Các nhà nghiên cứu hiện đã nghiên cứu toàn diện bộ gen của cả bảy loài dưa, tạo ra một nguồn tài nguyên có thể giúp các nhà nhân giống tìm ra các gen dưa hấu hoang dã có khả năng kháng sâu bệnh, hạn hán và các vấn đề khác để cải thiện hơn nữa chất lượng quả. Đưa các gen này vào dưa hấu được trồng có thể cho ra dưa hấu ngọt chất lượng cao, có khả năng phát triển ở nhiều vùng khí hậu đa dạng, đặc biệt quan trọng khi biến đổi khí hậu ngày càng thách thức với nhà nông.
"Khi con người thuần hóa dưa hấu trong hơn 4.000 năm qua, họ đã chọn loại trái cây có màu đỏ, ngọt và ít đắng hơn. Điều không may là, khi người ta làm cho dưa hấu ngọt hơn và đỏ hơn, cây bị mất một số khả năng chống lại sâu bệnh và các loại stress khác", Zhangjun Fei, giáo sư tại Trường Khoa học Thực vật của Đại học Cornell, giảng viên tại Học viện Boyce Thompson và là đồng lãnh đạo của nhóm nghiên cứu quốc tế, nói.
Theo báo cáo được xuất bản trên tạp chí Nature Genetic vào đầu tháng 11, các nhà nghiên cứu đã tiến hành quy trình hai bước. Đầu tiên, họ đã tạo ra một phiên bản cải tiến "bộ gen tham chiếu", được các nhà khoa học và nhà tạo giống cây trồng sử dụng để phát hiện các gen mới.
Fei là đồng lãnh đạo nhóm tạo ra bộ gen tham chiếu cho dưa hấu đầu tiên, bằng cách sử dụng giống được trồng ở Đông Á có tên là '97103', được công bố năm 2013.
"Bộ gen tham chiếu đầu tiên này được tạo ra bằng cách sử dụng các công nghệ giải trình tự cắt ngắn hơn" Fei nói. "Sử dụng các công nghệ giải trình tự đọc dài như hiện tại, chúng tôi tạo ra được một bộ gen chất lượng cao hơn, là tài liệu tham khảo tốt cho cộng đồng làm dưa hấu."
Sau đó, nhóm đã giải trình tự bộ gen của 414 quả dưa hấu khác nhau (đại diện cho cả 7 loài). Bằng cách so sánh các bộ gen này với bộ gen tham chiếu mới và giữa chúng với nhau, các nhà nghiên cứu đã có thể xác định mối quan hệ tiến hóa của các loài dưa hấu.
"Một phát hiện chính từ phân tích của chúng tôi là một loài hoang dã được sử dụng rộng rãi trong các chương trình nhân giống hiện tại, C. amarus, lại là một loài chị-em chứ không phải là tổ tiên, như nhiều người đã tưởng là như vậy", Fei chia sẻ.
Các nhà nghiên cứu đã phát hiện rằng, dưa hấu đã được thuần hóa bằng cách nhân giống loại ít đắng và tăng độ ngọt, tăng kích thước quả và màu thịt quả. Các giống hiện đại đã được cải thiện hơn nữa trong vài trăm năm qua bằng cách tăng độ ngọt, hương vị và độ giòn. Các nhà nghiên cứu cũng nhận thấy, bộ gen dưa hấu có thể tiếp tục khai thác để cải thiện chất lượng quả, ví dụ như làm cho chúng to hơn, ngọt hơn và giòn hơn.
Trong 20-30 năm qua, các nhà nhân giống cây trồng đã lai trồng dưa hấu từ các loài chị em C. amarus và hai họ hàng hoang dã khác là C. mucusospermus và C. colocynthis để giúp cho dưa hấu có khả năng kháng sâu bệnh, hạn hán và bệnh tật ví dụ như bệnh như héo vàng do nấm Fusarium và phấn trắng).
Những cải tiến qua họ hàng hoang dã là điều đã gây nhiều hứng thú cho Amnon Levi, một nhà nghiên cứu di truyền học và nhà tạo giống dưa hấu tại Bộ Nông nghiệp Hoa Kỳ, Cơ quan Dịch vụ Nghiên cứu nông nghiệp và Phòng thí nghiệm Rau của Hoa Kỳ tại Charleston, Nam Carolina. Levi cũng là đồng tác giả của bài báo, ngưuời đã cung cấp nhiều vật liệu di truyền của các loại dưa hấu được sử dụng trong nghiên cứu.
"Dưa hấu ngọt có cơ sở di truyền rất hẹp", theo Levi, "Các loài hoang dã có sự đa dạng về di truyền rộng, khiến cho chúng có nhiều cơ hội lưu giữ các gen giúp cho chúng khả năng chống chịu sâu bệnh và stress từ môi trường."
Levi có kế hoạch hợp tác với BTI để khám phá một số gen hoang dã có thể sử dụng để cải thiện dưa hấu, đặc biệt là kháng bệnh.
"Dưa hấu dễ bị mắc nhiều sâu bệnh vùng nhiệt đới, dự kiến còn bị ảnh hưởng nặng nề hơn do biến đổi khí hậu", Levi nói. "Chúng tôi đang nghiên cứu khả năng phục hồi một số gen kháng bệnh hoang dã đã bị thất thoát trong quá trình thuần hóa."