Giống lúa tiến hóa thích ứng với lũ lụt

Một nhóm các nhà nghiên cứu Nhật Bản và Mỹ vừa phát triển các giống lúa gọi là “lúa chịu ngập” có thể đảm bảo sự sống còn trong điều kiện ngập lụt. 

Lúa chịu ngập phát triển bình thường trong vùng nước nông nhưng trong các đợt lũ lớn nó sẽ tăng chiều cao phù hợp với mực nước dâng, cho phép chúng chịu được những trận lũ kéo dài.

Nhóm nghiên cứu gồm: Takeshi Kuroha (ĐH Tohoku), Motoyuki Ashikari (ĐH Nagoya), Susan R. McCouch (ĐH Cornell) và các đồng nghiệp đã phát hiện ra một gien trong cây lúa rất quan trọng cho sự sống còn của nó trong điều kiện lũ lụt. Họ cũng làm sáng tỏ chức năng phân tử và lịch sử tiến hóa của nó.

Theo đó, nhóm đã xác định được SD1 (SEMIDWARF1) là một gien quan trọng chịu trách nhiệm cho phản ứng của nước ngập sâu. SD1 mã hóa một enzyme sinh tổng hợp gibberellin- một hormone thực vật.

Gien này phối hợp sự thích nghi lúa nước chịu ngập thông qua một alen tăng cường chức năng duy nhất. Khi bị ngập nước, lúa tích tụ ethylene, một loại hoóc môn thực vật dạng khí.

Lúa chịu ngập khuếch đại một tín hiệu chuyển tiếp trong đó gien SD1 được kích hoạt bởi một yếu tố phiên mã đáp ứng ethylene, OsEIL1a.

Kết quả, protein SD1 trực tiếp làm tăng tổng hợp các gibberellin, phần lớn là một trong những loại gibberellin (GA4), thúc đẩy sự tăng trưởng theo chiều dọc trong cây.

Phân tích sâu hơn cho thấy biến thể chức năng có điều kiện này phát triển đầu tiên trong tổ tiên hoang dã và sau đó là mục tiêu lựa chọn trong quá trình thuần hóa lúa canh tác thích nghi với môi trường nước sâu ở Bangladesh.

Gien SD1 được biết đến với tên gọi gien Tiến hóa xanh (Green Revolution) trong cây lúa, nơi alen mất chức năng của SD1 sẽ có chiều cao cây ngắn, cung cấp khả năng kháng bệnh và tăng chỉ số thu hoạch, tạo ra năng suất hạt lớn hơn theo hệ thống nông nghiệp đầu vào cao.

Một alen thu được chức năng phiên mã của cùng một gien cho phép lúa nước chịu ngập thích ứng với lũ lụt thông qua phản ứng kiểu hình ngược lại- tăng chiều cao cây trồng.

Khả năng của SD1 hoạt động trong các vai trò đa dạng như vậy trong canh tác lúa làm nổi bật tính dẻo dai vốn có của cây đối với môi trường.

“Trong điều kiện thời tiết khắc nghiệt do biến đổi khí hậu có thể ảnh hưởng đến sản xuất lương thực trên toàn thế giới.

Nông dân sẽ cần phải đa dạng hóa các phương pháp sản xuất và biến thể di truyền tìm thấy trong các gien lúa hoang dã có thể cung cấp các giải pháp thích ứng uyển chuyển cho các vụ mùa”- Kuroha nói.

HẢI HUỲNH (Nguồn: Physorg.com)