Thử nghiệm biến lúa thành cây trồng lâu năm

Các nhà khoa học vừa phát hiện ra một "công tắc" di truyền quan trọng cho phép lúa hoang dã có thể sống sót và phát triển trong nhiều năm. Theo nghiên cứu mới được công bố trên tạp chí Science, đột phá này có thể mở đường cho việc lai tạo ra các giống lúa canh tác một lần nhưng cho thu hoạch qua nhiều vụ, hứa hẹn mang lại một giải pháp nông nghiệp tiết kiệm và hiệu quả hơn.

Lúa gạo là nguồn lương thực sống còn, nuôi sống hơn một nửa dân số toàn cầu. Trong tự nhiên, nhiều loài lúa hoang dã là cây đa niên (sống lâu năm), nhưng các giống lúa con người đang canh tác hiện nay chủ yếu là cây hằng năm (sống một năm) và phải gieo trồng lại sau mỗi mùa vụ. Đây là một quá trình tốn kém, đòi hỏi nông dân phải liên tục đầu tư sức lao động, mua hạt giống và cày xới đất đai để đáp ứng nhu cầu lương thực. Việc tìm ra giải pháp biến lúa thành cây trồng lâu năm có thể thay đổi hoàn toàn cục diện này.

Để tìm kiếm "gen trường thọ", một nhóm nghiên cứu từ Trung tâm Xuất sắc về Khoa học Thực vật Phân tử thuộc Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc đã phân tích 446 loại lúa hoang dã khác nhau nhằm tìm kiếm các đặc điểm đa niên. Các đặc điểm này bao gồm khả năng đâm chồi mới từ thân và sự đảo ngược hoa – hiện tượng các bộ phận sinh sản của cây chuyển trở lại thành chồi xanh sau khi hạt đã được thu hoạch.

Nhóm khoa học đã tiến hành lai tạo một giống lúa canh tác hiện đại với họ hàng hoang dã lâu năm của nó. Các cây con lai này mang sự pha trộn DNA của cả hai loại. Bằng cách liên tục lai chéo các thế hệ lai này trở lại với lúa hiện đại, họ đã thu hẹp và xác định được những đoạn DNA nào thực sự mang lại khả năng sinh tồn qua nhiều năm. Quá trình này giúp họ tạo ra một nhóm thực vật có vẻ ngoài giống hệt lúa canh tác hiện đại nhưng lại tiếp tục đâm chồi mới sau khi ra hoa.

Khi đi sâu vào phân tích đoạn DNA mà các cây lai này cùng chia sẻ, các nhà nghiên cứu đã tìm ra một vùng gen được họ đặt tên là Endless Branches and Tillers 1 (EBT1), chứa hai gen microRNA nối tiếp nhau là MIR156B và MIR156C.

Vai trò của EBT1 đã được xác nhận một cách rõ ràng thông qua các thử nghiệm nghịch đảo. Khi nhóm nghiên cứu vô hiệu hóa vùng gen này ở lúa hoang dã, cây lập tức mất đi khả năng tiếp tục đâm chồi sau khi ra hoa. Ngược lại, khi họ cấy ghép EBT1 vào giống lúa nông nghiệp, chu kỳ phát triển của cây được thiết lập lại, cho phép nó tiếp tục sinh trưởng sau khi ra hoa thay vì lụi tàn.

Cơ chế đằng sau hiện tượng này nằm ở những thay đổi biểu sinh. Ở lúa canh tác hằng năm, hai gen này bị "tắt" đi khi cây trưởng thành, dẫn đến quá trình ra hoa, tạo hạt và cuối cùng là lão hóa. Các gen lúc này bị đóng gói chặt chẽ và không thể hoạt động. Tuy nhiên, ở lúa hoang dã, cấu trúc này vẫn duy trì trạng thái có thể tiếp cận, cho phép các gen được tái kích hoạt (bật trở lại) sau khi ra hoa.

Trong bài báo khoa học, các tác giả nhấn mạnh: "Những phát hiện của chúng tôi không chỉ cung cấp những hiểu biết mới về cơ sở di truyền của tính lâu năm ở ngũ cốc mà còn mở đường cho việc phát triển các giống lúa lâu năm bền vững trong tương lai".

Nếu ứng dụng thành công, phát hiện này có thể giúp nông dân loại bỏ nhu cầu gieo trồng lại hằng năm, từ đó cắt giảm mạnh chi phí và công sức canh tác.

Thanh Tùng (TTXVN), BAOTINTUC