Phát hiện bất ngờ dẫn đến cơ chế kiểm soát thụ phấn tiềm năng cho ngô non
Nguyễn Thị Quỳnh Thuận theo Đại học bang Iowa
Ngô non, về cơ bản là những bắp ngô non chưa thụ phấn, là một loại thực phẩm đặc sản đang thu hút sự chú ý nhờ hàm lượng dinh dưỡng cao và lượng calo thấp. Nó cũng có giá trị kinh tế đáng kể như một loại cây trồng mang lại lợi nhuận nhanh chóng với thị trường toàn cầu. Hiện nay, Thái Lan là nhà sản xuất ngô non lớn nhất, với giá trị ước tính hàng năm là 64 triệu đô la.
Chất lượng và hương vị của bắp non bị giảm đáng kể do quá trình thụ phấn. Để ngăn ngừa thụ phấn, nông dân phải dựa vào công đoạn khử đực tốn nhiều công sức và chi phí để loại bỏ hoa đực khỏi cây ngay từ giai đoạn đầu sinh trưởng, trước khi chúng phát tán phấn hoa để thụ tinh cho bắp và tạo hạt. Một giải pháp thay thế đầy hứa hẹn cho vấn đề tắc nghẽn này đã được các nhà nghiên cứu tại Đại học bang Iowa, những người nghiên cứu về lai tạo giống ngô, phát hiện.
“Hiện tượng ức chế sinh trưởng làm râu bắp phát triển kém”
Họ đã phát triển một biến thể gen mới dẫn đến hiện tượng "sợi tơ/râu bắp còi cọc". Cơ chế kiểm soát thụ phấn bằng gen mới này gần đây đã được công bố trên tạp chí Plant Physiology.
“Trong quá trình nghiên cứu đặc điểm của gen và các đột biến của chúng vì những lý do khác, chúng tôi đã quan sát thấy một đột biến dẫn đến sự giảm đáng kể số lượng râu ngô. Những sợi râu ngắn này chủ yếu phát triển bên trong vỏ ngô, làm giảm cơ hội thụ phấn”, Siddique Aboobucker, một nhà khoa học tại Đại học bang Iowa vào thời điểm nghiên cứu và hiện là trợ lý giáo sư tại Đại học Kentucky, cho biết. Đặc điểm độc đáo này của râu ngô ngắn và còi cọc có liên quan đến việc xóa bỏ gen ZmBMF2 bằng phương pháp chỉnh sửa gen CRISPR/Cas9.
Giống ngô biến đổi gen vẫn có râu ngô, mặc dù chúng rất ngắn và hiếm khi vươn ra khỏi vỏ. Trong suốt bốn năm nghiên cứu, râu ngô chỉ mọc ra khỏi vỏ trong một năm duy nhất, và số lượng cũng không đủ để thụ phấn và tạo hạt. Phát hiện này có thể mở đường cho một cơ chế kiểm soát thụ phấn thay thế, đặc biệt hữu ích cho việc sản xuất ngô non.
Tuy nhiên, nếu loại bỏ lớp vỏ bi, cây vẫn có thể thụ phấn và tạo ra hạt giống – một yếu tố quan trọng cho các chương trình lai tạo giống trong tương lai, theo các nhà nghiên cứu. Họ cũng phát hiện ra rằng đột biến này không ảnh hưởng đến các đặc điểm khác liên quan đến năng suất, chẳng hạn như số hàng hạt hoặc chiều dài bắp.
“Cơ sở sinh học của quá trình phát triển râu bắp vẫn còn ít được nghiên cứu”
“Sinh học về sự phát triển của râu ngô vẫn là một lĩnh vực nghiên cứu chưa được khám phá đầy đủ, mặc dù tầm quan trọng của nó rất lớn”, Thomas Lübberstedt, giáo sư KJ Frey về Nông học, đồng tác giả của nghiên cứu cho biết. “Chỉ có hai đột biến gen liên quan đến sự phát triển của râu ngô được xác định. Giờ đây, chúng tôi đã tìm thấy một gen liên quan đến sự phát triển tối thiểu của râu ngô. Điều này rất thú vị vì tiềm năng mang lại lợi ích cho một ngành nông nghiệp thay thế. Nó cũng có những ý nghĩa rộng hơn đối với công tác lai tạo giống ngô và công nghệ sinh học thực vật, cần được nghiên cứu thêm”.
Ví dụ, ngô biến đổi gen cũng cho thấy khả năng làm chậm quá trình “lão hóa”, tức là quá trình phát triển và lão hóa tế bào. “Điều này có thể mở ra một hướng đi mới để kiểm soát thời gian sản xuất tốt hơn, mang lại khả năng thích ứng cao hơn với điều kiện môi trường ở các vùng trồng trọt khác nhau”, Aboobucker nói.
Những khám phá bất ngờ
Các nhà nghiên cứu ghi nhận hiện tượng ‘râu bắp phát triển kém’ khi khảo sát khả năng hữu thụ đực ở thể đơn bội, một nội dung thuộc di truyền học ngô gắn liền với việc tạo dòng thuần.
“Đôi khi trong nghiên cứu, bạn sẽ tìm thấy những kết quả thú vị mà bạn không ngờ tới và chúng có thể dẫn đến những phát hiện quan trọng”, Lübberstedt nói. “Điều đó đòi hỏi một cách tiếp cận sáng tạo, dựa vào trực giác và sự kiên nhẫn, vì hầu hết các trường hợp đều cần phải đào sâu hơn và tiến hành thêm các thí nghiệm. Trong trường hợp này, phát hiện này có tiềm năng thực sự dẫn đến một hướng nghiên cứu mới và các sản phẩm mới”.
Dự án này được tài trợ một phần bởi Quỹ Khoa học Quốc gia (NSF) và Viện Khoa học Thực vật cùng Trung tâm Kỹ thuật Sinh học Cây trồng của Đại học Bang Iowa. Nghiên cứu trong tương lai nhằm kiểm tra tính khả thi của đặc điểm râu ngô ngắn này trong nguồn gen ngô non Ấn Độ được hỗ trợ chung bởi các khoản tài trợ từ NSF và Bộ Công nghệ Sinh học, Chính phủ Ấn Độ.
“Quá trình khám phá để mở ra những cánh cửa mới và cơ hội kinh tế rất bổ ích và thú vị”, Aboobucker nói. “Chúng tôi may mắn có được nguồn tài trợ hỗ trợ nghiên cứu tiên tiến, cho phép chúng tôi linh hoạt theo đuổi những phát hiện bất ngờ”.
KA105
là dòng bắp cận giao, ưu việt được trồng phổ biến ở vùng khô hạn và bán
khô hạn của Trung Quốc. Dòng bắp này biểu hiện tính kháng cao với nhiều
bệnh hại.