Bí mật di truyền của lúa mở đường cho tương lai trồng trọt và bảo tồn
Một nghiên cứu mới do các nhà khoa học tại ĐH Khoa học và công nghệ King Abdullah (KAUST, Ả rập Saudi) và ĐH Wageningen (Hà Lan) đã đem lại những cái nhìn mới vào sự tiến hóa của lúa, khi chứng tỏ DNA của cây trồng giá trị này đã thay đổi khắp các loài.
Phát hiện này được mong đợi sẽ không chỉ giúp cải thiện năng suất lúa gạo mà còn có thể giúp đưa lúa gạo vào những vùng mà giờ chưa thể trồng trọt được.
Nghiên cứu mới được xuất bản trên tạp chí Nature Genetics.
Lúa gạo là một trong những loài cây được thuần hóa sớm nhất, vào khoảng xấp xỉ 10.000 năm trước đây. Sự chọn lọc nhân tạo mà người nông dân đã thực hiện nhằm tạo ra giống lúa nhiều dinh dưỡng và những tính trạng quan trọng khác để tối ưu hóa lợi ích đã làm giảm sự đa dạng di truyền và do đó cả khả năng chống chịu của nó trước các sức ép môi trường.
Nói cách khác, những họ hàng hoang dã của lúa gạo (Oryza) đã trải qua khoảng 15 triệu năm tiến hóa nên có một chuỗi các biến thể di truyền đặc biệt ở khắp hệ gene của nó (tất cả DNA trong một sinh vật), do đó có năng lực thích ứng với mọi điều kiện môi trường như nhiệt độ cao, hạn hán và mặn hóa.
“Chi Oryza có một bộ sưu tập các bộ gene phong phú một cách đáng kinh ngạc. Chúng tôi đã có thể chứng minh các hệ quả của tiến hóa trên các bộ gene được thu thập của lúa gạo và những họ hàng hoang dã của nó”, giáo sư KAUST Rod Wing, người dẫn dắt nghiên cứu cùng với postdoct Alice Fornasiero.
Bộ gene con người là lưỡng bội, khi thừa hưởng hai bộ nhiễm sắc thể – một của bố và một của mẹ. Số lượng nhiễm sắc thể nhiều hơn hay ít hơn đều gây họa. Các loài thực vật có bộ nhiễm sắc thể đa bội, nghĩa là chúng có thể nhận được nhiều bộ nhiễm sắc thể từ cha mẹ chúng. Các bộ nhiễm sắc thể có thể dẫn đến một hệ gene lớn hơn, có thể đem lại sự thích ứng với những sức ép môi trường mới và có thể đem lại sự tiến hóa thành những tính trạng mới, và thậm chí là loài mới.
Nghiên cứu này xem xét chín nhiễm sắc thể tứ bội và hai đa bội của lúa dại. Các nhà nghiên cứu phát hiện ra là các loài này có thể được phân thành các tập con của các hệ gene. Những khác biệt đó thường do các yếu tố vận chuyển, hay còn được gọi là các gene nhảy, bởi vì chúng là các chuỗi DNA có thể chuyển từ một vị trí nhất định trong bộ gene sang một vị trí khác và là một điều phổ biến trong tự nhiên tạo ra sự đa dạng di truyền.
Thêm vào đó, sự tồn tại của các loài có nhiễm sắc thể đa bội và tứ bội dẫn đến các bộ gene có kích thước lớn gấp đôi hoặc nhiều hơn. Trong một số trường hợp của DNA quy mô lớn này, các gene đã làm tăng cường sức chống chịu của lúa gạo trước các mức nhiệt cao hơn, điều kiện đất đai khô cằn và nhiễm mặn hơn cũng như các điều kiện môi trường bất lợi khác phổ biến ở Trung Đông và ngày một gia tăng ở khắp nơi trên toàn thế giới do biến đổi khí hậu.
Nghiên cứu này có thể xác định được cây tiến hóa của lúa dại, chứng tỏ các loài mới đột sinh. Lịch sử tiến hóa đó đưa ra những manh mối như khi nào lúa nếm trải những áp lực đáng kể, qua đó kích thích sự thay đổi bộ gene ở lúa để chống chịu.
“Việc phân tích bộ gene trong công trình này đem lại một hiểu biết toàn diện về cách cây lúa và những họ hàng hoang dại phức tạp của chúng đã tiến hóa. Công trình này cũng đưa ra một khung tham chiếu toàn diện cho những nỗ lực trong tương lai để phát triển những loài khỏe mạnh, có tiềm năng chống chịu với các điều kiện môi trường khắc nghiệt”, theo giáo sư Eric Schranz, ĐH Wageningen.
Ý nghĩa ngày càng thêm sâu sắc bởi với 3,5 tỉ người sống phụ thuộc vào cây lúa như một phần quan trọng của chế độ ăn, lúa gạo đã trở thành một trong những cây lương thực quan trọng bậc nhất trên thế giới.
Thanh Hương dịch từ King Abdullah University of Science and Technology
