Ảnh: Beth Macdonald.

Nhiệt độ tăng cao vào ban đêm đang hạn chế năng suất cây trồng đối với lúa và nghiên cứu mới giúp chúng ta tiến gần hơn đến việc hiểu lý do tại sao. Nghiên cứu cho thấy nhiệt độ đêm ấm hơn làm thay đổi lịch trình sinh học của cây lúa, với hàng trăm gen được biểu hiện sớm hơn bình thường, trong khi hàng trăm gen khác được biểu hiện muộn hơn.

PGS. Colleen Doherty, ngành Hóa sinh tại Đại học bang North Carolina và là đồng tác giả của bài báo về nghiên cứu cho biết: “Về cơ bản, chúng tôi nhận thấy rằng những đêm ấm hơn sẽ khiến đồng hồ bên trong cây lúa không hoạt động. Hầu hết mọi người nghĩ rằng thực vật không vận động, nhưng thực tế là không phải vậy. Thực vật liên tục điều chỉnh các quá trình sinh học của chúng - chuẩn bị cho quá trình quang hợp ngay trước bình minh, bắt đầu hoạt động vào lúc chiều muộn, xác định chính xác cách thức và nơi để đốt cháy các nguồn năng lượng của chúng. Thực vật luôn bận rộn và rất khó để quan sát tất cả các hoạt động đó từ bên ngoài. Chiếc đồng hồ chịu trách nhiệm điều chỉnh tất cả các hoạt động đó sẽ bị rối loạn khi đêm trở nên nóng hơn so với ngày. Chúng tôi hiểu rằng nhiệt độ đêm ấm hơn là do biến đổi khí hậu và điều này làm ảnh hưởng đến sản xuất lúa. Nhưng cho đến nay, chúng ta có rất ít hiểu biết về lý do tại sao đêm ấm hơn lại có hại cho lúa. Chúng tôi vẫn chưa biết tất cả các chi tiết, nhưng chúng tôi đang thu hẹp phạm vi để xem xét".

Nghiên cứu giải quyết thiệt hại về năng suất lúa rất quan trọng và do khí hậu thay đổi đặt ra những thách thức đối với an ninh lương thực toàn cầu.

Để hiểu rõ hơn về ảnh hưởng của nhiệt độ ấm lên về đêm ảnh hưởng đến cây lúa, Doherty đã làm việc với một nhóm các nhà nghiên cứu quốc tế - bao gồm Krishna Jagadish của Đại học Bang Kansas và Lovely Lawas của Viện Nghiên cứu Lúa Quốc tế - để nghiên cứu vấn đề trên thực địa. Các nhà nghiên cứu đã thiết lập hai địa điểm nghiên cứu ở Philippines. Nhiệt độ được điều chỉnh ở các khu vực khác nhau của mỗi địa điểm nghiên cứu bằng cách sử dụng lò sưởi gốm hoặc lều tản nhiệt.

Một nhóm nghiên cứu do Jagadish dẫn đầu đã sử dụng lò sưởi gốm để duy trì các ô thí nghiệm ở nhiệt độ cao hơn 2^oC và lấy mẫu lúa cứ ba giờ một lần trong 24 giờ. Các ô đối chứng không được làm nóng, nhưng cũng được lấy mẫu ba giờ một lần trong cùng khoảng thời gian 24 giờ. Các thử nghiệm này được lặp lại bốn lần. Các lều nhiệt sau đó được sử dụng để xác nhận kết quả từ các thử nghiệm làm nóng bằng gốm.

Trong khi đó, một nhóm nghiên cứu do Doherty dẫn đầu đã phát hiện ra rằng hơn một nghìn gen được biểu hiện vào thời điểm "sai" khi nhiệt độ ban đêm cao hơn. Cụ thể, đêm nóng hơn dẫn đến hàng trăm gen - trong đó có nhiều gen liên quan đến quá trình quang hợp - hoạt động vào thời gian muộn hơn trong ngày. Trong khi đó, hàng trăm gen khác hoạt động vào buổi tối sớm hơn nhiều so với bình thường, phá vỡ thời gian được tinh chỉnh cần thiết để có năng suất tối ưu.

Doherty cho biết: “Không rõ tất cả những gen này làm gì, nhưng rõ ràng là những thay đổi lịch trình mâu thuẫn này không tốt cho cây trồng”.

Các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng nhiều gen bị ảnh hưởng được quy định bởi 24 gen khác, được gọi là các yếu tố phiên mã. Trong số 24 yếu tố đó, 4 yếu tố phiên mã được cho là có triển vọng nhất cho nghiên cứu trong tương lai.

Theo Doherty: “Chúng tôi cần làm thêm công việc để tìm ra chính xác những gì đang xảy ra ở đây, để chúng tôi có thể bắt đầu lai tạo giống lúa có khả năng chống chịu với điều kiện nhiệt độ ấm hơn về đêm. Lúa là cây lương thực quan trọng. Và các loại cây trồng chủ lực khác cũng bị ảnh hưởng bởi hiện tượng này, trong đó có lúa mì. Đây không chỉ là một câu hỏi khoa học thú vị mà còn là một vấn đề an ninh lương thực toàn cầu”.

Đỗ Thị Thanh Trúc theo Đại học Bang  North Carolina.