Lúa hoang được tiêu thụ từ thời kỳ nguyên thủy đồ đá mới của chúng ta rất khác biệt so với lúa đã được thuần hóa sử dụng ngày nay. Mặc dù chưa có bằng chứng rõ ràng về thời điểm con người bắt đầu trồng lúa, cánh đồng lúa lâu đời nhất - ở thung lũng sông Yangzi thấp hơn - có niên đại từ 4000 năm trước Công nguyên. Trong quá trình trồng trọt lâu đời, cây lúa có đặc điểm bị giảm năng suất hoặc bất lợi thu hoạch (ví dụ, hạt vỡ vụn) đã bị loại bỏ, trong khi những cây có đặc điểm làm tăng năng suất (ví dụ, cấu trúc hoa nhánh cao) đã được chọn và nhân giống. Mặc dù sản xuất lúa gạo cung cấp phần lớn lương thực cho dân số thế giới, nó vẫn phụ thuộc vào sự trợ giúp của con người và không thể chịu đựng được các điều kiện môi trường khắc nghiệt.

Các nhà khoa học có thể kiểm tra cơ sở di truyền đối với một số thay đổi diễn ra trong quá trình thuần hóa lúa bằng cách so sánh các gen trong cây lúa trồng với những gen trong họ hàng lúa hoang dã của chúng. Sử dụng phương pháp này, một số gen quan trọng đã được thay đổi trong quá trình thuần hóa, chẳng hạn như những gen ảnh hưởng đến sự vỡ hạt, đã được xác định và nghiên cứu. Hầu hết các gen mã hóa các yếu tố phiên mã liên kết với các gen khác và điều chỉnh hoạt động của chúng.

Một nhóm các nhà nghiên cứu từ Trung tâm Quốc gia về Khoa học Sinh học, Viện Nghiên cứu Cơ bản Tata ở Ấn Độ do Tiến sĩ P.V. Shivaprasad đã tự hỏi liệu một loại điều chỉnh phân tử, có tên là microRNA, cũng đã góp phần vào việc thuần hóa gạo. MicroRNA điều chỉnh các gen mục tiêu cụ thể bằng cách liên kết với các bản sao RNA của gen và cùng với các phân tử khác, ngăn chặn hoạt động của chúng hoặc cắt chúng thành các mảnh nhỏ. Trong các trường hợp đặc biệt, các mảnh RNA kết quả kích hoạt mãnh vỡ gây ra một đợt gen lặng, bị đóng hoạt động của các gen tương tự như gen mục tiêu ban đầu.

Các nhà nghiên cứu đã so sánh các mật số microRNA của các dòng lúa indica năng suất cao với các giống lúa hoang và một số giống lúa truyền thống. Một microRNA nổi bật: miR397 được tích lũy ở mức cao trong lá đòng của lúa hoang, nhưng hầu như không thể phát hiện được ở các cây khác được phân tích. Các nhà khoa học đã chỉ ra rằng miR397 im lặng đã làm các gen trong họ laccase thông qua một đợt lặng. Các gen laccase, trong đó có 30 genome ở lúa, mã hóa các protein thúc đẩy sự hình thành mô cứng, do đó cung cấp độ bền cơ học. Bằng cách lặng đi một tập con của những gen này, miR397 làm đã giảm đáng kể sự hình thành mô cứng. Hơn nữa, khi các nhà khoa học chuyển gen biểu hiện gen mã hóa miR397 trong cây lúa thuần hóa, những cây kết quả gần tương tự hơn như các cây lúa hoang so với cây lúa thuần, với thân cây dài, mảnh khảnh; hẹp, lá ngắn; vài cấu trúc hoa; và hầu như khó mà có bất kỳ hạt gạo nào. Trên thực tế, nhóm nghiên cứu đã một phần không khai hóa lúa bằng cách gia tăng mức độ của một loài microRNA đơn.

Những phát hiện này đưa ra những câu hỏi hấp dẫn. Nếu những gen laccase im lặng bằng cách tăng mức độ miR397 ảnh hưởng một cách tiêu cực đến năng suất, sẽ điều chỉnh biểu hiện của cùng một tập hợp các gen laccase này làm tăng sản lượng ngũ cốc? Ngoài ra, sẽ làm giảm mức độ của miR397 trong cây lúa hoang dã, và do đó nâng cao sự đàn áp của các gen laccase, cải thiện sản lượng, trong khi giữ lại những đặc điểm cho phép thực vật hoang dã phát triển mạnh trong môi trường khắc nghiệt? "miR397 và các gen laccase trùng với các khu vực gen không xác định được dự đoán có liên quan đến năng suất lúa. Việc thay đổi biểu hiện của chúng trong các loài hoang dã và lúa trồng sẽ hữu ích trong việc cải thiện năng suất và các đặc tính có lợi khác. Chúng tôi hy vọng rằng phát hiện của chúng tôi thúc đẩy nghiên cứu trong tương lai để xác định những thay đổi khác liên quan đến thuần hóa thực vật, lĩnh vực mũi nhọn trong việc cải thiện cây trồng cho tương lai", Tiến sĩ Shivaprasad nói.

Nguyễn Thị Quỳnh Thuận theo Phys.org