Trồng lương thực bất chấp hạn hán

Trong suốt thập kỷ qua, nhóm nghiên cứu đã tìm cách tạo ra tập bản đồ phân tử về rễ cây trồng, nơi thực vật khởi đầu phát hiện ra những tác động của hạn hán và các mối đe dọa môi trường khác. Khi tiến hành công việc, họ đã phát hiện ra các gen mà các nhà khoa học có thể sử dụng để bảo vệ thực vật chống lại hạn hán. Công trình nghiên cứu của họ, được công bố trên tạp chí Cell, đã đạt trình độ hiểu biết cao về các chức năng của rễ vì nó kết hợp dữ liệu di truyền từ các tế bào khác nhau của rễ cà chua được trồng cả trong nhà và bên ngoài.

Neelima Sinha, giáo sư sinh học  thực vật và đồng tác giả của bài báo cho biết: “Thông thường, các nhà nghiên cứu thực hiện các thí nghiệm trong phòng thí nghiệm và nhà kính, nhưng nông dân trồng trọt trên đồng ruộng và dữ liệu này cũng xem xét các mẫu tại đồng ruộng. Dữ liệu cung cấp thông tin về tạo ra các gen bảo vệ thực vật với ba điều quan trọng.

Xylem là những mạch rỗng, giống như ống, vận chuyển nước và chất dinh dưỡng từ rễ lên đến chồi. Nếu không có sự vận chuyển trong xylem, cây không thể tự tạo ra thức ăn thông qua quá trình quang hợp.

Siobhan Brady, tác giả chính của nghiên cứu, giáo sư sinh học thực vật tại UC Davis, cho biết: “Xylem rất quan trọng trong việc bảo vệ thực vật chống lại hạn hán cũng như muối và các áp lực khác. Ngược lại, nếu không có sự vận chuyển khoáng thực vật trong xylem, con người và các động vật khác sẽ có ít vitamin và chất dinh dưỡng cần thiết hơn cho sự sống của chúng ta".

Ngoài một số yếu tố điển hình cần thiết để hình thành xylem, đã tìm thấy các gen mới đáng kinh ngạc. Bộ gen quan trọng thứ hai là những gen chỉ đạo lớp ngoài của rễ tạo ra lignin và suberin. Suberin là chất quan trọng có trong lớp màng của vỏ cây, bao quanh các tế bào thực vật thành một lớp dày, giữ nước trong thời gian khô hạn.

Cây trồng như cà chua và lúa có suberin trong rễ. Cây táo có suberin bao quanh các tế bào bên ngoài của chúng. Bất cứ nơi nào có nó, đều ngăn không cho cây bị mất nước. Lignin cũng chống thấm các tế bào và hỗ trợ cơ học.

Julia Bailey-Serres, đồng tác giả nghiên cứu, Giáo sư di truyền học của Trường Đại học California, Riverside nói: “Suberin và lignin là những dạng bảo vệ hạn hán tự nhiên và giờ đây khi đã xác định các gen mã hóa chúng trong lớp tế bào cụ thể, có thể tăng cường những hợp chất này. Bà nói: “Tôi rất vui vì chúng tôi đã tìm hiểu rất nhiều về các gen quy định lớp rào chứa độ ẩm này. Nó vô cùng quan trọng để có thể cải thiện khả năng chịu hạn cho cây trồng”.

Các gen mã hóa cho mô phân sinh rễ ở thực vật hóa ra cũng rất giống nhau giữa cà chua, lúa và Arabidopsis, một loại cây kiểu mẫu giống cỏ dại. Mô phân sinh là đầu phát triển của mỗi rễ và nó là nguồn gốc của tất cả các tế bào tạo nên rễ.

Bailey-Serres cho biết: “Đó là nơi sẽ tạo ra phần còn lại của rễ và đóng vai trò là ngách tế bào gốc của nó. Nó quy định các thuộc tính của chính rễ, chẳng hạn như độ lớn của chúng. Có kiến ​​thức về nó có thể giúp chúng tôi phát triển hệ thống rễ tốt hơn”.

Brady giải thích rằng khi nông dân quan tâm đến một loại cây trồng cụ thể, họ sẽ chọn những cây có những đặc điểm mà họ có thể nhìn thấy, chẳng hạn như trái cây to hơn, hấp dẫn hơn. Khó khăn hơn nhiều là việc các nhà lai tạo chọn những cây có đặc tính bên dưới mặt đất mà họ không thể nhìn thấy. Brady cho biết: “ Nửa ẩn ”của cây trồng, bên dưới mặt đất, rất quan trọng để các nhà lai tạo xem xét nếu họ muốn trồng cây thành công. Có thể sửa đổi mô phân sinh rễ ở cây sẽ giúp chúng tôi tạo ra cây trồng với các đặc tính mong muốn hơn”.

Mặc dù nghiên cứu này chỉ phân tích ba loại cây, nhưng nhóm nghiên cứu tin rằng những phát hiện này có thể được áp dụng rộng rãi hơn. Bailey-Serres cho biết: “Cà chua và lúa cách nhau hơn 125 triệu năm tiến hóa, nhưng chúng tôi vẫn thấy những điểm tương đồng giữa các gen kiểm soát các đặc tính chính. Dường như những điểm tương đồng này cũng đúng với các loại cây trồng khác".

Trường Đại học California, Riverside

T. Tố Quyên dịch

Nguồn: Lab Manager – Hoa Kỳ