Các nhà khoa học phát hiện gen liên quan sự thích nghi của lúa với hàm lượng nitơ trong đất thấp

Các nhà khoa học phát hiện gen liên quan sự thích nghi của lúa với hàm lượng nitơ trong đất thấp 

Bùi Anh Xuân theo Phys.org

 

Các nhà khoa học Trung Quốc từ Viện Di truyền và Sinh học Phát triển thuộc Viện Khoa học Trung Quốc (CAS) đã tìm thấy một gen đóng vai trò quan trọng trong việc giúp cây lúa thích nghi với hàm lượng nitơ thấp trong đất.

Sử dụng phân đạm là một thách thức chiến lược đối với nông nghiệp bền vững: Một mặt, nó đóng vai trò không thể thiếu trong việc tăng năng suất cây trồng để đảm bảo an ninh lương thực toàn cầu. Mặt khác, nó đe dọa nghiêm trọng đến các hệ sinh thái. Vì lý do này, việc lai tạo các giống cây trồng mới có hiệu quả sử dụng đạm cao (NUE) là một ưu tiên hàng đầu cho cả sản xuất nông nghiệp và bảo vệ môi trường.

Sử dụng một quần thể lúa đa dạng có nguồn gốc từ các vùng địa lý sinh thái khác nhau, các nhà khoa học đã đánh giá cẩn thận cách các đặc điểm nông học của cây lúa thay đổi để đáp ứng với nitơ trên các ruộng có điều kiện cung cấp nitơ khác nhau. Họ tiếp tục thực hiện một nghiên cứu liên kết toàn bộ genome (GWAS). Đáng ngạc nhiên là chỉ có một tín hiệu GWAS rất quan trọng được xác định. Các cơ chế chi tiết về cách thức hoạt động của OsTCP19 trong việc điều chỉnh sự đẻ nhánh của lúa cũng được mô tả.

Thú vị hơn, bằng cách phân tích dữ liệu hàm lượng nitơ trong đất, các nhà nghiên cứu đã tìm thấy mối tương quan chặt chẽ giữa sự biến đổi alen của OsTCP19 và sự phân bố hàm lượng nitơ trong đất. OsTCP19-H, alen liên quan đến hiệu quả sử dụng đạm cao, bảo tồn ở các loại lúa trồng ở vùng nghèo đạm, nhưng alen nay bị mất trên các loại lúa trồng ở vùng giàu đạm.

Đáng chú ý, OsTCP19-H cũng rất phổ biến ở lúa hoang - tổ tiên của lúa canh tác hiện đại - được trồng trên đất tự nhiên mà không cần bón phân. Vì các giống lúa hiện đại chủ yếu được trồng với nguồn cung cấp nitơ dồi dào, nên OsTCP19-H  đã bị mất phần lớn. Do đó, việc nhân giống cây trồng năng suất cao với lượng nitơ đầu vào giảm có thể được thực hiện bằng cách đưa OsTCP19-H trở lại các giống cây trồng hiện đại.

Thật vậy, OsTCP19-H thâm nhập vào các giống cây trồng hiện đại có thể cải thiện hiệu quả sử dụng nitơ 20-30% trong điều kiện nguồn cung cấp nitơ giảm. Vì lý do này, cây lúa canh tác hiện đại có thể được cải thiện đáng kể bằng cách đưa các alen đã mất trở lại thông qua việc sử dụng các giống sống trong điều kiện đất nghèo dinh dưỡng.

Giáo sư Dale Sanders, Giám đốc Trung tâm John Innes ở Anh cho biết: "Điều này thực sự mang tính đột phá. Nó không chỉ có ý nghĩa đối với sự hiểu biết cơ bản về cách thức hoạt động của cây lúa mà còn có ý nghĩa to lớn trong việc giảm sử dụng phân bón".

Phát hiện này thể hiện một bước đột phá quan trọng trong nghiên cứu dinh dưỡng thực vật và tạo giống tăng sự dụng hiệu quả Nitơ và sẽ mang lại lợi ích to lớn cho nông nghiệp bền vững. Công trình không chỉ cung cấp những hiểu biết mới về cơ sở di truyền cho sự thích nghi địa lý của cây lúa trồng với độ phì nhiêu của đất, mà còn đưa ra gợi ý về việc phân tích hiệu quả các đặc điểm phức tạp khác.