Sao chép dựa trên bản đồ của GL9. (A) Phân đoạn được thay thế ban đầu của GL9. Thanh tỷ lệ, 1 Mb. (B, C) Ánh xạ thay thế GL9. Giá trị là trung bình ± SE, ANOVA một chiều, Duncan, α = 0,01. (D) Sơ đồ các biến thể trong GL9 giữa HJX74 và NIL-gl9. (E) Biểu hiện tương đối của GL9 trong các mô của HJX74 và NIL-gl9. P0.5 – P11, các bông non có chiều dài trung bình khoảng 0,5, 1, 2, 5 và 11cm. R, gốc; ST, thân cây; L, lá; LS, bẹ lá. Nguồn: The Crop Journal (2022). DOI: 10.1016 / j.cj.2022.06.006.

Cải thiện năng suất trọng lượng hạt và và hình dáng của chúng là then chốt trong canh tác lúa. Hiện nay một nhóm các nhà nghiên cứu từ Trung Quốc đã xác định được một gen biến đổi có trong lúa hoang có chức năng kiểm soát chiều dài, chiều rộng và bạc bụng của hạt. Biến đổi này được gọi là gl9, có thể giúp chọn tạo ra các giống lúa mới có năng suất hạt cao và ngoại hình của hạt như mong muốn.

Gạo là lương thực chính của hàng triệu người trên thế giới. Những tiến bộ trong nghiên cứu di truyền và chọn giống đã hiện đại hóa việc trồng lúa, cải thiện trọng lượng của hạt, đây là yếu tố quan trọng quyết định cả năng suất hạt và chất lượng ngoại hình của gạo.

Các nghiên cứu tập trung vào các gen biểu hiện tính trạng số lượng (QTL) các vùng nhỏ của DNA kiểm soát các yếu tố như kích thước, chiều dài và hình dạng hạt đã đi đầu trong những tiến bộ này. Bằng cách xác định QTL (gen quy định các tính trạng) và kết hợp của nhiều giống lúa khác nhau, các nhà khoa học đã có thể tăng năng suất hạt ngũ cốc, góp phần vào tăng cường an ninh lương thực. Tuy nhiên, tiềm năng của tính trạng số lượng (QTL) tốt từ các giống lúa hoang, thường không được khai thác hay chưa được sử dụng đến.

Một loài lúa hoang có tên là Oryza glumaepatula đã được thu thập và chú ý vì nó là nguồn đa dạng di truyền quan trọng để cải tiến giống lúa trồng. Nhóm các nhà nghiên cứu từ Đại học Nông nghiệp Nam Trung Quốc và Phòng thí nghiệm Quảng Đông về Nông nghiệp Hiện đại Lĩnh Nam đã phát triển hàng loạt các nguồn vật liệu di thông qua bằng cách lai tạo loài lúa hoang dại O. glumaepatula với HJX74, một giống lúa phổ biến ưu tú.

Phát hiện của nhóm nghiên cứu, được công bố trực tuyến vào ngày 19 tháng 7 năm 2022 và được công bố trên Tạp chí The Crop Journal, chứng minh gl9, một biến đổi cụ thể của gen GS9 từ loài lúa hoang dại O. glumaepatula, góp phần tạo ra năng suất hạt cao và chất lượng tốt trên giống lúa trồng.

Giáo sư Shaokui Wang, điều tra viên chính của nghiên cứu giải thích: “Một số giống lúa hoang có nguồn gen tốt sẽ có lợi cho giống lúa mà chúng ta đang sử dụng. Nhưng chúng thường không thể kết hợp được vì các loài lúa hoang khá khác với loài lúa được trồng. Mục tiêu nghiên cứu của chúng tôi là thu hẹp khoảng cách này và kết hợp tính trạng tốt từ lúa hoang”.

Nghiên cứu được chia thành hai giai đoạn chính. Giai đoạn đầu, một số vị trí được thay đổi (SSSL) được tạo ra bằng cách sử dụng loài lúa hoang (O. glumaepatula) làm cha mẹ chọn làm nguồn vật liệu cho và lai với giống lúa phổ biến (HJX74) làm cha mẹ nhận. Các SSSL này, trong đó các gen ngoại lai từ loài lúa hoang O. glumaepatula được tích hợp vào bộ gen của giống lúa HJX74, được phân tích di truyền và 12 tính trạng chiều dài hạt được xác định (GL), 9 tính trạng chiều rộng hạt (GW) được xác định và 9 tính trạng trọng lượng hạt đã được đánh dấu. Điều thú vị là một số tính trạng này được xác định trên bản đồ di truyền "alen" mới, tức là, một biến đổi di truyền mới, được gọi là gl9.

Alen này là một biến đổi của gen GS9, gen biểu hiện về hình dạng, kích thước và ngoại hình của hạt gạo đã được biết đến. Các so sánh bổ sung cho thấy vùng SSSL chứa alen gl9 có hạt dài và mảnh hơn so với HJX74 bố mẹ, đồng thời trọng lượng hạt và năng suất hạt trên mỗi cây cũng cao hơn. Điều này chỉ ra rằng alen gl9 có lợi cho việc cải thiện chất lượng gạo.

Tiếp theo, để khẳng định ảnh hưởng của alen này, người ta đã tạo ra các giống lúa biến đổi gen bằng cách đưa allen gl9 vào giống lúa HJX74 bằng kỹ thuật di truyền. Kết quả thí nghiệm cho thấy sự có mặt của gl9 làm tăng chiều dài và độ mảnh của hạt gạo và giảm độ bạc bụng của hạt so với giống gốc HJX74. Sự kết hợp bổ sung trong chọn tạo giống lúa đã chứng minh rằng sự kết hợp của gl9 với các gen đã được sử dụng trước đó có thể làm tăng năng suất  chất lượng ngoại hình của hạt gạo.

Sự kết hợp trong nghiên cứu phát hiện chức năng điều khiển của gl9 như một alen mục tiêu điều khiển cải thiện năng suất lúa. Giáo sư Wang cho rằng: “Hiện nay, việc cải thiện sản xuất lương thực trở nên quan trọng đối với cả nông dân và chính phủ. Nhưng việc tăng năng suất lúa mà không ảnh hưởng đến chất lượng của nó là một thách thức. Cải thiện cả hai yếu tố có tầm quan trọng lớn trong sản xuất lúa”.

Những phát hiện của giáo sư Wang và nhóm nhà khoa học nghiên cứu về gl9 là tiền đề cho những nghiên cứu trong các chương trình chọn tạo giống lúa. Các nhà khoa học đã đưa ra một bước rất cần thiết hướng tới an ninh lương thực vững chắc trong tương lai.

Dương Thị Lan Oanh theo Phys.org