Trước tình trạng nắng nóng và hạn hán kéo dài do hiện tượng El Niño đang đe dọa ngành sản xuất lúa gạo, các nhà khoa học của Tổ chức Nghiên cứu Nông nghiệp và Thực phẩm Quốc gia Nhật Bản (NARO), cùng với các viện nghiên cứu khác của Nhật Bản và Viện Nghiên cứu Lúa gạo Quốc tế (IRRI), đã phát hiện ra một gen giúp cây lúa “tránh” được nắng nóng trong giai đoạn ra hoa nhạy cảm nhất.
Theo đó, gen EMF3 (Early Morning Flowering 3) giúp chuyển thời điểm ra hoa của cây lúa sang sáng sớm, khi nhiệt độ thấp hơn. Bằng cách ra hoa sớm hơn trong ngày, cây lúa có thể tránh được tình trạng stress do nắng nóng - vốn làm giảm sự hình thành hạt và năng suất ở các vùng nhiệt đới và cận nhiệt đới.
Cây lúa lúc 8:30 sáng: cây lúa mang gen EMF3 bình thường bên trái chưa ra hoa, trong khi cây lúa bên phải mang alen hiếm emf3-1D đã bắt đầu ra hoa. Ảnh: IRRI.
Thông thường, lúa ra hoa vào khoảng 10 giờ sáng đến buổi trưa, khi nhiệt độ đạt mức cao nhất trong ngày (33-35°C). Căng thẳng nhiệt trong giai đoạn này, vốn được dự kiến sẽ gia tăng do hiện tượng nóng lên toàn cầu, có thể làm gián đoạn quá trình thụ phấn, khiến các bông lúa tiềm năng mất khả năng sinh sản, dẫn đến giảm năng suất.
Gen EMF3, đặc biệt là biến thể emf3-1D, đưa thời điểm ra hoa sớm hơn khoảng 90 phút, cải thiện đáng kể khả năng thụ phấn của hạt trong các môi trường có nhiệt độ cao.
Theo Tiến sĩ Tsutomu Ishimaru của NARO, Nhật Bản, phát hiện này là một bước đột phá. Đột phá khoa học cho phép lúa "thoát khỏi cái nóng" ở giai đoạn quan trọng nhất, bảo vệ quá trình thụ phấn và đảm bảo vụ mùa cho nông dân ngay cả trong điều kiện nhiệt độ khắc nghiệt.
Các nhà nghiên cứu cho biết không có giống lúa nào khác mang biến thể emf3-1D.
“Đây dường như là một biến thể hiếm và có tiềm năng ứng dụng trên nhiều giống lúa phổ biến, bao gồm cả các loại indica và japonica. Đặc điểm này có thể mang lại lợi thế cho việc sản xuất hạt giống lai, trong đó việc điều chỉnh thời gian nở hoa của cả hai dòng bố mẹ cùng một thời điểm trong ngày là một yếu tố quan trọng cần xem xét”, chuyên gia IRRI Sung-Ryul Kim nói.
Allen EMF3 tạo điều kiện thuận lợi cho việc điều chỉnh thời gian nở hoa giữa các loài và phân loài lúa khác nhau và thúc đẩy thời gian nở hoa trên các nền tảng di truyền đa dạng. Ảnh: IRRI.
Các nhà nghiên cứu hiện đang đưa gen emf3-1D vào các giống lúa phổ biến như IR64, Swarna (Ấn Độ), Pusa Basmati (Ấn Độ), TDK1 (Lào), Sahel 329 (Tây Phi), Caiapo (Brazil) và Toyomeki (Nhật Bản). Những dòng giống tiên tiến này đóng vai trò là nguyên mẫu có thể duy trì khả năng sinh sản của hạt ngay cả trong điều kiện nóng bức.
“Gen emf3-1D có thể được áp dụng cho nhiều giống lúa khác nhau trên thế giới thông qua chọn lọc chỉ thị DNA, cung cấp cho các nhà lai tạo giống một công cụ mạnh mẽ để phát triển giống lúa nở hoa sớm,” hai nhà lại tạo giống, Tiến sĩ Hideyuki Hirabayashivà Tiến sĩ Kazuhiro Sasaki của Trung tâm Nghiên cứu Khoa học Nông nghiệp Quốc tế Nhật Bản (JIRCAS), cho biết.
Theo Tiến sĩ Inez Slamet-Loedin, Trưởng đơn vị Thiết kế và Kiểm định Di truyền Lúa gạo của IRRI, bước đột phá này mở ra cánh cửa cho các phương pháp chỉnh sửa gen như chỉnh sửa tối ưu để nhanh chóng đưa đặc điểm ra hoa sớm (emf3-1D) vào các giống lúa ưu tú, tăng cường khả năng chịu nhiệt trên khắp các hệ sinh thái lúa nhiệt đới và ôn đới cho cả giống thuần và giống lai.
Đáng chú ý, EMF3 chỉ ảnh hưởng đến thời gian nở hoa và không làm thay đổi quá trình sinh trưởng tổng thể của cây hay năng suất lúa trong điều kiện nhiệt độ bình thường, cho phép cây lúa vừa có thêm khả năng chịu nhiệt, vừa không mất đi các đặc tính quan trọng khác.
Tiến sĩ Ishimaru nhấn mạnh: “Chúng ta có thể dành những ngày nóng trong phòng điều hòa, nhưng cây lúa phải sống sót qua cái nóng ngoài đồng. Nhờ EMF3, chúng ‘thức dậy’ sớm để tránh được căng thẳng nhiệt, cho thấy rằng đôi khi, việc dậy sớm là chìa khóa thành công không chỉ của loài chim mà còn với cả cây trồng nữa.”
Phát kiến này là thành quả của sự hợp tác giữa nhiều viện nghiên cứu Nhật Bản và IRRI, được hỗ trợ bởi Bộ Nông nghiệp, Lâm nghiệp và Thủy sản (MAFF) của Nhật Bản, với NARO và JIRCAS đóng vai trò là các đối tác chính.
