Đột phá trong lai tạo và nhân giống lúa để nuôi hàng tỷ người
Lê Thị Kim Loan theo đại học California, Davi
Cây lúa là cây lương thực chính của hàng tỷ người, nhưng việc đưa các dòng lúa lai năng suất cao đến với người nông dân đang tỏ ra khó khăn. Các nhà khoa học của UC Davis đã phát triển một phương pháp nhân giống lúa lai dưới dạng hạt nhân bản, giúp giảm chi phí cho người trồng trọt và cho phép họ tiết kiệm hạt giống cải tiến từ mùa này sang mùa khác.
Một nhóm nghiên cứu quốc tế đã nhân giống thành công một giống lúa lai thương mại dưới dạng dòng vô tính thông qua hạt với hiệu suất 95%. Điều này có thể làm giảm chi phí hạt giống lúa lai, tạo ra các giống lúa kháng bệnh, năng suất cao cho nông dân có thu nhập thấp trên toàn thế giới. Công trình đăng vào ngày 27 tháng 12 trên tạp chí Nature Communications.
Các giống lai thế hệ đầu tiên của cây trồng thường thể hiện năng suất cao hơn các dòng bố mẹ của chúng, một hiện tượng được gọi là ưu thế lai. Nhưng ưu thế này sẽ mất đi ở các thê hệ tiếp theo. Vì vậy, khi nông dân muốn sử dụng các giống cây lai năng suất cao, họ cần phải mua giống mới mỗi vụ.
Gurdev Khush, hiện là trợ lý giáo sư tại đại học California, Davis cho biết: Lúa, cây lương thực chính của một nửa dân số thế giới, tương đối tốn kém để tạo giống lúa lai có thể cải thiện năng suất khoảng 10%. Điều này có nghĩa là lợi ích của lúa lai vẫn chưa đến được với nhiều nông dân trên thế giới.
Ông Gurdev Khush Làm việc tại Viện Nghiên cứu Lúa gạo Quốc tế từ năm 1967 cho đến khi nghỉ hưu tại UC Davis vào năm 2002, Khush đã lãnh đạo nỗ lực tạo ra các giống lúa mới cho năng suất cao, nhờ đó ông đã nhận được Giải thưởng Lương thực Thế giới năm 1996.
Một giải pháp cho vấn đề này là nhân giống các giống lai dưới dạng các dòng vô tính giống hệt nhau từ thế hệ này sang thế hệ khác mà không cần lai tạo thêm. Nhiều loài thực vật hoang dã có thể tạo ra hạt là bản sao của chính chúng, qua một quá trình gọi là apomixis. “Một khi bạn có giống lai, nếu bạn có thể tạo ra apomixis, thì bạn có thể trồng nó hàng năm”, Khush nói. Tuy nhiên, việc chuyển apomixis sang cây lương thực tỏ ra khó khăn hơn.
Một bước để nhân bản hạt lai
Vào năm 2019, một nhóm nhà nghiên cứu do Giáo sư Venkatesan Sundaresan và trợ lý giáo sư Imtiyaz Khanday tại khoa Sinh học Thực vật và Khoa học Thực vật của UC Davis dẫn đầu đã thực hiện được apomixis ở cây lúa và đạt được khoảng 30% hạt giống là dòng vô tính.
Sundaresan, Khanday và các đồng nghiệp ở Pháp, Đức và Ghana hiện đã đạt được hiệu quả dòng vô tính là 95%, họ sử dụng một dòng lúa lai thương mại và cho thấy quá trình này có thể được duy trì trong ít nhất ba thế hệ.
Quy trình một bước bao gồm việc sửa đổi ba gen gọi là MiMe khiến cây trồng chuyển từ giảm phân, quá trình mà thực vật sử dụng để hình thành tế bào sinh sản, sang nguyên phân, trong đó một tế bào tự phân chia thành hai bản sao của chính nó. Một sửa đổi gen khác gây ra apomixis. Kết quả là một hạt giống có thể phát triển thành cây giống hệt về mặt di truyền với cây mẹ của nó.
Khush cho biết phương pháp này sẽ cho phép các công ty hạt giống sản xuất hạt lai nhanh hơn và ở quy mô lớn hơn, cũng như cung cấp hạt giống mà nông dân có thể để dành và trồng lại từ mùa này sang mùa khác.
Sundaresan cho biết: “Apomixis ở cây trồng đã là mục tiêu nghiên cứu trên toàn thế giới trong hơn 30 năm, bởi vì nó có thể giúp nhiều người có thể tiếp cận được việc sản xuất hạt lai, giúp tăng sản lượng có thể giúp đáp ứng nhu cầu toàn cầu của dân số ngày càng tăng mà không cần phải tăng sử dụng đất, nước và phân bón quá mức”.
Sundaresan cho biết kết quả có thể được áp dụng cho các loại cây lương thực khác. Đặc biệt, lúa là một mô hình di truyền cho các loại ngũ cốc khác bao gồm ngô và lúa mì, cùng nhau tạo thành nguồn lương thực cho thế giới.
Khush nhớ lại rằng ông đã tổ chức một hội nghị năm 1994 về apomixis trong chọn tạo giống lúa. Khi trở lại UC Davis vào năm 2002, anh ấy đã đưa một bản sao của kỷ yếu hội nghị cho Sundaresan.
Khush cho rằng “Đó là một dự án dài hạn”.
Không có nhận xét nào:
Đăng nhận xét