Gen AG1 kiểm soát lượng đường trong hạt lúa và giúp cây lúa sống sót khi dưới nước

Nghiên cứu được công bố trên tạp chí khoa học Nature Plants, xác định được một gien kiểm soát lượng đường trong hạt lúa giống cho đến khi mọc mầm, đặc biệt là trong điều kiện ngập nước.

Julia Bailey-Serres, một trong những tác giả chính của bài báo và là một giáo sư di truyền học cho biết: “Hạt lúa giống có sự khác biệt với các hạt giống cây trồng khác bởi vì nó có thể nảy mầm và phát triển thành một cây con có thể thu năng lượng ánh sáng ngay cả khi toàn bộ quá trình này xảy ra dưới nước. Gien được xác định là gien AG1 hỗ trợ quá trình này bằng cách cho phép dự trữ năng lượng có trong các hạt giống chuyển đổi hiệu quả thành sự nảy mầm lên trên khỏi mặt nước”.

Quá trình này chi phối bởi gien AG1 có sự đối lập với quá trình chi phối bởi gien Sub1A đã được phát hiện trước đây cho phép cây lúa sống sót trong tình trạng bị ngập hoàn toàn do lũ lụt. Bailey-Serres, người đã nghiên cứu sâu về cơ chế chịu ngập nước, nhận xét: “Thực vật với gien Sub1A cơ bản ngủ đông khi chúng ở dưới nước, đây là một tình huống mà dự trữ năng lượng được bảo tồn”.

Gien AG1 tạo ra một cơ chế khiến hạt giống có xu hướng dành lượng đường nhiều hơn cho quá trình nảy mầm, phát triển thân cây và lá. Do đó, các hạt giống lúa có thể tăng trưởng nhanh hơn và đạt đến vùng nước bề mặt. Cơ chế này có thể diễn ra ở độ sâu tới 10 cm và có thể nhận được “kích hoạt” ngay sau khi hạt giống được gieo dưới nước.

Bailey-Serres, Giám đốc Trung tâm Sinh học Tế bào Thực vật giải thích: “Gien AG1 thuộc một họ có 13 gien ở cây lúa. Các thành viên khác của họ gien này gần đây đã được một nhóm các nhà nghiên cứu ở các trường đại học và một nhóm các nhà khoa học công nghệ sinh học thực vật tại Syngenta chỉ ra có tác dụng hỗ trợ cây lúa chuyển đường từ lá đến các hạt giống ở hoa được thụ phấn. Thời điểm và địa điểm vận chuyển đường ở cây lúa có ý nghĩa quan trọng”.

Sự sinh tồn của cây lúa trong điều kiện lũ lụt cũng rất quan trọng khi thực hiện hình thức gieo sạ trực tiếp.

Kretzschmar nói: “Chúng tôi xem xét một phần ba đến một nửa các giống lúa của IRRI và nhận thấy các giống này không có gien AG1. Lúc đầu, chúng tôi nghĩ rằng có lẽ gien này có một số tác động tiêu cực, do đó các nhà lai tạo IRRI có thể đã loại bỏ gien này. Tuy nhiên, sau này chúng tôi đã tìm ra gien này bị mất đi khi giống lúa IR8, một giống lúa phổ biến được lai tạo do một cây lúa bố mẹ không có gien này”.

Hiện tại, khi hình thức gieo sạ trực tiếp đang trở thành phổ biến, các nhà khoa học nhận ra rằng cần có gien này trong các chương trình nhân giống. Vì vậy, về cơ bản thông qua việc lai chéo như đã được thực hiện với gien Sub1A, các nhà khoa học có thể đưa lại gien AG1 vào cây lúa.

Septiningsih cho biết: “Gien AG1 hoạt động hiệu quả trong điều kiện khó khăn vừa phải. Khi chúng tôi kết hợp gien AG1 với gien Sub1A trong cùng nền tảng di truyền, gien này hoạt động tốt, mặc dù chúng có các cơ chế đối lập. Tuy nhiên, trong điều kiện khắc nghiệt, một mình gien AG1 là không đủ mà phải cần thêm các tính trạng số lượng (QTLs) hoặc các gien giúp bổ sung cho cơ chế AG1. IRRI và các trường đại học đối tác đang nỗ lực nghiên cứu theo hướng này”.

Một câu hỏi quan trọng mà các nhà khoa học đang nghiên cứu là liệu hạt giống lúa có thể nảy mầm trực tiếp dưới nước có thể mang gien Sub1A được không. Đây là một vấn đề mà Bailey-Serres đang nghiên cứu cùng với Septiningsih và Rejbana Alam, những người đã chỉ ra vai trò của gien AG1 trong quá trình nảy mầm của hạt lúa.

Nguồn: iasvn.org