Ảnh: CCO Public Domain

Một nhóm các nhà nghiên cứu đã kiểm tra làm thế nào mỗi gen trong bộ gen của lúa, một trong những cây lương thực quan trọng nhất trên thế giới, chiều hướng và phản ứng với sự kết hợp của nước và dinh dưỡng. Phát hiện này, được công bố trên tạp chí Nature Communications, điểm tiềm năng là cách để bố trí cây trồng trong đất khác nhau trên thế giới mà hiện đang gặp phải là quá khô hạn hoặc thiếu chất dinh dưỡng cần thiết cho sự phát triển ổn định của cây trồng.

"Những thay đổi về liều lượng dinh dưỡng có tác động mạnh mẽ đến biểu hiện gen và sự phát triển của cây trồng", Joseph Swift, nghiên cứu sinh Khoa Sinh học, Đại học New York và là tác giả chính của nghiên cứu cho biết. "Một câu hỏi nổi bật là liệu các sinh vật có phản ứng với sự thay đổi về lượng dinh dưỡng cần thiết khi nồng độ dinh dưỡng thay đổi trong môi trường nước hay không. Câu hỏi này có liên quan đặc biệt đến thực vật, vì khi đất khô có thể thay đổi nồng độ dinh dưỡng mà không thay đổi lượng dinh dưỡng nguyên chất của cây".

Do các chất dinh dưỡng mà thực vật hấp thụ từ đất luôn hòa tan trong nước, các nghiên cứu trước đây không thể xác định liệu các sinh vật cảm nhận tổng lượng chất dinh dưỡng dễ tiêu hay là lượng tương đối của nó hòa tan trong nước.

Trong nghiên cứu trên tạp chí Nature Communications, các nhà khoa học, làm việc tại Trung tâm nghiên cứu Gen và Công nghệ Sinh học của NYU, đã giải quyết vấn đề này bằng cách bố trí thí nghiệm trồng cây lúa trong những điều kiện thay đổi nitơ và nước, phân tích các tác động khác nhau của nước và nitơ, hai yếu tố dinh dưỡng quan trọng, đối với sự sinh trưởng của cây lúa. Thông qua phân tích thống kê các phản ứng của hơn 50.000 gen được tìm thấy trong bộ gen của cây lúa, nhóm nghiên cứu nhận thấy rằng trong khi một số gen được kiểm soát để đáp ứng với lượng nitơ hoặc nước riêng lẻ thì những gen khác lại phản ứng đặc biệt với sự kết hợp của chúng.

Các nhà nghiên cứu, sau đó đã muốn kiểm tra lại nếu những phát hiện tìm thấy đạt được trong nghiên cứu trong phòng thí nghiệm cây con của lúa, ảnh hưởng sự sản xuất lúa trong một môi trường nông nghiệp thực tiễn. Để làm điều này, một nhóm nghiên cứu đã đến Philippines và hợp tác với các nhà nghiên cứu tại Viện Nghiên cứu Lúa gạo Quốc tế để tiến hành thử nghiệm trên đồng ruộng trong hai vụ canh tác. Kết quả thử nghiệm trên đồng ruộng, họ phát hiện ra rằng các gen phản ứng đồng thời với cả nitơ và nước liên quan với lượng hạt lúa được sản xuất.

"Những gen này có thể hỗ trợ trong việc phát triển các loại cây trồng không chỉ đòi hỏi ít chất dinh dưỡng để phát triển mà còn cần ít nước hơn", Gloria Coruzzi, giáo sư tại Trung tâm Nghiên cứu Gen và Công nghệ Sinh học của NYU nói. "Điều này có thể có tiềm năng dẫn đến việc cho phép nhiều loại đất cằn cỗi trên thế giới, những loại đất quá khô hoặc nghèo dinh dưỡng đối với sản xuất cây trồng, có thể phát triển nông nghiệp tốt hơn. Hơn nữa, điều đặc biệt quan trọng để phát triển cây trồng nhằm ứng phó với sự nóng lên toàn cầu và biến đổi khí hậu".

Nguyễn Thị Quỳnh Thuận theo Phys.org