A Second Attempt At Domesticating The Tomato

Nỗ Lực Lần Hai Để Thuần Hóa Cây Cà Chua

A. It took at least 3,000 years for humans to learn how to domesticate the wild tomato and cultivate it for food. Now two separate teams in Brazil and China have done it all over again in less than three years. And they have done it better in some ways, as the re-domesticated tomatoes are more nutritious than the ones we eat at present.

Phải mất ít nhất 3.000 năm con người mới biết cách thuần hóa cà chua dại và trồng trọt để làm thực phẩm. Hiện tại hai đội riêng biệt ở Brazil và Trung Quốc đã thực hiện quá trình này trong vòng chưa đầy ba năm. Và họ đã làm điều đó tốt hơn, vì những giống cà chua được thuần hóa lại giàu dinh dưỡng hơn cà chua chúng ta ăn hiện nay.

This approach relies on the revolutionary CRISPR genome editing technique, in which changes are deliberately made to the DNA of a living cell, allowing genetic material to be added, removed or altered. The technique could not only improve existing crops, but could also be used to turn thousands of wild plants into useful and appealing foods. In fact, a third team in the US has already begun to do this with a relative of the tomato called the groundcherry.

Cách tiếp cận này dựa trên kỹ thuật chỉnh sửa bộ gen CRISPR mang tính cách mạng, trong đó những thay đổi được chủ ý thực hiện đối với DNA của tế bào sống, cho phép thêm, bớt hoặc thay đổi vật liệu di truyền. Kỹ thuật này không chỉ cải thiện các loại cây trồng hiện có mà còn có thể được sử dụng để biến hàng ngàn cây dại thành thực phẩm hữu ích và hấp dẫn. Trên thực tế, một nhóm nghiên cứu thứ ba ở Mỹ đã bắt đầu thực hiện điều này với một họ hàng của cà chua có tên là groundcherry – quả tầm bóp.

This fast-track domestication could help make the world’s food supply healthier and far more resistant to diseases, such as the rust fungus devastating wheat crops.

Quá trình thuần hóa nhanh chóng này có thể giúp nguồn cung cấp lương thực trên thế giới lành mạnh hơn và có khả năng chống lại các loại bệnh, chẳng hạn như nấm gỉ sắt tàn phá cây lúa mì.

“This could transform what we eat,’ says Jorg Kudla at the University of Munster in Germany, a member of the Brazilian team. ‘There are 50,000 edible plants in the world, but 90 percent of our energy comes from just 15 crops.”

Jorg Kudla tại Đại học Munster ở Đức, một thành viên của đội Brazil, cho biết: “Điều này có thể biến đổi những gì chúng ta ăn. Có 50.000 cây có thể ăn được trên thế giới, nhưng 90% năng lượng của chúng ta chỉ đến từ 15 loại cây trồng”

“We can now mimic the known domestication course of major crops like rice, maize, sorghum or others,’ says Caixia Gao of the Chinese Academy of Sciences in Beijing. “Then we might try to domesticate plants that have never been domesticated.”

Caixia Gao thuộc Học viện Khoa học Trung Quốc ở Bắc Kinh cho biết: “Giờ đây, chúng ta có thể bắt chước quá trình thuần hóa của các loại cây trồng chính như lúa, ngô, lúa miến hoặc các loại cây khác. Sau đó, chúng tôi có thể cố gắng thuần hóa những cây chưa từng được thuần hóa”

B. Wild tomatoes, which are native to the Andes region in South America, produce pea-sized fruits. Over many generations, peoples such as the Aztecs and Incas transformed the plant by selecting and breeding plants with mutations* in their genetic structure, which resulted in desirable traits such as larger fruit.

Cà chua dại, có nguồn gốc từ vùng Andes ở Nam Mỹ, cho quả to bằng hạt đậu. Qua nhiều thế hệ, các dân tộc như người Aztec và người Inca đã biến đổi cây trồng bằng cách chọn và lai tạo những cây có đột biến trong cấu trúc di truyền, dẫn đến những đặc điểm mong muốn, ví dụ như quả to hơn.

But every time a single plant with a mutation is taken from a larger population for breeding, much genetic diversity is lost. And sometimes the desirable mutations come with less desirable traits. For instance, the tomato strains grown for supermarkets have lost much of their flavour.

Nhưng mỗi khi một cây bị đột biến được lấy từ một quần thể lớn hơn để làm giống, thì nhiều sự đa dạng di truyền sẽ bị mất đi. Và đôi khi những đột biến mong muốn đi kèm với những đặc điểm ít mong muốn hơn. Ví dụ, các giống cà chua được trồng cho các siêu thị đã mất hương vị.

By comparing the genomes of modern plants to those of their wild relatives, biologists have been working out what genetic changes occurred as plants were domesticated. The teams in Brazil and China have now used this knowledge to reintroduce these changes from scratch while maintaining or even enhancing the desirable traits of wild strains.

Bằng cách so sánh bộ gen của thực vật hiện đại với bộ gen của họ hàng hoang dã, các nhà sinh vật học đã tìm ra những thay đổi di truyền nào xảy ra khi thực vật được thuần hóa. Các đội ở Brazil và Trung Quốc hiện đã  dùng kiến ​​thức này để thực hiện lại những thay đổi ngay từ đầu trong khi duy trì hoặc thậm chí nâng cao các đặc điểm mong muốn của các dòng hoang dã.

C. Kudla’s team made six changes altogether. For instance, they tripled the size of fruit by editing a gene called FRUIT WEIGHT, and increased the number of tomatoes per truss by editing another called MULTIFLORA.

Đội của Kudla đã thực hiện sáu thay đổi tất cả. Ví dụ, họ đã tăng gấp ba kích thước của trái cây bằng cách chỉnh sửa gen có tên là FRUIT WEIGHT, và tăng số lượng cà chua trên mỗi giàn bằng cách chỉnh sửa một gen khác có tên MULTIFLORA.

While the historical domestication of tomatoes reduced levels of the red pigment lycopene – thought to have potential health benefits – the team in Brazil managed to boost it instead. The wild tomato has twice as much lycopene as cultivated ones; the newly domesticated one has five times as much.

Trong khi quá trình thuần hóa cà chua trong lịch sử đã làm giảm mức độ sắc tố đỏ lycopene – được cho là có những lợi ích sức khỏe – thì nhóm nghiên cứu ở Brazil đã tìm cách tăng cường nó. Cà chua dại có gấp đôi lượng lycopene so với cà chua trồng; cây mới thuần hóa có số lượng nhiều gấp 5 lần.

“They are quite tasty,’ says Kudla. ‘A little bit strong. And very aromatic.”

Kudla nói: “Chúng khá ngon. Vị khá đậm. Và rất thơm.

The team in China re-domesticated several strains of wild tomatoes with desirable traits lost in domesticated tomatoes. In this way they managed to create a strain resistant to a common disease called bacterial spot race, which can devastate yields. They also created another strain that is more salt tolerant – and has higher levels of vitamin C.

Nhóm nghiên cứu ở Trung Quốc đã tái thuần hóa một số giống cà chua dại với các đặc điểm mong muốn bị mất trong cà chua thuần hóa. Bằng cách này, họ đã tạo ra một giống kháng bệnh phổ biến gọi là chủng đốm vi khuẩn, những vi khuẩn này có thể giảm sản lượng. Họ cũng tạo ra một giống khác có khả năng chịu mặn tốt hơn và có hàm lượng vitamin C cao hơn.

D. Meanwhile, Joyce Van Eck at the Boyce Thompson Institute in New York state decided to use the same approach to domesticate the groundcherry or goldenberry (Physalis pruinosa) for the first time. This fruit looks similar to the closely related Cape gooseberry (Physalis peruviana).

Trong khi đó, Joyce Van Eck tại Viện Boyce Thompson ở bang New York đã quyết định sử dụng cách tiếp cận tương tự để thuần hóa cây tầm bóp Groundcherry hoặc cây tầm bóp Nam Mỹ Golden Berry (Physalis cleinosa) trong lần đầu tiên. Loại quả này trông tương tự như quả lý gai có họ hàng gần Cape Gooseberry (Physalis peruviana).

Groundcherries are already sold to a limited extent in the US but they are hard to produce because the plant has a sprawling growth habit and the small fruits fall off the branches when ripe. Van Eck’s team has edited the plants to increase fruit size, make their growth more compact and to stop fruits dropping. “There’s potential for this to be a commercial crop”’ says Van Eck. But she adds that taking the work further would be expensive because of the need to pay for a licence for the CRISPR technology and get regulatory approval.

Cây tầm bóp đã được bán với số lượng hạn chế ở Mỹ nhưng chúng rất khó trồng vì cây có thói quen sinh trưởng trải dài nằm ngang và quả nhỏ sẽ rụng khỏi cành khi chín. Nhóm của Van Eck đã chỉnh sửa cây trồng để tăng kích thước trái, làm cho chúng phát triển trong không gian nhỏ hơn và ngăn rụng trái. Van Eck nói “Có tiềm năng thương mại cho giống cây này. Nhưng cô ấy thêm rằng việc tiến hành công việc xa hơn nữa sẽ rất tốn kém vì cần phải trả tiền để có giấy phép cho công nghệ CRISPR và được sự chấp thuận của cơ quan quản lý.

E. This approach could boost the use of many obscure plants, says Jonathan Jones of the Sainsbury Lab in the UK. But it will be hard for new foods to grow so popular with farmers and consumers that they become new staple crops, he thinks.

Jonathan Jones thuộc Phòng thí nghiệm Sainsbury ở Anh nói rằng phương pháp tiếp cận này có thể thúc đẩy việc sử dụng nhiều giống cây ít người biết đến. Nhưng sẽ rất khó để những thực phẩm mới trở nên phổ biến với nông dân và người tiêu dùng đến mức chúng trở thành cây trồng chủ lực mới.

The three teams already have their eye on other plants that could be ‘catapulted into the mainstream’, including foxtail, oat-grass and cowpea. By choosing wild plants that are drought or heat tolerant, says Gao, we could create crops that will thrive even as the planet warms.

Ba đội đã để mắt đến các loại cây khác có thể được đưa vào dòng chính, bao gồm cỏ đuôi cáo, cỏ yến mạch và đậu đũa. Gao cho biết, bằng cách chọn những cây dại có khả năng chịu hạn hoặc chịu nhiệt, chúng ta có thể tạo ra những loại cây trồng sẽ phát triển mạnh ngay cả khi hành tinh ấm lên.

But Kudla didn’t want to reveal which species were in his team’s sights, because CRISPR has made the process so easy. “Any one with the right skills could go to their lab and do this.”

Nhưng Kudla không muốn tiết lộ loài nào đã lọt vào tầm ngắm của nhóm anh ấy, bởi vì CRISPR đã làm cho quá trình này trở nên quá dễ dàng. ‘Bất kỳ ai có kỹ năng đúng đều có thể đến phòng thí nghiệm của họ và làm việc này.