Phát hiện ra công tắc gen có thể giúp biến cây lúa thành cây trồng lâu năm

Tái hoạt hóa MIR156BC đóng vai trò trung gian trong quá trình chuyển đổi từ sinh trưởng hàng năm sang sinh trưởng lâu năm ở cây lúa. Nguồn: Science (2026).

Lúa là cây trồng thiết yếu, nuôi sống hơn một nửa dân số thế giới. Trong tự nhiên, nhiều loài lúa là cây sống được vài năm, nhưng các giống lúa chúng ta ăn ngày nay thường là cây hàng năm, phải trồng lại mỗi mùa. Đó là một quá trình tốn kém đối với nông dân, đòi hỏi phải liên tục lao động, gieo trồng và chuẩn bị ruộng để đáp ứng nhu cầu sinh trưởng của cây. Nhưng một giải pháp rẻ hơn có thể sẽ xuất hiện trong tương lai.

Trong một nghiên cứu mới được công bố trên tạp chí Science, các nhà nghiên cứu đã phát hiện ra một công tắc di truyền quan trọng cho phép lúa hoang sống được nhiều năm. Phát hiện này có thể mở đường cho các loại cây trồng có thể tồn tại trong đất qua nhiều vụ thu hoạch.

Tìm kiếm gen trường thọ

Một nhóm nghiên cứu từ Trung tâm Chuyên sâu về Khoa học Phân tử Thực vật thuộc Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc đã phân tích 446 loại lúa hoang khác nhau để tìm kiếm các đặc điểm sống lâu năm. Đó là những đặc điểm như khả năng mọc chồi mới từ thân cây và khả năng tái sinh hoa, trong đó các bộ phận sinh sản của cây biến trở lại thành chồi xanh sau khi thu hoạch hạt.

Để tìm ra gen quy định tuổi thọ cao, nhóm nghiên cứu đã lai một giống lúa hàng năm hiện nay với họ hàng hoang dã của nó. Con lai này mang hỗn hợp cả hai loại DNA. Bằng cách lai tạo nhiều lần các cây lai này với giống lúa hiện đại, các nhà nghiên cứu đã có thể xác định được đoạn DNA nào mang lại khả năng sống sót trong nhiều năm.

Thông qua quá trình này, nhóm nghiên cứu cuối cùng đã xác định được một nhóm cây trồng giống như lúa trồng hiện đại nhưng tiếp tục tạo ra chồi mới sau khi ra hoa.

Việc tập trung vào đoạn DNA cụ thể mà các giống lai này chia sẻ đã dẫn các nhà nghiên cứu đến một vùng gen mà họ gọi là Endless Branches and Tillers 1 (EBT1), chứa hai gen microRNA song song có tên là MIR156B và MIR156C.

Nhóm nghiên cứu đã xác nhận vai trò của EBT1 bằng cách vô hiệu hóa nó trong lúa hoang, khiến lúa mất khả năng tiếp tục tạo ra chồi mới sau khi ra hoa. Khi họ thêm EBT1 vào lúa canh tác, chu kỳ sinh trưởng của lúa được thiết lập lại và lúa tiếp tục phát triển sau khi ra hoa thay vì ngừng lại.

Thay đổi biểu sinh

Ở lúa canh tác hàng năm, hai gen này bị tắt khi cây trưởng thành, dẫn đến ra hoa, tạo hạt và cuối cùng là lão hóa. Tuy nhiên, ở lúa hoang, các gen này được kích hoạt lại sau khi ra hoa. Sự khác biệt này dường như là do những thay đổi biểu sinh khiến các gen được đóng gói chặt chẽ và không hoạt động sau khi ra hoa ở lúa canh tác, trong khi ở lúa hoang, chúng vẫn có thể truy cập được và có thể quay trở lại.

Các nhà nghiên cứu viết trong bài báo của họ rằng: "Những phát hiện của chúng tôi không chỉ cung cấp những hiểu biết mới về cơ sở di truyền của tính lâu năm ở ngũ cốc mà còn mở đường cho việc phát triển các giống lúa lâu năm bền vững trong tương lai". Như vậy, điều đó có thể làm giảm nhu cầu trồng trọt hàng năm và giảm đáng kể chi phí canh tác.

Lê Thị Kim Loan theo Phys.org