Ba cây ngô khác nhau sau một đợt hạn hán và sau đó được tưới lại: Hai cây bên phải, một gen đã bị tắt làm cho có ít rễ mầm hơn và nhiều rễ phụ phát triển hơn. Chúng phục hồi tốt hơn đáng kể sau một thời gian hạn hán so với cây có gen không bị tắt (cây bên trái). Nguồn: AG Hochholdinger/University of Bonn.

Ngô có thể phát triển thành công ở nhiều điều kiện rất khác nhau. Một nghiên cứu quốc tế đã chứng minh vai trò quan trọng của hệ thống rễ cây. Các nhà nghiên cứu đã phân tích hơn 9.000 giống trong nghiên cứu và có thể chỉ ra rằng rễ của chúng khác nhau đáng kể - phụ thuộc vào mức độ khô hạn của địa điểm mỗi giống được trồng. Họ đã có thể xác định được một gen quan trọng đóng vai trò trong khả năng thích nghi của cây ngô. Gen này có thể là yếu tố then chốt để phát triển các giống ngô có khả năng thích ứng tốt hơn với biến đổi khí hậu. Kết quả đã được công bố trên tạp chí Nature Genetics.

Ngô là loại cây thân có nhiều nhánh. Những trái ngô dài bằng ngón tay mọc ra từ nách những chiếc lá thon dài và mỗi trái ngô đều bao gồm hàng chục hạt cứng như đá.

Bạn phải xem xét rất kỹ để nhận ra mối quan hệ họ hàng với 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 tây nam Mexico đã bắt đầu chọn lọc thế hệ cây teosinte sản xuất ra nhiều loại ngũ cốc nhất và ngon nhất. Cây ngô hiện đại đã được trồng theo cách này qua nhiều thế hệ và hiện nay ngô được trồng trên khắp 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. “Tuy nhiên, cho đến nay vẫn còn tương đối ít thông tin về cách hệ thống rễ phát triển trong giai đoạn thuần hóa này và sau đó”.

Rễ đặt trong tờ giấy rồi cuộn lại như điếu thuốc xì gà

Điều này hiện đã thay đổi nhờ nghiên cứu mới. Trong tám năm qua, các nhóm nghiên cứu tham gia đã 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 một tờ giấy màu nâu đặc biệt, sau đó cuộn thành hình điếu xì gà và bảo quản thẳng đứng trong cốc thủy tinh hẹp. Hochholdinger cho biết “Khoảng 14 ngày sau khi hạt nảy mầm, chúng tôi trải giấy ra để có thể quan sát sự phát triển ban đầu của rễ mà không bị ảnh hưởng của bất kỳ loại đất nào bám vào chúng”. Hợp tác với một nhóm nghiên cứu dẫn đầu bởi tiến sỹ Robert Koller, các nhà nghiên cứu cũng nghiên cứu sự phát triển của rễ trong đất. Họ đã sử dụng một phương pháp được biết đến rộng rãi hơn trong lĩnh vực y học cho mục đích này - chụp ảnh cộng hưởng từ (magnetic resonance imaging).

Kết quả cho thấy cách thức cấu trúc rễ đã thay đổi hoàn toàn trong quá trình thuần hóa teosinte thành ngô trồng. Tiến sỹ Peng Yu, người đứng đầu nhóm nghiên cứu Emmy Noether tại INRES, gần đây đã chấp nhận lời đề nghị làm giáo sư tại TU Munich giải thích: “Ở các giống ngô, chúng tôi thường tìm thấy rễ mầm ngay sau khi nảy mầm - có tới mười hoặc nhiều hơn những rễ này ở một số giống. Đây không phải là trường hợp của teosinte. Rễ mầm mang lại cho cây con lợi thế ban đầu trong điều kiện tối ưu: Rễ mầm cho phép chúng hấp thụ một lượng lớn chất dinh dưỡng từ đất rất nhanh”, Yu cho biết. “Tuy nhiên, chúng tôi nhận thấy rằng một loại rễ khác - rễ phụ - cũng bị ảnh hưởng”.

Rễ phụ đặc biệt quan trọng trong việc hút nước vì chúng làm bề mặt rễ to ra rất nhiều. Đây có lẽ là lý do tại sao số lượng rễ mầm thay đổi đáng kể tùy theo giống: Các giống ngô thích nghi với điều kiện khô hạn phát triển rễ mầm ít hơn đáng kể và nhiều rễ phụ hơn. Khi nhân giống các giống này, trước đây người nông dân đã vô tình chọn lọc cây trồng dẫn đến phát triển cấu trúc rễ này.

Đã xác định được 160 gen ứng cử viên

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

Các nhà nghiên cứu đã cố tình tắt gen này ở một số cây và có thể thay đổi cấu trúc rễ để chúng có thể chống chịu tốt hơn trong giai đoạn hạn hán. Nhà nghiên cứu giải thích: “Do đó gen này rất quan trọng để chọn tạo các giống ngô chịu hạn. Trong bối cảnh biến đổi khí hậu, những giống này sẽ ngày càng trở nên quan trọng nếu chúng ta muốn tránh đi ngày càng nhiều vụ mất mùa trong tương lai”.

Nguyễn Tiến Hải theo Sciencedaily.