APOMIXIS: LOẠI, CƠ CHẾ, TẦM QUAN TRỌNG VÀ VÍ DỤ - KHOA HỌC - 2025

Các apomixis là một hình thức sinh sản vô tính của loài nhất định thông qua hạt giống. Kết quả của nó là một thế hệ giống hệt nhau về mặt di truyền với cây mẹ. Ý nghĩa từ nguyên của apomixis xuất phát từ tiếng Hy Lạp "apo" có nghĩa là - thiếu hoặc vắng mặt - và "mixis" chỉ ra - hỗn hợp hoặc liên hiệp. Thật vậy, trong apomixis, sự kết hợp của các giao tử đực và cái không xảy ra để hình thành phôi.

Thực vật apomictic không thể hiện những lợi thế thích nghi - theo quan điểm tiến hóa - mà sinh sản hữu tính mang lại. Tuy nhiên, apomixis là một cơ chế cho phép duy trì các kiểu gen thích nghi với các điều kiện môi trường cụ thể.

Bồ công anh (Taraxacum officinalis) là một trong những loài thực vật chính. Nguồn: pixabay.com

Ở apomixis, cơ chế sinh sản bỏ qua quá trình hữu tính và cho phép cây nhân lên thông qua hạt. Trong quá trình này, meiosis, sự hình thành phôi từ quá trình thụ tinh và tạo ra nội nhũ sống được, không xảy ra.

Hạt của cây noãn được hình thành từ mô mẹ của noãn, bỏ qua quá trình meiosis và thụ tinh. Kiểu sinh sản này thường xảy ra ở hầu hết các loài thuộc họ Poaceae, cũng như ở các chi Asteraceae, Rosaceae và Rutaceae.

Nếu khả năng này có thể được chuyển sang các loại cây trồng quan tâm đến nông học như ngô và lúa mì, thì nó sẽ trở thành một phần hữu ích của cải tiến di truyền, vì việc sử dụng nó sẽ mang lại lợi ích cho số lượng và chất lượng thực phẩm thu được từ các kiểu gen cao hơn.

Các loại

Ba cơ chế khác nhau được biết đến qua đó thực vật sinh sản bằng apomixis. Apomixis giao tử do lưỡng bội và aposporia, và apomixis bào tử hoặc phôi ngẫu nhiên.

Diplosporia

Diplosporia là cơ chế sinh sản vô tính hay còn gọi là apomixis mà phôi bắt nguồn từ một túi phôi không giảm phân. Kết quả là phôi mới có cùng số lượng nhiễm sắc thể với cây mẹ ban đầu.

Đó là một quá trình xảy ra khi tế bào mẹ của túi phôi hoặc giao tử cái phát triển trực tiếp từ phôi. Còn được gọi là sự phát sinh bộ phận lưỡng bội, nó được đặc trưng bởi sự hiện diện của phôi lưỡng bội.

Aposporia

Aposporia là một cơ chế sinh sản vô tính hoặc apomictic mà túi phôi bắt nguồn từ tế bào xôma. Túi phôi bắt nguồn từ một số tế bào xôma nằm trong lớp đệm hoặc nucela bao quanh tế bào gốc của túi phôi.

Trong trường hợp này, một giao tử phát triển, nhưng meiosis không xảy ra; phôi cũng lưỡng bội. Trong quá trình này, sự giảm số lượng nhiễm sắc thể không xảy ra, mà được bổ sung bởi quá trình phát sinh đơn bào hoặc phát triển của noãn.

Paspalum dilatatum, một loài aposporic. Nguồn: Jebulon

Phôi thai đầy tham vọng

Được gọi là phôi nucellar hoặc apomixis bào tử, nó là một kiểu sinh sản vô tính bằng hạt hoặc apomixis phổ biến ở cam quýt. Trong trường hợp này, không quan sát thấy sự hình thành túi phôi vì phôi phát triển từ thể bào tử lưỡng bội.

Trên thực tế, phôi có nguồn gốc từ một tế bào xôma ở cấp độ noãn của cây mẹ. Sau đó, nó phát triển bằng các lần phân bào nguyên phân liên tiếp, không xảy ra quá trình nguyên phân và hình thành giao tử cái.

Cơ chế

Apomixis là kết quả của việc sửa đổi các giai đoạn nhất định của quá trình phôi thai, cơ bản cho sự sinh sản hữu tính. Trong trường hợp này, giảm số lượng nhiễm sắc thể và quá trình cộng sinh, bao gồm sự kết hợp ngẫu nhiên và sự dung hợp của các giao tử.

Thật vậy, trong quá trình apomixis, những thay đổi của phôi thai này có thể vô hiệu hóa quá trình meiotic và các sản phẩm của nó. Tương tự như vậy, chúng tránh hoặc thay thế quá trình thụ tinh thông qua quá trình phát triển gen sinh sản.

Trong apomixis có bốn quá trình phôi phân biệt với sinh sản hữu tính:

Apomeiosis

Đó là một quá trình xảy ra khi các cấu trúc hư hỏng được hình thành mà không có sự giảm hoặc thoái hóa meiotic của macrospora -megaspore-. Nó tạo nên sự đơn giản hóa của quá trình meiotic, và chúng xảy ra ở cả lưỡng bội và aposporia.

Sự phát triển của túi phôi

Trong apomixis, các tế bào không giảm phân (2 ⁿ ) có khả năng phát triển thành túi phôi. Trong trường hợp của các loài apomictic aposporic, túi phôi phát triển từ phần bên trong của túi tinh hoặc màng đệm.

Sinh sản

Quá trình hình thành phôi dẫn đến sự hình thành phôi trực tiếp từ tế bào trứng mà không cần thụ tinh trước. Đó là, sự phát triển theo tiêu chuẩn của noãn để hình thành cây mới từ một noãn chưa thụ tinh.

Quá trình phôi ngẫu nhiên diễn ra phổ biến ở cam quýt. Nguồn: pixabay

Pseudogamy

Quá trình liên quan đến những cây apomictic yêu cầu thụ phấn, mặc dù thực tế là chúng phát triển mà không có sự thụ tinh của tế bào mẹ. Nội nhũ được hình thành từ sự hợp nhất của giao tử đực với các nhân cực của tế bào của túi phôi.

Trên thực tế, trong quá trình nguyên phân giao tử, sự hợp nhất của giao tử cái và giao tử đực hoặc thụ tinh kép bị ngăn chặn. Tuy nhiên, ngay cả khi sự thụ tinh của các nhân cực bị hủy bỏ, nội nhũ vẫn phát triển độc lập.

Tầm quan trọng

Apomixis là một kỹ thuật hiệu quả để sản xuất hạt giống và các loài mới trong thời gian ngắn. Trên thực tế, nó cho phép tạo ra các giống lai mới có năng suất tốt hơn và chất lượng kiểu hình cao hơn.

Thông qua apomixis, việc mất các ký tự cụ thể nhất định trong các giống lai được ngăn chặn. Là cơ chế chức năng để sản xuất cây trồng sạch bệnh, năng suất cây trồng cao hơn.

Ví dụ

Taraxacum officinalis (bồ công anh) là một trong những ví dụ phổ biến nhất của cây apomictic. Về vấn đề này, apomixis xuất hiện thường xuyên ở các cây thuộc họ Poaceae -grasses-, Rosaceae và Composite -asteraceae-.

Trong các vật liệu tổng hợp hoặc họ cúc, apomixis là hình thức sinh sản không thể tránh khỏi của hầu hết các loài. Ngược lại, ở họ Poaceae và Rosaceae, apomixis xen kẽ với sinh sản hữu tính -apomixis facultative-.

Cụ thể, apomixis xảy ra ở một số chi; Achillea, Arnica, Brachycome, Crepis, Conyza, Erigeron, Eupatorium, Hieracium, Parthenium và Taraxacum.

Trong họ poaceae, apomixis ban đầu được xác định trong chi Poa, sau đó nó được mô tả trong nhiều loài hoa và andropogoneas khác nhau. Trong số các chi Poaceae, có thể kể đến cả Bothriochloa, Capillipedium, Cenchrus, Dichanthium, Heteropogon, Paspalum, Setaria, Sorghum và Themeda.

Cỏ lau (Eragrostis curvula). Nguồn: USDA NRCS Tucson PMC

Cỏ lau (Eragrostis curvula) là nguồn thức ăn cho phép tăng sản lượng thịt bò. Một trong những hình thức sinh sản của nó là thông qua apomixis lưỡng bội, có thể là bắt buộc hoặc tùy tiện.

Các ví dụ khác về thực vật apomictic nằm trong các chi Sorbus -serbales- và Crataegus -thorn- thuộc họ Rosaceae. Cũng như các loài Rubus fruticosus (cây bìm bịp) và các chi thực vật có hoa Hieracium thuộc họ Cúc.

Người giới thiệu

1. Aguilera, PM (2013). Di truyền và vị trí của locus apomixis ở các loài thuộc nhóm Plicatula của Paspalum L. được tiết lộ bằng kỹ thuật phân tử. (Luận văn Cao học) Đại học Quốc gia Đông Bắc. Khoa Khoa học Nông nghiệp. Viện thực vật Đông Bắc. (IBONE-CONICET).
2. Apomixis (2018) Wikipedia, Bách khoa toàn thư miễn phí. Đã khôi phục tại: es.wikipedia.org
3. Ferrari Felismino, Mariana, Pagliarini, Maria Suely và Borges do Valle, Cacilda. (2010). Tập tính sinh học của các con lai đặc hiệu giữa Brachiaria ruziziensis hữu tính tứ bội và tứ bội apomictic B. brizantha (Poaceae). Scientia Agricola, 67 (2), 191-197.
4. Martínez, EJ (2001). Kế thừa sự tái tạo apomictic và xác định các dấu hiệu phân tử liên quan đến ký tự trong Paspalum notatum (Luận văn tốt nghiệp) Khoa Chính xác và Khoa học Tự nhiên. Đại học Buenos Aires.
5. Meier, MS, Zappacosta, DC, Selva, JP, Cervigni, G., & Echenique, CV (2008). Apomixis, nghiên cứu và cách sử dụng có thể có. AgroUNS, Năm V, Nº 9. trang 10-13.
6. Quero Carrillo, AR, Enríquez Quiroz, JF, Morales Nieto, CR, & Miranda Jiménez, L. (2010). Apomixis và tầm quan trọng của nó trong việc lựa chọn và cải thiện các loại cỏ làm thức ăn gia súc nhiệt đới: xem xét. Tạp chí Khoa học Chăn nuôi Mexico, 1 (1), 25-42.