Nghiên cứu giống lúa chịu ngập – một thành công đột phá

 Nghiên cứu giống lúa chịu ngập – một thành công đột phá

Khi lũ lụt, phản ứng của cây trồng không giống nhau, một số cây sống sót, trong khi một số cây chết. Từ đó, hơn 100 nhà khoa học đã tham dự cuộc họp để thảo luận lý do tại sao? Nhằm tìm phương hướng phát triển các cây trồng có thể  sống sót trong lũ lụt tàn phá hàng năm đã gây ra thất thoát rất lớn lương thực trên thế giới. Hội thảo quy tụ các nhà khoa học đến từ 29 nước, diễn ra từ 6-11/10/2013 tại Viện Nghiên cứu Lúa gạo Quốc tế (IRRI), Philippines. Đây là cuộc Hội thảo thứ 11 của Hiệp hội Quốc tế về Thực vật Kỵ khí (International Society for Plant Anaerobiosis (ISPA) nhằm chia sẻ nghiên cứu về khả năng cây trồng sống sót trong điều kiện thiếu không khí, như trong điều kiện ngập lụt.

Hai nghiên cứu phát hiện mới được trình bày trong Hội thảo liên quan đến vấn đề bằng cách nào mà cây trồng cảm nhận những nồng độ oxy thấp để tồn tại trong lũ lụt và vai trò của một cơ chế tín hiệu nào đã giúp cây trồng điều chỉnh phản ứng của chúng trong điều kiện oxy thấp. Những nghiên cứu này đã được xuất bản trong tạp chí khoa học hàng đầu Nature, trong năm 2011.

Những vùng trồng lúa rộng lớn ở Ấn Độ, Bangladesh, và nhiều nước khác thường bị ngập trong mùa mưa và cây lúa trở thành vô dụng trừ khi những giống lúa sản xuất trong vùng đó được  thực hiện hiệu quả bởi gen Sub1, là gen làm cho lúa chịu được ngập lụt được khám phá và tạo giống lúa mà hiện nay đang phổ biến.                                                                                                   

TS.  Abdelbagi Ismail, thuộc ISPA, điều phối viên hội thảo và là nhà khoa học cấp cao của IRRI cho rằng, nông dân sẽ rất vui mừng, bởi vì thậm chí khi lúa của họ bị ngập lụt, nếu sử dụng giống có gen Sub1 cũng vẫn sống sót như thường. Ông còn cho biết, hiện nay có hơn 1,7 triệu ha đồng ruộng ở những vùng có khuynh hướng bị ngập lụt của Ấn Độ đã được trồng giống lúa có gen chịu ngập, từ khi có giống lúa chống ngập đầu tiên có tên là Swarna-Sub1, được phóng thích.

Khoa học chuyển biến, là chủ đề của hội thảo của ISPA năm nay, là khoa học hướng vào việc phát triển thực tế và có kết quả thiết thực. Nó bám sát thực tiễn thay đổi theo thời gian và thách thức mà con người hiện tại đang đối phó như biến đổi khí hậu, an ninh lương thực và môi trường bền vững.

Nhũng khám phá khoa học nổi bật này cùng với những thành công khác đã mở ra cho thế giới khả năng tuyệt vời của việc phát triển cây trồng chống ngập lụt mà ngày càng trở nên quan trọng khi ngập lụt ngày càng gia tăng và nghiêm trọng hơn.

Cuộc hội thảo này mở ra cho tất cả những ai quan tâm trong việc học tập những nghiên cứu gần đây nhất về việc thích nghi với lũ lụt và bằng cách nào khoa học có ảnh hưởng đến nông nghiệp và sinh kế con người. Từ đó, hội thảo quy tụ những nhà khoa học, giáo sư đại học, học sinh, và những nghiên cứu sinh sau đại học đến tham dự.

Bằng cách nào cây trồng cảm nhận các mức độ oxy thấp để tồn tại trong lũ lụt

Phát hiện có tính đột phá của các nhà nghiên cứu tại Đại học UC Riverside (Mỹ) và The University of Nottingham (Anh) có thể dẫn đến việc sản xuất cây trồng chống chịu ngập lụt.

Các nhà khoa học tại hai trường Đại học nói trên đã báo cáo rằng họ đã khám phá cơ chế bằng cách nào cây trồng có thể cảm nhận các hàm lượng oxy thấp để tồn tại trong lũ lụt – một khám phá cuối cùng dẫn đến việc sản xuất cây trồng chống chịu ngập lụt, cho năng suất cao làm lợi cho nông dân, thị trường và người tiêu thụ khắp mọi nơi.

Đặc biệt, các nhà nghiên cứu xác định cơ chế phân tử liên quan đến. Cơ chế này điều khiển protein quan trọng của thực vật, làm cho chúng không ổn định khi mức oxy bình thường. Khi rễ hoặc chồi bị ngập nước và nồng độ oxy giảm, những protein này trở nên ổn định. Các nhà khoa học này giải thích “Khi một tế bào thực vật bị thiếu ôxy, nó có thể không có khả năng tạo ra adenosine triphosphate hay ATP, là các phân tử năng lượng cao cây trồng sử dụng để dự trữ năng lượng”; do cây trồng không thể tạo ra đủ năng lượng để duy trì tăng trưởng bình thường chúng sẽ cố gắng cách tiếp cận khác: là cây trồng dựa vào dự trữ năng lượng của chúng, dẫn đến phá vỡ nhiều đường (sugar) hơn, trái ngược với khi oxy có sẵn để sản xuất ATP. Những thay đổi tinh vi này trong sự trao đổi chất là đặc trưng của việc căng thẳng oxy nồng độ thấp trong tế bào thực vật và động vật. Nó tương tự như việc sản xuất axit lactic trong cơ thể chúng ta khi chúng ta tập thể dục. Chúng ta sản xuất axit lactic như là một sản phẩm phụ bởi vì chúng ta không sản xuất năng lượng hiếu khí.

Giáo sư Michael Holdsworth, đồng chủ nhiệm đề tài nghiên cứu, thuộc trường Đại học Nottingham, giải thích: “Cơ chế kiểm soát các protein điều hòa quan trọng được gọi là nhân tố sao chép mà có thể biến đổi các gen khác mở hoặc đóng (không thường xuyên). Đó là cấu trúc bất thường của các protein dành cho chúng để triệt tiêu trong điều kiện nồng độ oxy bình thường, nhưng khi nồng độ oxy giảm, chúng lại trở nên ổn định. Kết quả ổn định của chúng trong những thay đổi trong biểu hiện gen và sự trao đổi chất tăng cường sự tồn tại trong điều kiện oxy thấp gây ra bởi lũ lụt. Khi cây trồng trở lại nồng độ oxy bình thường, các protein lại giảm xuống, cung cấp một cơ chế điều khiển phản hồi.”

Bà Bailey-Serres, một thành viên của Viện Di truyền Sinh vật học Tổng hợp của UCR và là chuyên gia quốc tế trong lĩnh vực phản ứng cây trồng đối với ngập lụt, đã làm việc từ năm 2003 về cơ chế tế bào điều khiển chống chịu ngập của cây lúa. Phòng thí nghiệm của bà tập trung vào Sub1A, là một gen chịu trách nhiệm cho sự chống chịu với điều kiện ngập hoàn toàn của cây lúa và phát hiện rằng gen này chỉ có trong một số giống lúa năng suất thấp ở Ấn Độ và Sri Lanka. Phòng thí nghiệm của bà nổi tiếng vì đã mô tả vai trò của gen Sub1A đã được lai tạo thành những giống lúa hiện đại để cho phép cây trồng tồn tại hai tuần hoặc lâu hơn khi lúa bị ngập hoàn toàn trong mùa mưa.