Quả đu đủ là nguồn cung cấp dồi dào kali, magiê và vitamin A và C, thúc đẩy sản lượng toàn cầu tăng đều đặn. Đu đủ có nguồn gốc và được thuần hóa ở miền nam Mexico và Trung Mỹ, hiện nay được trồng ở các vùng nhiệt đới và cận nhiệt đới trên toàn thế giới. Đu đủ dại có quả nhỏ nhiều hạt với rất ít thịt có thể ăn được, trong khi loại đu đủ thuần hóa có thể nặng hơn 5 pound. Tuy nhiên, có một vấn đề lớn: Đu đủ nhạy cảm với vi rút gây bệnh đốm vòng đu đủ, dẫn đến cây còi cọc không tạo ra trái trưởng thành và không có khả năng kháng bệnh trong mã di truyền của đu đủ.

Để giải quyết vấn đề này, các nhà nghiên cứu đã phát triển đu đủ chuyển gien SunUp, bằng cách sử dụng một kỹ thuật gọi là chuyển đổi qua trung gian. Các hạt vàng được bao phủ bởi gien protein của virus và bắn vào tế bào của cây đu đủ không chuyển gien Sunset bằng súng bắn gien. Do đó, SunUp chứa các chuỗi gien của virus và được bảo vệ khỏi sự lây nhiễm thông qua quá trình im lặng gien qua trung gian RNA.

Ray Ming (GEGC), Giáo sư sinh học thực vật cho biết: “Chúng tôi đã mất 8 năm để đọc từng nucleotide ADN trong các đoạn chèn và sắp xếp lại, và chúng tôi lặp lại trình tự bằng cách sử dụng các công nghệ khác nhau để hiểu bản chất của các đoạn chèn chuyển gien này. Việc chèn phức tạp đến nỗi mặc dù chúng tôi giải trình tự bộ gien vào năm 2008, nhưng chúng tôi không biết vị trí của các trình tự chuyển gien”.

Trong các nghiên cứu trước đó, các nhà nghiên cứu đã sử dụng công nghệ giải trình tự ADN Sanger để đọc các đoạn ADN ngắn, từ 500 đến 600 base, gây khó khăn cho việc đặt chính xác các trình tự chuyển gien trong bộ gien dự thảo. Trong nghiên cứu hiện tại, họ đã sử dụng các công nghệ giải trình tự từ công nghệ Pacific Biosciences và Oxford Nanopore để đọc các đoạn ADN rất dài. Ming nói: “Đây là những kỹ thuật mới nhất hiện có và chúng cho phép chúng tôi đọc hơn 50 đến 200 nghìn cặp cơ sở cùng một lúc”.

Nhóm đã phát hiện ra rằng SunUp có sự chèn vào của 1,6 triệu cặp bazơ, bao gồm các đoạn ADN không chỉ từ súng bắn gien, mà còn các chuỗi ADN hạt nhân có nguồn gốc từ lục lạp và ty thể. Ming cho biết: “Có 74 mảnh được đưa vào: 42 mảnh là lục lạp ở nhân, 13 mảnh là nhân của ty thể, 10 là từ bộ gien lục lạp và 3 là từ bộ gien của ty thể. Cuộc bắn phá hạt đã phá vỡ ADN sợi kép và chèn tất cả 74 đoạn vào một vị trí trong nhiễm sắc thể số 5 của bộ gien”.

Đáng ngạc nhiên là mặc dù có một lượng chèn lớn như vậy, nhưng thao tác chuyển gien không gây ra bất kỳ sự thay đổi nào trong biểu hiện gien. “Chúng tôi đã xem xét mọi trình tự gien và không có tác động nào đến chức năng của bộ gien. Khi chúng tôi so sánh SunUp và Sunset, chúng chỉ có 20 gien được biểu hiện khác biệt, đó là do sự sắp xếp lại qua trung gian gien nhảy transposon chứ không phải do thao tác di truyền. Sự sắp xếp lại qua trung gian của transposon xảy ra tự nhiên và dẫn đến những thay đổi dần dần theo thời gian, điều này được mong đợi kể từ khi SunUp và Sunset đã phát triển và tách biệt trong 30 năm.

Các nhà nghiên cứu sẽ xem xét các dòng chuyển gien đu đủ khác để xem liệu chúng có sắp xếp lại tương tự hay không. Chúng tôi mong đợi nhiều vị trí chèn và sắp xếp lại hơn và chúng tôi ngạc nhiên rằng chỉ có hai. Ngoài việc chèn 1,6 Mb do 74 đoạn gây ra, còn có sự mất đoạn 591 Kb ở nhiễm sắc thể 5 đã được di chuyển vào phần chèn 1,6 Mb. Chúng tôi vẫn chưa hiểu tại sao lại có các đoạn nhân lạp thể và lục lạp nằm bên cạnh ba đoạn chuyển gien và tại sao chúng lại được đưa vào cùng một vị trí. Chúng tôi sẽ kiểm tra các dòng chuyển gien khác để xem có điểm chung nào không.

Ming cho biết: “Đu đủ chuyển gien có khả năng kháng mạnh đối với vi rút gây bệnh đốm vòng trên đu đủ và do đó đã cứu được ngành công nghiệp đu đủ Hawaii. Công việc này sẽ củng cố thông điệp rằng ngay cả sau ba thập kỷ, chúng ta vẫn có thể tiêu thụ đu đủ chuyển gien một cách an toàn và không có tác động tiêu cực đến bộ gien của đu đủ hoặc người tiêu dùng”.