải dầu, củ cải đường,... Sự phong phú này là đối tượng cho các nghiên cứu sâu hơn về cách kiểm soát kích hoạt Rider, hoặc đưa vào các loài cây có Rider bất hoạt để có thể kích hoạt chúng. Như vậy, có thể giảm đáng kể thời gian trồng, so với các phương pháp truyền thống.
"Việc xác định hoạt động của Rider được kích hoạt bởi hạn hán cho thấy có thể tạo ra các mạng lưới điều hòa gen mới, giúp cây trồng chống lại hạn hán", Benoit nói. "Điều này có nghĩa là chúng ta có thể khai thác Rider để nhân các giống cây trồng có khả năng thích nghi tốt hơn với hạn hán, bằng cách cung cấp khả năng đáp ứng hạn hán choi các gen đã có trong cây trồng. Điều này đặc biệt quan trọng trong điều kiện toàn cầu ngày càng nóng hơn, cần giống cây trồng kiên cường hơn."