Cấu trúc nguồn gen tự nhiên loài hoàng đàn giả Dacrydium elatum ở khu vực Tây Nguyên, Việt Nam bằng chỉ thị phân tử vi vệ tinh (SSR)

Đánh giá đa dạng và cấu trúc di truyền giữa các quần thể và trong các loài rất quan trọng đối với các chương trình bảo tồn nguồn gen và nhân giống cây trồng. Sự đa dạng di truyền rất quan trọng đối với khả năng thích nghi của loài, tồn tại lâu dài và thích ứng với các điều kiện môi trường thay đổi. Do đó, sự hiểu biết tốt hơn về quá trình di truyền, nghiên cứu sự đa dạng di truyền các loài quý hiếm, đang có nguy cơ tuyệt chủng sẽ cung cấp những dữ liệu quan trọng cho việc phát triển các chiến lược bảo tồn và sử dụng bền vững.

Loài Hoàng đàn giả (Dacrydium elatum (Roxb.) Wall.) là một trong số 33 loài thông bản địa Việt Nam, sinh trưởng trong rừng kín thường xanh mưa ẩm nhiệt đới tại độ cao từ 700 đến 2.000. Trong tự nhiên, loài này phân bố ở các tỉnh Hà Giang, Tuyên Quang, Quảng Ninh, Lai Châu, Hà Tĩnh, Quảng Bình, Thừa Thiên Huế, Đà Nẵng, Kon Tum, Gia Lai, Đắk Lắk, Lâm Đồng, Kiên Giang và và loài này nằm trong danh sách các loài đang bị đe dọa tuyệt chủng của Sách Đỏ Việt Nam. Cho đến nay, nhiều quần thể Hoàng đàn giả đang bị đe dọa do khai thác quá mức, phá rừng…, các nhà quản lý và khoa học thiếu các thông tin quan trọng về đa dạng nguồn gen và cấu trúc di truyền quần thể tự nhiên của loài này.

Hình ảnh quần thể Hoàng đàn giả thuần loài tự nhiên ở Khu BTTN Kon Chư Răng, Gia Lai và xử lý mẫu tại thực địa

Muốn bảo tồn và quản lý một loài đòi hỏi phải có thông tin về đặc điểm sinh thái và đa dạng di truyền của loài đó. Hiện nay, để phát triển chiến lược bảo tồn phù hợp, giới chuyên môn thường sử dụng các chỉ thị phân tử vi vệ tinh (chuỗi trình tự lặp lại đơn giản - simple sequence repeats - SSR) để đánh giá mức độ đa dạng và cấu trúc di truyền cả ở cấp độ quần thể và loài. SSR có đặc tính ưu việt là bản chất đa alen, tính di truyền đồng trội, tính lặp lại và có mặt rộng rãi trong toàn bộ hệ gen, đây là chỉ thị lý tưởng cho thăm dò tính đa dạng di truyền, cấu trúc quần thể và phạm vi ứng dụng rộng rãi. Tại Việt Nam, mặc dù các nghiên cứu trước đây đã tiến hành đánh giá sự biến đổi di truyền và xác nhận tình trạng phân loại ở cấp độ phân tử của các loài D. pectinatum, D. imbricatus, D. elatum; tuy nhiên, cấu trúc di truyền của loài Hoàng đàn giả vẫn chưa được nghiên cứu đầy đủ. Trong khi đó, để phát triển các chiến lược bảo tồn và sử dụng bền vững các loài sinh vật, thì những hiểu biết về đa dạng di truyền là rất quan trọng. Do đó, mục tiêu của nghiên cứu này là xác định mức độ đa dạng và cấu trúc di truyền của các quần thể Hoàng đàn giả trong tự nhiên ở khu vực Tây Nguyên và cung cấp các hướng dẫn cho việc bảo tồn, quản lý, phục hồi loài.

    Trong nghiên cứu này, sử dụng 8 chỉ thị phân tử SSR để đánh giá đa dạng và cấu trúc di truyền của 80 cá thể tự nhiên từ 4 quần thể ở Khu bảo tồn thiên nhiên Ngọc Linh (NL), Khu bảo tồn thiên nhiên Kon Chư Răng (KCR), Vườn Quốc gia Chư Yang Sin (CYS) và Vườn Quốc gia Bidoup-Núi Bà (BDNB). Kết quả chỉ ra rằng, mức độ đang dạng di truyền trong quần thể khá cao với hệ số gen dị hợp tử quan sát (Ho) và hệ số gen dị hợp tử kỳ vọng (He) lần lượt là 0,555 và 0,429. Chỉ số đa dạng di truyền Shannon (I) là 0,618 và sự khác biệt về di truyền giữa các quần thể là thấp (Fst = 0,097). Trong đó, quần thể (BDNB) có mức độ đa dạng di truyền cao nhất so với ba quần thể cò lại (NL, CYS và KCR). Phân tích phương sai phân tử (AMOVA) cho thấy sự biến đổi di truyền cao giữa các cá thể trong quần thể (87%) so với giữa các quần thể (13%). Biểu đồ hình cây theo phương pháp (UPGMA) cho thấy các phân nhánh phần lớn phù hợp với nguồn gốc phả hệ và địa lý. Ba quần thể (NL, KCR và BDNB) được nhóm lại với nhau và quần thể CYS được tách biệt. Trong phân tích cấu trúc quần thể, đã xác định được giá trị ΔK lớn nhất khi K=2, cho thấy rằng 80 cá thể trong 4 quần thể chia thành hai nhóm gen chính. Nhóm gen đầu tiên chiếm ưu thế trong hai quần thể (NL và BDNB) và nhóm gen thứ hai bao gồm hai quần thể (CYS và KCR).

Hình ảnh cấu trúc di truyền quần thể của loài Hoàng đàn giả đang bị đe dọa ở Việt Nam

Nhìn chung, hiện tại ở cấp độ quần thể, Hoàng đàn giả duy trì mức độ đa dạng di truyền vừa phải và giữa các quần thể có mức độ khác biệt di truyền thấp, nhưng sự biến đổi di truyền bên trong các cá thể cao. Các sinh cảnh của loài thông này đã bị ảnh hưởng rất lớn bởi hoạt động của con người và tình trạng khai thác gỗ thương mại trong những thập niên gần đây kể từ năm 1980. Tất cả quần thể nghiên cứu của loài này đều nằm trong các khu rừng nhỏ bị cô lập, không thích hợp cho sự sống còn của chúng. Dựa trên kết quả của chúng tôi, các nhà bảo tồn cũng cần thực hiện các hoạt động bảo tồn chuyển chỗ (ex-situ) để tránh giao phối cận huyết trong tương lai. Nghiên cứu này góp phần cung cấp cơ sở lý luận về quản lý nguồn gen và nhận dạng loài Hoàng đàn giả, đồng thời cung cấp cơ sở khoa học cho việc chọn tạo giống.

Nguồn tài liệu: Dinh Duy Vu, Quoc Khanh Nguyen and Mai Phuong Pham, 2021. Genetic structure in natural populations of Dacrydium elatum (Roxb.) Wall. (Podocarpaceae) in the Central Highlands of Vietnam inferred by Microsatellites. E3S Web of Conferences 265, 01030 (2021). https://doi.org/10.1051/e3sconf/202126501030

Bài và ảnh: TS. Vũ Đình Duy/Viện STNĐ