Một nghiên cứu quốc tế về cây ngô, một loại cây có thể trồng trọt ở các điều kiện địa phương khác nhau do Đại học Bonn đứng đầu đã chứng minh tầm quan trọng của hệ thống rễ.

Trong nghiên cứu này, các nhà nghiên cứu đã phân tích hơn 9.000 giống và chỉ ra rằng bộ rễ của các giống có những sự thay đổi đáng kể - tùy thuộc vào mức độ khô hạn ở những nơi mà chúng được trồng.

Ba nhóm ngô khác nhau sau một đợt hạn hán và sau đó được tưới lại: Hai nhóm cây bên phải một gen đã bị tắt dẫn đến có ít rễ mầm và nhiều rễ bên phát triển hơn. Chúng đã phục hồi một cách đáng kinh ngạc sau thời gian hạn hán so với cây có gen nguyên vẹn (nhóm cây bên trái). Nguồn: Frank Hochholdinger,  Đại học Bonn.

Họ cũng xác định một gen đóng vai trò quan trọng đối với khả năng thích nghi của cây. Gen này có thể là chìa khóa để phát triển các giống ngô chống chịu tốt hơn với biến đổi khí hậu. Những kết quả này gần đây đã được công bố trên tạp chí Nature Genetics.

Ngô là một loại cây bụi rậm có thân cây phân nhánh cao. Chúng ta phải quan sát rất kỹ để nhận ra mối quan hệ họ hàng của một trong những loại cây trồng quan trọng nhất thế giới. Tuy nhiên, các chuyên gia đều đồng ý rằng chi teosinte là dạng tổ tiên của tất cả các giống ngô hiện đại. Hơn 9.000 năm trước, nông dân ở phía tây nam Mexico chọn lựa các thế hệ con cháu thuộc chi teosinte để sản xuất ngũ cốc và có chất lượng ngon nhất. Cây ngô hiện đại được trồng qua nhiều thế hệ, và hiện nay ngô được trồng trên tất cả các châu lục.

Giáo sư, tiến sỹ Frank Hochholdinger từ Viện Khoa học Cây trồng và Bảo tồn Tài nguyên (INRES) tại Đại học Bonn giải thích: “Chúng tôi biết rằng sự xuất hiện của thực vật đã thay đổi đáng kể trong thời gian này, ví dụ như trường hợp lõi ngô đã trở nên lớn hơn và đa dạng hơn". Tuy nhiên, cho đến nay người ta biết tương đối ít về cách thức hệ thống rễ phát triển trong giai đoạn thuần hóa này và sau đó.

Rễ trong giấy xì gà

Hiện nay, điều này đã thay đổi nhờ nghiên cứu mới. Trong tám năm qua, các nhóm nghiên cứu đã tham gia điều tra khoảng 9.000 giống ngô và 170 giống teosinte trên khắp thế giới. Các nhà nghiên cứu đã thu thập hạt giống và đặt chúng lên giấy màu nâu đặc biệt, sau đó được cuộn thành hình điếu xì gà và được lưu trữ thẳng đứng trong cốc thủy tinh hẹp.

Hochholdinger cho biết: “Khoảng 14 ngày sau khi nảy mầm, chúng tôi mở giấy ra để có thể quan sát sự phát triển sớm của rễ mà không có sự can thiệp của bất kỳ loại đất nào bám vào chúng".

Hợp tác với một nhóm nghiên cứu do tiến sỹ Robert Koller (Forschungszentrum Jülich) đứng đầu, các nhà nghiên cứu cũng nghiên cứu sự phát triển của rễ trong đất. Họ đã sử dụng một phương pháp thường được biết đến nhiều hơn trong lĩnh vực y học cho mục đích này - chụp cộng hưởng từ. Kết quả cho thấy cấu trúc rễ đã thay đổi hoàn toàn như thế nào trong quá trình thuần hóa teosinte sang ngô trồng.

Tiến sỹ Peng Yu, người đứng đầu nhóm nghiên cứu Emmy Noether tại INRES và gần đây đã chấp nhận lời đề nghị làm giáo sư tại TU Munich giải thích: "Trong các giống ngô, chúng tôi thường tìm thấy rễ mầm ngay sau khi nảy mầm - với khoảng 10 rễ trở lên ở một số giống. Đây không phải là trường hợp của teosinte".

Yu nói: “Rễ mầm mang lại cho cây con một lợi thế ban đầu trong điều kiện tối ưu. Chúng cho phép chúng hấp thụ một lượng lớn chất dinh dưỡng từ đất rất nhanh. Tuy nhiên, chúng tôi nhận thấy rằng một loại rễ khác - rễ bên - phải chịu hậu quả".

Rễ bên đặc biệt quan trọng đối với sự hấp thụ nước vì chúng mở rộng đáng kể bề mặt rễ. Đây có lẽ là lý do tại sao số lượng rễ mầm thay đổi đáng kể tùy thuộc vào giống. Các giống ngô đã thích nghi với điều kiện khô hạn phát triển ít rễ mầm hơn và nhiều rễ bên hơn. Trước đây, khi nhân giống các giống này, nông dân đã vô tình chọn những cây có sự phát triển của cấu trúc rễ này.

160 gen ứng cử viên được xác định

Các nhà nghiên cứu cũng điều tra vật liệu di truyền nào chịu trách nhiệm cho sự phát triển của rễ mầm và xác định có thể có hơn 160 gen ứng cử viên. Hochholdinger nói: “Sau đó, chúng tôi đã nghiên cứu một trong những gen có tên ZmHb77 chi tiết hơn. Chúng tôi nhận thấy rằng thực vật có gen này phát triển rể mầm nhiều hơn và đồng thời ít rễ bên hơn".

Các nhà nghiên cứu giải thích: “Họ đã cố tình tắt gen này ở một số cây để có thể thay đổi cấu trúc rễ giúp cho cây có thể chịu đựng thời kỳ hạn hán tốt hơn. Do đó, gen này rất quan trọng để nhân giống các giống chịu hạn. Theo quan điểm về biến đổi khí hậu, những giống này ngày càng trở nên quan trọng nếu chúng ta muốn tránh việc mất mùa ngày càng nhiều trong tương lai".

Trương Thị Tú Anh theo Phys.org