Tin quốc tế
Mùi thơm hoa hồng - Đặc tính di truyền và hoá sinh học
(hcmbiotech.com.vn - 20/09/2021):

Hoa hồng (Rosa sp. - thuộc họ Rosaceae) đã đượctrồng từ xa xưa trên khắp thế giới với nhiều mục đích khác nhau. Hoa có giá trịbiểu tượng cao và có tầm quan trọng về văn hóa trong các xã hội khác nhau xuyênsuốt lịch sử loài người. Sự thuần dưỡng hoa hồng có lịch sử lâu dài và phứctạp. Nhiều loài hoa đã được lai tạo xuyên qua các vùng địa lý rộng lớn như châuÁ, châu Âu và Trung Đông (Bendahmane et al., 2013). Ban đầu, hoahồng dại được trồng phổ biến chỉ để làm hàng rào ngăn cản các loài động vật pháhoại. Người La Mã, Hy Lạp và Ba Tư thời xưa xem hoa như là cây trang trí trongvườn, nhà; hoặc cây dược liệu [Raymond, 1999; trích dẫn bởi Bendahmane etal. (2013)]. Sau đó, cánh hoa được sử dụng rộng rãi để chiết xuất tinhdầu trong ngành công nghiệp nước hoa và mỹ phẩm vì trong cánh hoa có chứa hàngtrăm loại hợp chất dễ bay hơi (Ohloff, 1978). Ở Trung Quốc, tây Á và bắc Phi,hoa hồng được trồng vào khoảng 3000 năm trước công nguyên. Vào thế kỷ 14, nhữngnhà truyền giáo đã du nhập hoa hồng Trung Quốc vào châu Âu; và sự lai giống mởrộng sau đó giữa hoa hồng Trung Quốc, châu Âu và Trung Đông đã tạo nền tảng ditruyền của các “giống hoa hồng hiện đại” [Raymond, 1999; trích dẫn bởiBendahmane et al. (2013)]. Ngoài ra, các giống lai khác loàixảy ra trong tự nhiên, như Rosa × damascena, cũngđã ổn định về mặt di truyền nhờ phương pháp nhân giống vô tính. Cho đến gần đây,có khoảng 30.000 - 35.000 giống hoa hồng được trồng khắp nơi trên thế giới vàthường được sử dụng dưới tên chung là Rosa × hybrida (Gudin,2003).

Chi Rosa có khoảng 200 loài, trong đó chỉ có 8- 20 loài góp phần vào việc hình thành bộ gien của các giống hoa hiện đại (Rosa × hybrida)(De Vries and Dubois, 1996; Reynders-Aloisi and Bollereau, 1996; Gudin, 2001),mỗi loài góp vào một tính trạng khác nhau; ví dụ, Rosa gallica vàmột số loài đa bội khác đóng góp tính trạng chịu lạnh, còn ra hoa thường xuyênlà của Rosa chinensis và màu hoa vàng là của Rosafoetida. Tuy nhiên, các nhà khoa học nghi ngờ rằng, trong bộ gien của cácgiống hoa hiện đại dường như có chứa hàng loạt allele của R. chinensis quyđịnh cho các tính trạng còn lại (Martin et al., 2001). Do đó, mặcdù bộ gien của R. × hybrida là một hỗn hợpchắp vá của các bộ gien bố mẹ khác nhau, nguồn gốc biến dị di truyền của bộgien này tương đối đồng nhất vì sự lai ngược với các giống R. chinensis diễnra thường xuyên trong các quá trình lai tạo giống gần đây (Bendahmane etal., 2013).

Chất lượng hoa hồng phụ thuộc vào nhiều yếu tố, gồm: màu sắc vàhình dạng hoa, tính kháng bệnh, chu kỳ ra hoa và khoảng thời gian hoa giữ đượcđộ tươi khi cắm trong bình, … Trong đó, mùi thơm của hoa đóng vai trò quantrọng và ngày càng được nhiều người trên thế giới ưa chuộng. Tuy nhiên, dù đãrất cố gắng, các nhà chọn giống vẫn gặp khó khăn trong việc tạo ra tính trạngmùi thơm cho hoa. Vì vậy, hoa hồng cắm bình hiện nay thường không có mùi thơmvà ít ai biết được nguyên nhân của hiện tượng này (Gudin, 2000). TheoBergougnoux et al. (2007), các loài hoa hồng bị thiếu mùi thơmlà do sự tổng hợp và phóng thích các phân tử chất thơm trong hoa bị giảm đángkể, nhưng tác giả cũng không tìm ra được nguyên nhân gây ra sự giảm của hai yếutố trên. Về các thành phần tạo ra mùi thơm của hoa, Kováts (1987) đã xác địnhđược hơn 127 thành phần trong tinh dầu hoa hồng Damask (R. × damascena),gồm cả những thành phần ở dạng vết nhưng có tầm quan trọng trong việc tạo mùithơm cho dầu. Gần đây, Roccia et al. (2019) chiết xuất được 39hợp chất có liên quan đến mùi thơm trong cánh hoa của 79 cây hoa hồng lai,trong đó bao gồm một số hydrocarbon mạch dài không bay hơi. Từ 39 hợp chấttrên, tác giả đã chọn ra 16 hợp chất bay hơi mạnh nhất cho các bước nghiên cứutiếp theo. Để tăng độ tin cậy, các hợp chất bay hơi được theo dõi hàng nămtrong suốt 3 năm liên tiếp trên cả con lai lẫn bố, mẹ. Đồng thời, sự khác biệtvề các đặc tính mùi thơm giữa bố và mẹ cũng được ghi nhận và thấy rằng: một vàihợp chất chỉ hiện diện ở bố trong khi các hợp chất khác chỉ có ở mẹ. TheoRoccia et al. (2019), các monoterpene alcohols (như geraniol)và các hợp chất có liên quan đến phenylpropanoid [như 2-phenylethanol (2PE)] lànhững thành phần chủ yếu tạo ra mùi thơm đặc trưng của hoa hồng; trong đó, 2PEđóng vai trò chính và luôn hiện diện trong các giống hoa có mùi thơm.

Về phương diện di truyền học, các nghiên cứu trước đây đã xácđịnh được hai gen tham gia vào quá trình sinh tổng hợp 2PE làphenylacetaldehyde synthase (RhPAAS) (Kaminaga et al., 2006;Sakai et al., 2007; Farhi et al., 2010) vàphenylacetaldehyde reductase (PAR) (Chen et al., 2011).Ngoài ra, Hirata và cộng sự phát hiện thêm hai gen khác tham gia vào quá trìnhnày là aromatic amino acid aminotransferase (AAAT) (Hirata etal., 2012) và phenylpyruvate decarboxylase (PPDC) (Hirata etal., 2016); tuy nhiên, hai gen này chỉ xuất hiện vào mùa hè, đặc biệt ởnhững loài thực vật sống trong điều kiện nhiệt độ cao. Trong số các gen thamgia vào con đường tổng hợp chất thơm 2PE, đến nay RhPAAS làgen được các nhà khoa học tập trung nghiên cứu nhiều nhất. Ngoài hoa hồng, mốiliên quan giữa gen RhPAAS và 2PE cũng thể hiện rõ ở một số loàithực vật khác; ví dụ, gen này đã tác động đến sự sản xuất một lượng lớn 2PEtrong lá của cây thuốc lá (Nicotiana benthamiana) (Roccia et al.,2019). Đối với sự thừa kế di truyền của tính trạng mùi thơm trong hoa hồng đếnnay vẫn chưa được nghiên cứu nhiều. Vì vậy, để tạo ra mùi thơm cho các giốnghoa thương mại, việc hiểu rõ về tính trạng số lượng này là rất cần thiết. Hơnnữa, các giống hoa hồng lai có chứa cấu trúc bộ gen hỗn hợp nên vấn đề nghiêncứu tính trạng mùi thơm rất phức tạp (Roccia et al., 2019). Nghiêncứu được công bố lần đầu tiên bởi Cherri-Martin et al. (2007)là sự phân tích hóa học được tiến hành trên một quần thể phân ly thông qua việclai chéo giữa các cây hoa hồng tứ bội. Kết quả phân tích cho thấy, một tỷ lệcao con lai bị thiếu các hợp chất bay hơi tạo ra mùi thơm, chứng tỏ đặc tínhnày bị mất trong quá trình lai tạo. Một nghiên cứu khác cũng đã được thực hiệnbởi Spiller et al. (2010) trên hoa hồng lưỡng bội có nền tảngdi truyền của hoa tường vi (Rosa multiflora). Trong những nghiên cứu đó,các tác giả cố gắng phân tích kiểu thừa kế của một vài hợp chất bay hơi quantrọng và đã có thể tạo ra bản đồ của 6 QTLs (quantitative trait loci - vị trítính trạng số lượng) ảnh hưởng đến hàm lượng của các chất bay hơi [ví dụ, họ đãtìm thấy 2 vị trí (loci) có liên quan đến hàm lượng 2PE]. Tuy nhiên, họ vẫnkhông tìm ra được các mối quan hệ có ảnh hưởng đến chức năng của các gen thamgia vào quá trình tổng hợp 2PE (Roccia et al., 2019). Sau khi xácđịnh được RhPAAS là một trong hai gen chính tham gia vào conđường tổng hợp 2PE trong hoa hồng, Kaminaga et al. (2006) đãgiải trình tự của gen này với kích thước 1.775 bp. Ngoài ra, bằng kỹ thuật PCR(Polymerase Chain Reaction), Roccia et al. (2019) đã phân lậpđược 3 allele (a1a2 và a3) khác nhau củagen RhPAAS, mỗi allele có kích thước 1.527 bp (không có vùngintron), mã hóa cho 508 axit amin; và đã xác định được 22 vị trí SNP (singlenucleotide polymorphism - đa hình nucleotide đơn) giữa trình tự của 3 allelenày, trong đó có 8 vị trí liên quan đến sự thay đổi các axit amin. Khi so sánhtrình tự của 3 alen trên với kết quả giải trình tự của Kaminaga et al. (2006),Roccia et al. (2019) cho thấy độ tương đồng giữa chúng là 99%.Tiếp theo, bằng việc dùng marker SSCP (single-strand conformation polymorphism- đa hình dạng sợi đơn) để tạo bản đồ gen RhPAAS, Roccia etal. (2019) đã chỉ ra rằng những cá thể sản xuất một lượng cao 2PE đềucó chứa alen a1, trong khi các cá thể sản xuất một lượng rất nhỏhoặc không sản xuất 2PE không chứa alen này. Điều đó chứng tỏ, sự biến đổi alentrong gien RhPAAS là nguyên nhân gây ra sự biến đổi kiểu hìnhcủa các cá thể hoa hồng; đồng thời, tác giả cũng khẳng định, sự thừa kế tínhtrạng mùi thơm trong hoa là thừa kế đơn gen.

Trong thực tế, thời gian biểu hiện của gen RhPAAS vàsự toả ra mùi thơm của hoa hồng không xảy ra cùng lúc. Farhi et al. (2010)kết luận rằng, sự biểu hiện của gen RhPAAS đạt đỉnh cao ở thờiđiểm 1 - 2 ngày trước khi mùi thơm của hoa tỏa ra nhiều nhất. Tuy nhiên, kếtquả nghiên cứu sau đó được thực hiện bởi Roccia et al. (2019)cho thấy, gen này (đặc biệt là alen a1) biểu hiện từ rất sớm trongquá trình phát triển của hoa; cụ thể, các bản phiên mã của alen a1 đượctích lũy ở mức độ cao chỉ ngay trước khi và trong khoảng thời gian hoa đang nở,và dừng tích lũy ở giai đoạn cuối của sự phát triển hoa. Theo Oka etal. (1999) và Watanabe et al. (2001), thời điểm biểuhiện của gen RhPAAS hầu như trùng với thời điểm 2PE được tíchlũy ở dạng đường hóa (glycosylated) trong giai đoạn đầu của quá trình pháttriển hoa; sau đó, do sự thủy phân enzyme, 2PE sẽ được phóng thích ở dạng bayhơi. Vì vậy, nồng độ của các chất bay hơi cũng như sự tỏa ra mùi thơm từ cánh hoađạt cực đại ở hai giai đoạn khi hoa vừa mới nở và khi hoa đã nở hoàn toàn(Bergougnoux et al., 2007). Nhìn chung, đối với nhiều loài thựcvật, các hợp chất thơm tồn tại ở cả hai dạng là đường hoá và bay hơi, và đượcdự trữ trong không bào. Trong lá trà, các hợp chất thơm tích lũy dưới dạngglycoside hòa tan trong nước và enzyme glycosyltransferase xúc tác cho mối liênkết của các hợp chất thơm khác nhau (Ohgami et al., 2015). Trongquả táo, glycosyltransferase được xác định là enzyme chính có liên quan đến sựbiến đổi hàm lượng của phenylacetaldehyde và 2PE (Bauchet et al.,2017). Ở cây trà, các glycoside được tích trữ trong các lá non, và nhiều ngườicho rằng những glycoside này được phóng thích khi bị tổn thương để tự vệ chốnglại các loài động vật ăn cỏ. Trong hoa, vai trò tự vệ của các chất dự trữ nàykhông rõ ràng, vì những chất bay hơi như 2PE hoặc geraniol được cho là có tácdụng thu hút côn trùng thụ phấn. Ngoài ra, 2PE cũng được cho là thu hút cácloài côn trùng ăn thực vật (như họ ruồi giả ong) (Imai et al.,1998). Tuy nhiên, đối với trường hợp các loài côn trùng ăn thực vật tấn côngnhững cánh hoa non khi hoa chưa nở thì việc phóng thích các chất bay hơi cũngcó thể được xem là đóng vai trò tự vệ nhằm chống lại động vật ăn cỏ (Roccia etal., 2019).

Song song với việc nghiên cứu về di truyền học cũng như về cáchợp chất thơm trong hoa, vấn đề tìm hiểu bộ phận nào của hoa tỏa ra mùi thơmcũng được các nhà khoa học quan tâm đến. Đa số các tài liệu được công bố trướcđây đều khẳng định rằng, chỉ có cánh hoa mới phát ra mùi thơm (Dobson etal., 1990). Tuy nhiên, ở một số loài, các bộ phận khác (ngoài cánh hoa)cũng đóng vai trò quan trọng trong việc tạo ra mùi thơm. Bergougnoux etal. (2007) khi phân tích hoa hồng (R. × hybrida)đã cho thấy hàm lượng 2PE cao nhất trong cánh hoa (7.4 µg/g), kế đến là nhị hoa(2.0 µg/g) và lá đài (0.4 µg/g). Vì cánh hoa chiếm đến 90% trọng lượng tươi củahoa nên có thể nói đây là bộ phận chính yếu phát ra mùi thơm trong R. × hybrida.Ngoài ra, cả hai bộ phận lá đài và hạt phấn của hoa hồng Nhật Bản (Rosarugosa) đều có một mùi thơm đặc biệt, nhưng hạt phấn phát ra nhiều mùi thơmhơn (Dobson et al., 1990; Dobson et al., 1999). Ở câymao lương (Ranunculus acris), lượng mùi thơm được phát ra từ cánh và nhịhoa là như nhau (Bergström et al., 1995). Đối với cây boronia (Boroniamegastigma) (dùng để chiết xuất tinh dầu), núm nhụy chỉ chiếm 20% trọnglượng hoa nhưng lại chứa đến 70% chất bay hơi (Mactavish and Menary, 1997).Trong hầu hết các trường hợp, khi cánh hoa tỏa ra mùi thơm thì toàn bộ lớp biểubì ở cả hai mặt của cánh hoa đều tham gia vào nhiệm vụ này bằng cách khuếch táncác chất bay hơi ra không gian (Effmert et al., 2005). Tuy vậy, ởmột vài loài thuộc họ phong lan (Orchidaceae), mùi thơm phát ra từ những vùngchuyên biệt của cánh hoa được gọi là “osmophores” [Vogel, 1962; trích dẫn bởiBergougnoux et al. (2007)]. Trong hoa hồng, lớp biểu bì ở mặttrên của cánh hoa không chứa khí khổng và các lông tơ nhỏ; đồng thời, các tếbào ở mặt này có dạng hình nón, trong khi ở mặt dưới các tế bào biểu bì lại códạng dẹt (Stubbs and Francis, 1971). Một số nhà nghiên cứu nghĩ rằng, dạng hìnhnón của các tế bào biểu bì có thể giúp tăng cường sự khuếch tán của những phântử chất thơm (Glover and Martin, 2002), và do đó lớp biểu bì mặt trên của cánhhoa được cho là vị trí chuyên biệt cho việc sản xuất và khuếch tán mùi thơm(Scalliet et al., 2006); tuy nhiên, trên thực tế, cả hai mặt củacánh hoa hồng đều tỏa ra lượng mùi thơm như nhau mặc dù hình thái học của hailớp biểu bì có khác nhau (Bergougnoux et al., 2007). Một khía cạnhkhác trong nghiên cứu ít được chú ý đến là con đường bài tiết của các phân tửbay hơi. Đã có nhiều nghiên cứu về tế bào học được thực hiện trên các loài thựcvật sản sinh mùi thơm, nhưng những nghiên đó hầu như chỉ quan tâm đến vấn đề làcác chất bay hơi được phát ra bởi lớp lông tơ trên mặt lá, mà không cho biếtcác chất đó được tích trữ ở đâu và khuếch tán ra ngoài bằng cách nào. Thực tế,trong mỗi lông tơ, các chất bay hơi thường được dự trữ giữa vách tế bào và lớpcutin của các tế bào tuyến (Turner et al., 2000).

Tóm lại, cho đến nay đã có nhiều nghiên cứu trên thế giới về mùithơm của hoa hồng ở cả hai phương diện là di truyền học và hóa sinh học. Phươngpháp tiến hành những nghiên cứu này cũng được mô tả tương đối chi tiết trongcác tài liệu tham khảo. Tuy nhiên, ở trong nước, số lượng nghiên cứu về lĩnhvực này còn quá ít ỏi, chủ yếu tập trung vào vấn đề tìm hiểu hình thái của cácgiống hoa và thành phần hóa học của tinh dầu. Các nghiên cứu về phương pháp laitạo, chọn giống cũng như về di truyền học vẫn chưa được quan tâm rộng rãi. Vìvậy, cần có thêm những nghiên cứu trong nước về các tính trạng ưu việt của hoanhằm bổ sung vào các kết quả còn thiếu, đồng thời góp phần tạo nên sự đa dạngsinh học của quần thể hoa hồng.   

 

 
Tin tức khác
Thuốc diệt cỏ glyphosate tồn tại nhiều năm trong cây hoang dại và gây ra sự bất thụ hoa
Bộ gen có thể giải quyết bệnh đốm trắng ở tôm nuôi?
Di truyền tính trạng hấp thu N hữu hiệu của cây lúa
Di truyền tính kháng sâu cho cây bắp bằng transgene, vector là siêu vi gây bệnh mosaic cây mía
Khai thác và phát triển nguồn gen nấm Cordyceps takaomontana Yakush. & Kumaz. làm dược liệu
Thông báo
Thông báo chuẩn bị hồ sơ đăng ký giao trực tiếp thực hiện từ năm 2019 thuộc Chương trình CNSH
Thông báo số 1: Hội nghị Công nghệ sinh học toàn quốc – Khu vực phía Nam lần thứ II năm 2011
Quyết định 490/QĐ-BNN-KHCN điều chỉnh cá nhân chủ trì đề tài thuộc “chương trình trọng điểm phát triển và ứng dụng công nghệ sinh học trong lĩnh vực nông nghiệp và ptnt đến năm 2020”.
THÔNG BÁO TUYỂN CHỌN TỔ CHỨC VÀ CÁ NHÂN CHỦ TRÌ NHIỆM VỤ KH&CN
Kết quả khảo nghiệm đánh giá an toàn sinh học đối với đa dạng sinh học và môi trường
Văn bản mới
Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn thông báo giao trực tiếp tổ chức, cá nhân thực hiện nhiệm vụ KHCN...
Quyết định 490/QĐ-BNN-KHCN điều chỉnh cá nhân chủ trì đề tài thuộc “chương trình trọng điểm phát triển...
Quyết định phê duyệt danh mục nhiệm vụ khoa học và công nghệ đưa vào tuyển chọn, giao trực tiếp bắt đầu...
Về việc cấp bằng bảo hộ giống cây trồng mới (kèm danh mục)
Bổ sung 71 chỉ tiêu tuyển sinh đào tạo thạc sĩ năm 2011 cho Trường Đại học Lâm nghiệp
Về việc giao dự toán NSNN năm 2011(Kinh phí bổ sung sự nghiệp khoa học Công nghệ năm 2011- nhiệm vụ cấp...
Giao dự toán ngân sách nhà nước năm 2011 (đợt 4) Kinh phí xử lý sự cố đê điều năm 2011 (Phụ lục kèm theo)
Tài Liệu mới
Rút ngằn thời gian vi nhân giống lan hồ điệp
Công nghệ sinh học trong nông nghiệp
Ảnh hưởng của các yếu tố sinh học lên sự nảy mầm
Kỹ thuật trồng hoa lan Mokara
Liên kết Website
Vụ khoa học công nghệ và môi trường bộ NN và PTNT
Viện công nghệ sinh học
Bộ nông nghiệp vf phát triển nông thôn
Agbiotech Việt Nam
Báo Nhân Dân
Trung tâm Khuyến nông Quốc gia
Thống kê truy cập
Số người đang online: 8
Tổng số lượt truy cập: 2245255
Ngân hàng Nông nghiệp và phát triển nông thôn
Copyright © 2011 Văn phòng Công nghệ sinh học - Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn
Địa chỉ : Số 02 Ngọc Hà, Ba Đình, Hà Nội. Điện thoại : (024) 38436817 - Fax: (024) 38433637
Email: webmaster@agrobitotech.gov.vn. Web site: www.agrobiotech.gov.vn