Lúa là loài mễ cốc quan trọng trên thế giới, lúa bị ảnh hưởng bởi nấm gây bệnh đạo ôn Magnaporthe oryzae. Khi biến đổi khí hậy diễn ra, sự đa dạng của pathogens cũng tăng, gen kháng bệnh (R genes) trong cây phải được xác định. Gen kháng chủ lực bệnh đạo ôn của cây lúa phần lớn được xác định trong loại hình cây lúa indica; do đó, loại hình cây lúa japonica có R genes hiện nay cần được phân lập rõ ràng. Bởi vì, protein có domain leucine-rich repeat (LRR) biểu thị các đặc điểm của gen R, người ta đã vận dụng cả phương pháp tin sinh học để xác định được những protein đón vai trò thụ thể (receptor-like) với LRR domain ứng cử viên của cây lúa (OsLRR-RLPs). GenOsLRR-RLP2, có 6 LRR domains, cho thấy sự khác biệt trong chuỗi trình tự DNA, bao gồm 43 single-nucleotide polymorphisms (SNPs) trong quần thể phụ indica và japonica. Kết quả phân tích chủng nấm M. oryzae cho thấy giống lúa thuộc loại hình indica với mất đoạn từng phần của gen OsLRR-RLP2 biểu hiện nhiễm bệnh, trong khi, giống lúa loại hình japonica với gen nguyên vẹn OsLRR-RLP2 biểu hiện kháng bệnh. Đột biếnoslrr-rlp2, được phát sinh thông qua chỉnh sửa gen bằng hệ thống CRISPR-Cas9, biểu hiện sự nhiễm bệnh tăng lên, trong khi đó, cây lúa nào có biểu hiện mạnh mẽ gen này biểu hiện tính kháng pathogen. Kết quả cho thấy genOsLRR-RLP2 có ảnh hưởng đến tính kháng bệnh của cây lúa, vàOsLRR-RLP2 có thể rất hữu ích cho cải tiến giống lúa cao sản kháng đạo ôn.
Gặp tác giả giống đang được gieo trồng trên 40% diện tích lúa ĐBSCL
Trong ngày đầu năm 2024, chúng tôi gặp gỡ PGS.TS Trần Thị Cúc Hòa, tác giả của các giống lúa đang được gieo trồng lên đến hơn 40% diện tích lúa ở ĐBSCL trao đổi về xu hướng nghiên cứu lúa chất lượng cao, đặc biệt có khả năng sinh trưởng tốt trong điều kiện sinh thái đa dạng.
PGS.TS Trần Thị Cúc Hòa là tác giả chính của 3 giống lúa OM5451, OM18 và OM380 được gieo trồng phổ biến hiện nay ở đồng bằng sông Cửu Long (ĐBSCL). Theo số liệu của Cục Trồng trọt, trong năm 2023 diện tích giống OM18 lên đến 881.525 ha, OM5451 đạt 645.213 ha và OM380 với 72.028 ha.
Tổng cộng diện tích của 3 giống này là 1,6 triệu ha tức chiếm hơn 40% diện tích gieo trồng lúa ở ĐBSCL. Các giống lúa trên đã góp phần thay đổi cơ cấu giống lúa ở ĐBSCL theo hướng chất lượng cao, năng suất cao, ngắn ngày, thích nghi rộng, và nâng cao vị thế gạo xuất khẩu Việt Nam. Thông tin ghi nhận hiện nay giống OM5451 đã được trồng ở Campuchia (hạt giống xuất khẩu từ Việt Nam) và tin không chính thức giống cũng được trồng nhiều ở Thái Lan.
Tốt nghiệp đại học, PGS.TS Trần Thị Cúc Hòa nhận công tác ở Viện Lúa ĐBSCL vào năm 1980, từ đây năm 1988 bà được học bổng ITEC (chính phủ Ấn Độ) đi học Thạc sĩ và Tiến sĩ tại Ấn Độ. Tiếp theo, bà nhận được học bổng của Quỹ Rockefeller làm nghiên cứu sau Tiến sĩ tại Đại học Purdue (Mỹ) và Viện công nghệ liên bang Thụy Sĩ (ETH). Trở về Viện Lúa ĐBSCL bà tham gia nghiên cứu, giảng dạy, đào tạo nghiên cứu cứu sinh.
Báo Nông nghiệp Việt Nam có cuộc trao đổi với tác giả các giống lúa OM nổi tiếng để nhìn lại chặng đường phát triển lúa gạo Việt Nam của thập kỷ trước.
Thưa bà, các giống lúa do bà chọn tạo nhiều năm đạt trên dưới 1 triệu ha tại ĐBSCL và còn vươn tới các nước trong khu vực. Bà có thể chia sẻ quá trình nghiên cứu, chọn tạo những giống lúa đặc biệt này?
PGS.TS Trần Thị Cúc Hòa: Ở Viện Lúa ĐBSCL, tôi được giao nhiệm vụ Trưởng bộ môn Công nghệ sinh học, bộ môn có nhiệm vụ nghiên cứu về công nghệ gen (lúa và cây đậu tương) và chọn tạo giống lúa theo hướng chất lượng cao từ sự kế thừa kết quả của đề tài quốc tế nghiên cứu chọn tạo giống lúa giàu dinh dưỡng do Ngân hàng phát triển Châu Á (ADB) tài trợ và Viện nghiên cứu Chính sách lương thực thế giới (IFPRI) điều phối.
Từ năm 2002, công tác chọn tạo giống lúa giàu dinh dưỡng là đề tài nghiên cứu cấp Bộ, kết quả là sự ra đời của hai giống lúa giàu sắt là OM6976 và OM5451 được chính thức công nhận năm 2011, qua thời gian nghiên cứu và khảo nghiệm 10 năm. Từ 2011 đến nay, giống lúa OM5451 được trồng rất rộng trong sản xuất.
Sự thành công của chọn tạo giống lúa, từ kinh nghiệm tạo giống OM5451 tôi thấy đòi hỏi quá trình nghiên cứu liên tục, dài hạn. Như việc chọn các giống bố mẹ để lai từ kết quả nghiên cứu giai đoạn trước các giống lúa giàu sắt. Trường hợp OM5451 có bố mẹ là giống giàu sắt (chọn từ nghiên cứu 400 giống lúa) và giống Jasmine 85 là giống lúa thơm, cơm mềm. Nhóm nghiên cứu chúng tôi có các cán bộ say mê công việc, tậm tâm và gắn bó với đồng ruộng, đặc biệt hợp tác rất tốt với các địa phương để khảo nghiệm các dòng giống lúa mới ở nhiều vùng sinh thái, liên tục trong nhiều vụ.
Giống OM5451 được biết có tính kháng ngang sâu bệnh rất tốt, đặc biệt trong vụ hè thu, lý do khi đại dịch rầy nâu, vàng lùn và lùn xoắn lá xảy ra ở ĐBSCL năm 2005-2006, trong điều kiện đồng ruộng bị dịch, dòng 5451 vẫn kháng tốt, từ đó đã được chọn, cũng có thể là một sự may mắn. Thật ra, chúng tôi đã đeo đuổi và kiên trì với mục tiêu chọn giống là chất lượng cao, ngắn ngày, năng suất cao và có tính thích nghi rộng.
Thưa bà, tiếp theo giống OM5451 bà là tác giả chính của giống lúa OM18 hiện đang là giống lúa chủ lực trong sản xuất và xuất khẩu ở ĐBSCL, bà có chia sẻ gì về giống lúa này?
PGS.TS Trần Thị Cúc Hòa: Giống OM18 bổ sung cho giống OM5451 như có chất lượng tốt hơn, mùi thơm nhẹ, chịu mặn tốt hơn và đặc biệt có năng suất rất cao, tuy thời gian sinh trưởng dài hơn OM5451 khoảng 3 ngày. OM18 là điển hình kết hợp nhiều đặc tính ưu việt vào trong một giống, nhờ vậy đang được nông dân ưu chuộng cũng như phục vụ cho xuất khẩu.
Được biết, công tác nghiên cứu giống lúa thích ứng biến đổi ở ĐBSCL khá phức tạp. Có giống lúa chịu mặn tốt, nhưng không sinh trưởng tốt ở vùng nước nhiễm phèn và ngược lại. Xin bà chia sẻ thêm về một số khó khăn khi còn đi làm?
PGS.TS Trần Thị Cúc Hòa: Các nhà khoa học lúa gạo, đặc biệt là nhóm nghiên cứu tôi hướng dẫn, rất tận tâm, đam mê, chọn ra những giống lúa có chất lượng cao, đáp ứng được nhu cầu thị trường và đồng thời có khả năng sinh trưởng tốt trong nhiều điều kiện đất đai và khí hậu.
Ngoài phân tích chất lượng hạt, tính chống chịu sâu bệnh trong phòng thí nghiệm, chúng tôi còn đồng chọn tạo giống. Trong giai đoạn khó khăn như dịch rầy nâu và vàng lùn - lùn xoắn lá nổi lên ở ĐBSCL giai đoạn 2005-2006, chúng tôi đã chọn được dòng giống có khả năng chống chịu mạnh mẽ nhất, và đó chính là OM5451. Điều này là minh chứng cho khả năng chống chịu sâu bệnh của các giống OM, đặc biệt trong vụ hè-thu.
Kinh nghiệm chúng tôi thấy, việc chọn giống lúa chống chịu cao điều kiện ngoại cảnh bất lợi như mặn, hạn, phèn là việc khó vì đặc điểm di truyền phức tạp của các tính trạng này. Kết quả nghiên cứu công bố có tính chống chịu cao nhưng trên thực tế ở đồng ruộng không như vậy. Nhóm nghiên cứu của chúng tôi chú ý nhiều đến tính thích nghi rộng, trong khi chưa đạt được tính kháng cao mong muốn, có lẽ nhờ vậy các giống OM5451, OM18 có diện tích rất lớn trong sản xuất, nay còn vượt qua biên giới sang các nước bạn.
Qua những câu chuyện thành công OM5451, OM18, bà nhận xét gì về ý tưởng đem kết quả nghiên cứu đến với thị trường và đón đầu thị trường?
PGS.TS Trần Thị Cúc Hòa: Tôi muốn nhấn mạnh lại rằng, quá trình chọn tạo giống lúa đòi hỏi sự liên tục và kiên trì trong nghiên cứu. Vừa định vị xu hướng sản xuất, thị trường, chúng tôi vừa xác định giống bố mẹ thích hợp, đảm bảo giống mới đáp ứng đúng nhu cầu đặt ra.
Từ năm 2008, chúng tôi đã tập trung nghiên cứu chọn tạo giống lúa chất lượng cao để phục vụ nhu cầu xuất khẩu. Tuy nhiên, thời điểm đó còn ít nghiên cứu giống lúa theo hướng cải thiện phẩm chất dinh dưỡng, khiến gạo trên thế giới giàu năng lượng nhưng nghèo các vi chất dinh dưỡng thiết yếu.
Theo đó, Viện Lúa ĐBSCL triển khai đề tài ‘Nghiên cứu chọn tạo giống lúa giàu vi chất dinh dưỡng có năng suất, chất lượng cao’. Mục tiêu của đề tài là tạo ra các giống lúa mới có hàm lượng sắt cao, giải quyết tình trạng thiếu dinh dưỡng ở Việt Nam và trong khu vực. Đồng thời đảm bảo năng suất cao, kháng sâu bệnh hại, từ đó tăng thu nhập cho người nông dân.
Để giống lúa đến với thị trường, sự liên kết và hợp tác giữa Viện và doanh nghiệp là rất quan trọng. Trường hợp hai giống lúa trên, đã có sự hợp tác giữa Viện Lúa ĐBSCL và Tập đoàn Lộc Trời. Có thể nói, chính doanh nghiệp đầu tư vào giống đã tiếp sức cho các nhà khoa học đạt được ước mơ của mình. Việc sản xuất hạt giống quy mô lớn, đảm bảo chất lượng nếu không có doanh nghiệp thì Viện hay nhà khoa học không thể làm được. Doanh nghiệp cũng báo tín hiệu thị trường cho Viện để hợp tác nghiên cứu như Viện Lúa ĐBSCL đang làm.
Đề án 1 triệu ha lúa chuyên canh chất lượng cao, phát thải thấp vùng ĐBSCL đặt ra nhiều mục tiêu lớn, cần có những giống lúa ngắn ngày, năng suất cao, gạo ngon. Vậy các nhà khoa học lúa gạo ở Viện Lúa ĐBSCL đang tiếp nhận mục tiêu này như thế nào, thưa bà?
PGS.TS Trần Thị Cúc Hòa: Mục đích nghiên cứu phục vụ cho sự phát triển kinh tế - xã hội là nhiệm vụ xuyên suốt trong chọn tạo giống lúa của Viện, được thực hiện và kế thừa qua nhiều thế hệ cán bộ. Nhờ vậy đã đem lại kết quả, như chúng ta đã thấy, các giống lúa do Viện Lúa ĐBSCL mang tên OM đã và đang chiếm diện tích rất lớn trong sản xuất, phục vụ xuất khẩu.
Hiện nay, vựa lúa vùng ĐBSCL đứng trước nhiều thách thức chồng chéo về biến đổi khí hậu. Tính bền vững của sản xuất lúa ở ĐBSCL đang đối mặt với tình trạng nhiễm mặn ngày càng nghiêm trọng trong những năm gần đây, mà cao điểm là vụ đông-xuân 2015-2016 với hàng trăm nghìn ha lúa bị thiệt hại do mặn xâm nhập sâu vào đất.
Mặt khác, xu hướng của thị trường gạo xuất khẩu mở ra cơ hội mới khi thế giới ngày càng ưa chuộng gạo thơm, mềm, hạt trong, gạo giàu dinh dưỡng kể cả ngừa bệnh, gần đây là gạo cacbon thấp.
Do đó, việc phát triển các giống lúa thơm, ngắn ngày, năng suất cao, chất lượng tốt, có tính kháng sâu bệnh và thích nghi rộng là cấp thiết hơn bao giờ hết. Kết hợp nhiều đặc tính ưu việt vào một giống cần đến ứng dụng các tiến bộ mới nhất về công nghệ sinh học.
Từ góc độ khoa học, bà đánh giá thế nào về năng lực chọn tạo giống lúa của Việt Nam?
PGS.TS Trần Thị Cúc Hòa: Trình độ chọn tạo giống lúa của Việt Nam có thể đánh giá chung là đạt trình độ tiên tiến trong khu vực và quốc tế. Các giống lúa do các nhà khoa học Việt Nam tạo ra đều có đặc tính nổi trội là rất ngắn ngày, chất lượng cao và năng suất cao, gần đây có sự tiến bộ rất lớn về chất lượng như giống ST25 đoạt giải nhất gạo ngon thế giới hay giống Đài Thơm 8 và OM18.
Quan sát từ góc nghiên cứu khoa học, chúng ta thấy sự đa dạng trong cơ cấu và mô hình hoạt động. Từ Viện Lúa ĐBSCL - đơn vị sự nghiệp khoa học của Nhà nước, đến các doanh nghiệp tư nhân như Tập đoàn Lộc Trời, Tập đoàn Giống cây trồng Việt Nam (Vinaseed), Tập đoàn giống cây trồng Thái Bình (Thai Binh Seed) và đến thương hiệu đặc sản như Gạo ông Cua ST25, tất cả đều hướng tới một mục tiêu chung. Đó là sự phát triển và đóng góp tích cực vào sự thịnh vượng của đất nước.
Chất lượng của giống lúa không chỉ thể hiện qua những thành tựu khoa học mà còn được chứng minh bằng chất lượng gạo Việt Nam trên thị trường thế giới. Những dấu hiệu này đều rất rõ ràng, đặc biệt khi lượng gạo xuất khẩu từ Việt vượt qua Thái Lan, Ấn Độ, và Pakistan - những quốc gia xuất khẩu gạo hàng đầu thế giới.
Đây là những tín hiệu đáng mừng. Tôi tin tưởng rằng, nền tảng nghiên cứu giống lúa của Việt Nam đã cơ bản vững chắc, tạo động lực cho những bước phát triển kế tiếp.
Là chuyên gia hàng đầu trong lĩnh vực nghiên cứu lúa gạo của thế hệ trước, bà có những kỳ vọng gì về ngành khoa học lúa gạo Việt Nam trong tương lai?
PGS.TS Trần Thị Cúc Hòa: Ngành khoa học lúa gạo Việt Nam sẽ đạt được những bước tiến lớn khi triển khai đồng thời đa mục tiêu, hợp tác sâu rộng.
Đầu tiên, tôi cho rằng, để phát triển ngành hàng lúa gạo bền vững, chúng ta cần có thêm những nghiên cứu mang tính dài hạn, ý tưởng đột phá, ứng dụng các kỹ thuật tiên tiến. Điều này sẽ tạo động lực cho giới khoa học trong nước tiếp tục cống hiến cho Nhà nước, đưa giá trị hạt gạo Việt Nam lên tầm cao mới.
Theo đó, Nhà nước cần tăng cường đầu tư cho nghiên cứu lúa gạo, bằng cách tạo cơ chế phối hợp với doanh nghiệp tư nhân trong và ngoài nước. Nguồn lực dồi dào sẽ hỗ trợ các dự án nghiên cứu chất lượng cao, cho ra đời nhiều giống lúa mới, cải thiện quy trình sản xuất.
Khi hai khối công - tư cùng hỗ trợ nhà khoa học, cần có thêm cơ chế làm việc linh hoạt, đổi mới, khuyến khích các nhà nghiên cứu đưa ra ý tưởng độc đáo và phối hợp liên ngành. Đồng thời, nâng cao thu nhập cho nhà khoa học cũng sẽ là động lực quan trọng, giữ chân những người tài năng tiếp tục theo đuổi nông nghiệp.
Đầu tư vào đào tạo cán bộ nghiên cứu là chìa khóa để duy trì, phát triển nguồn lực nhân sự tại các Viện, Trường. Các chuyên gia có trình độ cao sẽ định hình tương lai của ngành, làm khoa học bền vững.
Hợp tác quốc tế cũng đóng vai trò quan trọng không kém để nông dân, địa phương các cấp và chính nhà khoa học của chúng ta được tiếp cận công nghệ mới nhất. Mặt khác, trao đổi kinh nghiệm chuyên môn không chỉ giúp nâng cao trình độ khoa học đất nước, mà còn xây dựng hình ảnh cởi mở với cộng đồng quốc tế.
Những bước tiến này, khi được thực hiện một cách đồng bộ và hiệu quả, sẽ đưa ngành khoa học lúa gạo Việt Nam lên một tầm cao mới, đáp ứng được những thách thức và cơ hội trong thời kỳ phát triển toàn diện của đất nước.
Lúa là cây rất nhạy cảm với lạnh giá, và khi nhiệt độ lạnh cực đoan sẽ làm giảm năng suất nghiêm trọng. Nhiều gen kháng với stress giá lạnh đã được báo cáo trong nghiên cứu cây lúa; tuy nhiên, tính hiệu lạnh giá trong cây lúa vẫn chưa được biết thấu đáo. Ơ đây, tác giả nghiên cứu kiểu hình cây lúa chống chịu lạnh giá thông qua biểu hiện mạnh mẽ của gen nền (constitutive) OsMAPK6 (CAMAPK6-OE) và đột biến của OsMAPK6 là dsg1, người ta chúng minh OsMAPK6 điều tiết một cách tích cực tính chống chịu lạnh giá. Kết quả ghi nhận: dưới điều kiện lạnh giá, mật độ cây sống sót của dòng đột biến dsg1 thấp hơn đáng kể so với cây lúa nguyên thủy WT, khi ấy, CAMAPK6-OE biểu hiện có mật độ cây sốt cao hơn cây lúa WT. Kết quả xét nghiệm sinh lý cho thấy sự rò rỉ ion (ion leakage) và tế bào chết của cây lúa đột biến dsg1 nghiêm trọng hơn cây lúa WT và cây lúa CAMAPK6-OE. Chắc chắn là, sự biểu hiện của gen đáp ứng với lạnh giá của cây dsg1, bao gồm OsCBFs và OsTPP1, thấp hơn đáng kể so với cây lúa WT và cây CAMAPK6-OE. Kết quả phân tích sinh hóa cho thấy stress lạnh giá làm tăng sự kiện phosphoryl hóa của protein OsMAPK6. Bên cạnh đó, OsMAPK6 tương tác và phosphoryl hóa hai phân tử regulator chủ lực của truyền tín hiệu lạnh trong cây lúa, đó là OsIPA1 và OsICE1, rồi làm tăng tính chất ổn định của protein nói trên. Kết quả cho thấy có một cascade trong lộ trình truyền tín hiệu khi bị lạnh kích thích là OsMAPK6-OsICE1/OsIPA1 bởi OsMAPK6 mà nó có trong cây lúa chịu lạnh, đây là kiến thức mới về sự đáp ứng của cây lúa với lạnh giá ở gia đoạn mạ.
Sự khác biệt của tinh bột kháng và đặc điểm lý hóa tinh bột gạo
Nguồn: Mingrui Luo, Wanxin Gong, Siyan Zhang, Lanyu Xie, Yitao Shi, Dianxing Wu, Xiaoli Shu. 2023. Discrepancies in resistant starch and starch physicochemical properties between rice mutants similar in high amylose content. Front Plant Sci.; 2023 Nov 3: 14:1267281. doi: 10.3389/fpls.2023.1267281.
Hình: Ảnh hưởng của 5M urea đối với sự trương nở của hạt tinh bột trong nội nhũ hạt gạo. Đường biểu diễn về thủy phân tinh bột in-vitro của hai mẫu cơm của hai giống lúa khác nhau. Thanh sai số biểu thị độ lệch chuẩn của giá trị trung bình sau 3 lần thủy phân.
Hàm lượng tinh bột kháng RS (resistant starch) được xem như có tương quan thuận với hàm lượng amylose ACC (apparent amylose content). Người ta tiến hành phân tích hai dòng lúa đột biến thuộc loại hình indica, RS111 và Zhedagaozhi 1B, có hàm lượng AAC cao như nhau, họ tìm thấy hàm lượng tinh bột kháng RS khác biệt nhau đáng kể. Dòng lúa RS111 có hàm lượng RS3 cao hơn nhưng có hàm lượng RS2 thấp hơn dòng lúa Zhedagaozhi 1B; tương ứng, mẫu cơm RS111 biểu hiện khả năng tiêu hóa chậm hơn. RS111 có hạt tinh bột hình bầu dục, không đều, nhỏ hơn so với dòng lúa Zhedagaozhi 1B và dòng lúa nguyên thủy (chưa đột biến). Zhedagaozhi 1B biểu thị thành phần tinh bột thuộc B-type, khác với dòng lúa RS111 và giống nguyên thủy, chúng biểu hiện thành phần tinh bột thuộc A-type. Có nghĩa là, RS111 có nhiều hơn fa và fb1, có ít hơn fb3 so với dòng lúa Zhedagaozhi 1B. Cả hai dòng đột biến biểu hiện “độ nhớt” (viscosity) giảm và lực phồng hạt cơm (swelling power) giảm so với bố mẹ. Dòng lúa RS111 có độ nhớt thấp nhất, dòng lúa Zhedagaozhi 1B có lực phồng hạt cơm nhỏ nhất. Cấu trúc tinh tế vô cùng khác biệt như vậy của phân tử amylopectin giữa RS111 và Zhedagaozhi 1B làm cho kiểu tinh bột khác nhau, độ trở hồ khác nhau, độ nhợt khác nhau, và mức tiêu hóa cũng khác. Bên cạnh làm tăng cường hàm lượng amylose, sự cải biên cấu trúc amylopectin biểu thị một tiềm năng lớn cho cải tiến giống lúa với hàm lượng RS2 và RS3 khác nhau, chúng có thể đáp ứng yêu cầu làm tăng đa dạng di truyền tập đoàn giống lúa.
Tạo vân lá tương tự loài C4 trên lúa bằng cách điều khiển nồng độ chất điều tiết rễ ngắn (SHR) và nồng độ auxin
Sự biểu hiện quá mức của SHR làm tăng cường sự phân chia tế bào trung diệp, dẫn đến giảm đáng kể mật độ gân lá. Tuy nhiên, phương pháp xử lý bằng auxin ngoại sinh đã dẫn đến sự gia tăng mật độ gân lá. Đáng chú ý, mô hình phân bố gân lá giống như ở thực vật C4 đã được tạo ra thành công bằng cách nâng cao đồng thời hàm lượng SHR và auxin trong lá lúa. Nguồn: Nhà xuất bản Khoa học của Trung Quốc.
Thực vật C4 được phân biệt bằng cấu trúc lá độc đáo được gọi là giải phẫu Kranz, được đặc trưng bởi các tế bào vỏ bọc bó mạch bên trong và các tế bào trung mô bên ngoài. Sự sắp xếp chuyên biệt này mang lại cho thực vật C4 một số lợi thế so với thực vật C3, bao gồm tốc độ quang hợp cao hơn cũng như hiệu quả sử dụng nitơ và nước vượt trội.
Cấu trúc Kranz này không chỉ xác định lá cây C4 mà còn thể hiện một đặc điểm then chốt trong quá trình chuyển đổi từ quang hợp C3 sang C4. Việc tăng mật độ bó mạch từ lâu đã được coi là bước khởi đầu quan trọng trong quá trình tiến hóa thực vật C4. Tuy nhiên, các cơ chế điều tiết quản lý mật độ gân lá vẫn còn khó nắm bắt.
Gen SHR mã hóa một yếu tố phiên mã mà trước đây đã được chứng minh là có vai trò điều chỉnh sự phát triển vỏ rễ và hình thành nốt sần ở cây họ đậu. Điều thú vị là nghiên cứu này tiết lộ vai trò mới của SHR trong việc điều chỉnh mật độ bó mạch ở lá. Cụ thể, đột biến gen SHR ức chế sự phân chia tế bào trung mô và làm tăng mật độ gân lá ở cả lúa và ngô.
Ngược lại, sự biểu hiện quá mức SHR từ các loài thực vật khác nhau (bao gồm cỏ linh lăng, lúa và ngô) sẽ kích thích mạnh mẽ sự phân chia tế bào trung diệp và làm giảm đáng kể mật độ gân lá ở lúa và ngô. Hơn nữa, các protein SHR định vị vào cả tế bào vỏ bó và tế bào trung mô ở lúa và ngô, với biểu hiện SHR tự nhiên tăng lên sẽ hình thành kiểu hình của các dòng biểu hiện quá mức SHR.
Những phát hiện này cho thấy mối quan hệ nghịch đảo giữa sự phong phú protein SHR và mật độ gân lá. Ngoài ra, việc xử lý bằng auxin ngoại sinh giúp tăng cường sự hình thành gân lá ở cây lúa. Điều thú vị là, bằng cách đồng thời tăng hàm lượng SHR và auxin trong lá lúa, các nhà nghiên cứu đã tạo thành công kiểu vân mạch giống C4 ở cây lúa.
Nhiều nghiên cứu trước đây đã chỉ ra rằng cả mức SHR và auxin đều tăng đáng kể ở các mô C4 so với các mô C3. Kết hợp với kết quả của nghiên cứu này, các tác giả đề xuất rằng sự điều hòa tăng cường đồng thời của SHR và auxin có thể là động lực chính cho sự chuyển đổi từ mô hình bó mạch C3 sang C4 ở thực vật một lá mầm.
Từ góc độ tiến hóa, sự gia tăng đồng thời SHR và auxin có thể mang lại cả sự tăng trưởng tế bào trung diệp và tốc độ biệt hóa tĩnh mạch tăng tốc ở thực vật một lá mầm C4 so với tổ tiên C3.
Tóm lại, những phát hiện này đã làm sáng tỏ mối tương tác đối kháng giữa SHR và auxin, cung cấp những hiểu biết quan trọng về sự hình thành gân C4 và có khả năng mở ra một con đường thú vị để nâng cao hiệu quả quang hợp của cây trồng C3.
Nghiên cứu được công bố trên tạp chí Science Bulletin.
qSB12YSB, một gen chủ lực về số lượng điều khiển tính kháng bệnh đốm vằn (Rhizoctonia solani Kühn), từ giống lúa YSBR1 cho thấy tiềm năng trong chọn tạo giống lúa, đã được người ta phân lập nhờ hình thành bản đồ di truyền ở vùng có độ lớn phân tử 289-Kb trên nhiễm sắc thể 12.
Bệnh đốm vằn (ShB), gây ra bởi nấm Rhizoctonia solani Kühn, là một trong những bệnh rất quan trọng của cây lúa trên toàn thế giới. Tính kháng của cây lúa đối với ShB là điển hình của di truyền số lượng bởi những “multiple quantitative trait loci” (QTLs). Nhiều QTLs điều khiển tính kháng ShB đã và đang được báo cáo trong khi có rất ít trong số ấy được tiến hành “fine-mapped”. Kết quả nghiên cứu này, người ta xác định được một QTL định vị trên nhiễm sắc thể 12, trong đó, alen khángqSB12YSB biểu hiện tính kháng bệnh đốm vằn rất có ý nghĩa, thông qua sử dụng 150 BC4 dòng hồi giao khai thác tính kháng từ giống lúa YSBR1 làm donor và giống nhiễm Lemont (LE) làm giống tái tục (recurrent parent). Sau đó, người ta tiến hành “fine-mapped” genqSB12YSB ở vùng có độ lớn phân tử 289-kb thông qua 34 dòng lúa CSSLs (chromosomal segment substitution lines), xác định 18 gen được chú thích di truyền (annotated genes) như những gen ứng cử viên đối với qSB12YSB sau khi phân tích trình tự “resequencing” và cơ sở dữ liệu transcriptomic. Lết quả phân tích KEGG cho thấyqSB12YSB có thể tăng hoạt sinh tổng hợp các cơ chất thứ cấp (secondary metabolites) và hệ thống ROS để cải tiến tính kháng bệnh đốm vằn. qSB12YSB mang tính kháng ổn định có ý nghĩa ở ba giống lúa thương mại hóa (NJ9108, NJ5055 và NJ44) trong các khảo nghiệm đồng ruộng với sự trợ giúp của chỉ thị phân tử để chọn dòng con lai. Trong điều kiện ổ bệnh đốm vằn rất trầm trọng, qSB12YSB làm giảm sự mất năng suất rất ý nghĩa đến 13,5% trên nền tảng di truyền của giống lúa Lemont, chứng minh đây là tiếm năng năng trong cải tiến giống lúa. Kết quả sẽ đẩy nhanh quá trình xác định qSB12YSB và sử dụng gen đích này trong chương trình cải tiến giống lúa cao sản kháng bệnh đốm vằn.
Nghiên cứu lúa: Cây lúa đối phó với stress do nhiệt độ nóng như thế nào
Nguồn: Jin-Yu Li, Chuang Yang, Jiming Xu, Hai-Ping Lu, Jian-Xiang Liu. 2023. The hot science in rice research: How rice plants cope with heat stress. Plant Cell Environ.; 2023 Apr; 46(4):1087-1103. doi: 10.1111/pce.14509.
Biến đổi khí hâu toàn cầu tác động cực kỳ to lớn đến tăng trường và phát triển của cây xanh, làm giảm năng suất nông sản trên toàn thế giới. Lúa (Oryza sativa L.), một trong những loài cây trồng cung cấp lương thực quan trọng của thế giới, rất nhạy cảm với nhiệt độ nóng từ giai đoạn cây mạ cho đến giai đoạn phát dục. Bài tổng quan này, người ta tóm lược những thành tựu gần đây nhất trong hiểu biết về những cơ chế phân tử của phản ứng cây lúa với nhiệt độ nóng, bao gồm heat sensing (cảm biến nhiệt) và tín hiệu, điều tiết phiên mã, tiến trình của phân tử transcript, dịch mã thành protein, và điều tiếu hậu giải mã. Người ta còn tóm lược những ảnh hưởng “không thể đảo ngược” của nhiệt độ cao trên giai đoạn phát dục và nhiệt độ cao đối với phẩm chất hạt lúa. Cuối cùng, người ta thảo luận những thách thức và cơ hội cho nghiên cứu tương lai về phản ứng với stress nhiệt của cây lúa.
.png "Tuần tin khoa học 900 (15-21/07/2024)")
.png "Tuần tin khoa học 871 (25-31/12/2023)")
(272).png "Tuần tin khoa học 871 (25-31/12/2023)")
(277).png "Tạo vân lá tương tự loài C4 trên lúa bằng cách điều khiển nồng độ chất điều tiết rễ ngắn (SHR) và nồng độ auxin")
(200).png "Tuần tin khoa học 870 (18-24/12/2023)")
qSB12