Trong các phát hiện được công bố vào ngày 16 tháng 3 trong Kỷ yếu của Viện Hàn lâm Khoa học Quốc gia, các nhà nghiên cứu đã xác định được một gien mã hóa yếu tố phiên mã - một loại protein hữu ích để chuyển đổi ADN thành RNA - kích hoạt trình tự gien chịu trách nhiệm cho sự phát triển của một đặc điểm quan trọng cho phép cây ngô phát triển rễ hút nhiều nước và chất dinh dưỡng.

Theo trưởng nhóm nghiên cứu Jonathan Lynch, Giáo sư khoa học thực vật, nhóm nghiên cứu đã quan sát được kiểu hình hình thành các đường dẫn khí trong rễ. Nhóm của ông tại Đại học Pennsylvania đã chỉ ra rằng kiểu hình này làm cho quá trình trao đổi chất của rễ trở nên hiệu quả hơn, cho phép rễ khám phá đất tốt hơn và thu được nhiều nước cũng như chất dinh dưỡng hơn từ đất khô, bạc màu.

Lynch lưu ý: Giờ đây, việc xác định cơ chế di truyền đằng sau đặc điểm này sẽ giúp ích nhiều cho việc nhân giống.

Trong nghiên cứu, Hannah Schneider, đã sử dụng các công cụ di truyền mạnh mẽ được phát triển trong nghiên cứu trước đây tại Đại học Pennsylvania để đo các đặc điểm của hàng nghìn rễ trong một thời gian ngắn.

Bằng cách sử dụng các công nghệ như chụp cắt lớp bằng laze và đường ống giải phẫu, cùng với các nghiên cứu liên kết trên toàn bộ bộ gien, Hannah Schneider đã tìm thấy gien -- một yếu tố phiên mã bHLH121 -- khiến ngô biểu hiện khí mô ở vỏ rễ.

Hannah Schneider cho biết: “Lần đầu tiên chúng tôi thực hiện các thí nghiệm trên đồng ruộng trong nghiên cứu này bắt đầu từ năm 2010, trồng hơn 500 dòng ngô tại các địa điểm ở Pennsylvania, Arizona, Wisconsin và Nam Phi. Tôi đã làm việc ở tất cả những địa điểm đó. Chúng tôi đã thấy bằng chứng thuyết phục rằng chúng tôi đã xác định được một gien liên quan đến khí mô vỏ rễ”.

Nhưng việc chứng minh mất nhiều thời gian. Các nhà nghiên cứu đã tạo ra nhiều dòng ngô đột biến bằng cách sử dụng các phương pháp thao tác di truyền như hệ thống chỉnh sửa gien CRISPR/Cas9 và loại bỏ gien để cho thấy mối liên hệ nhân quả giữa yếu tố phiên mã và sự hình thành khí mô vỏ rễ.

Hannah Schneider cho biết: “Phải mất nhiều năm không chỉ để tạo ra những dòng đó mà còn để tạo kiểu hình cho chúng trong những điều kiện khác nhau để xác nhận chức năng của gien này. Chúng tôi đã dành 10 năm cho nghiên cứu này, xác nhận và xác thực các kết quả của mình, để đảm bảo rằng đây là gien và yếu tố phiên mã cụ thể kiểm soát sự hình thành khí mô vỏ rễ”.

Trong bài báo, các nhà nghiên cứu đã báo cáo rằng các nghiên cứu về chức năng đã tiết lộ rằng dòng ngô đột biến với gien bHLH121 bị loại bỏ và dòng đột biến CRISPR/Cas9 trong đó gien này được chỉnh sửa để ngăn chặn chức năng của nó đều cho thấy sự hình thành khí mô vỏ rễ bị giảm.

Theo các nhà nghiên cứu, đặc điểm của các dòng này trong điều kiện mức nước và nitơ dưới mức tối ưu trong nhiều môi trường đất tiết lộ rằng gien bHLH121 cần thiết cho sự hình thành khí mô vỏ rễ. Và việc xác nhận tổng thể về tầm quan trọng của gien bHLH121 trong sự hình thành khí mô vỏ rễ cung cấp một dấu hiệu mới cho các nhà nhân giống cây trồng để chọn các giống cho năng suất trong các điều kiện dưới mức tối ưu.

Lynch cho biết: “Hạn hán là rủi ro lớn nhất đối với người trồng ngô và đang trở nên tồi tệ hơn cùng với biến đổi khí hậu, và nitơ là chi phí lớn nhất của việc trồng ngô, từ cả góc độ tài chính và môi trường. Việc lai tạo các dòng ngô hiệu quả hơn trong việc thu thập chất dinh dưỡng sẽ là một bước phát triển lớn”.

Theo https://www.mard.gov.vn/