Mất phân tử microRNA làm tăng sản lượng gạo

Giống lúa tự nhiên rất khác so với các giống lúa thuần hóa ngày nay. Mặc dù không rõ khi nào con người bắt đầu trồng lúa, cánh đồng lúa lâu đời nhất có niên đại từ năm 4000 trước Công nguyên. Trong quá trình trồng trọt lâu đời, các giống lúa có đặc điểm bị giảm năng suất hoặc hạt vỡ vụn đã bị loại bỏ, trong khi những cây có đặc điểm làm tăng năng suất (ví dụ, cấu trúc hoa nhánh cao) đã được chọn và nhân giống. Mặc dù các giống lúa này hiện đã cung cấp lương thực cho phần lớn dân số thế giới, chúng vẫn không thể chịu đựng được các điều kiện môi trường khắc nghiệt.

Các nhà khoa học có thể kiểm tra cơ sở di truyền đối với một số thay đổi diễn ra trong quá trình thuần hóa lúa bằng cách so sánh các gien trong cây lúa trồng hiện nay với những giống lúa tự nhiên. Sử dụng phương pháp này, một số gien quan trọng đã được thay đổi trong quá trình thuần hóa, chẳng hạn như các nhà nghiên cứu đã xác định và nghiên cứu những gien ảnh hưởng đến sự vỡ hạt.

Một nhóm các nhà nghiên cứu từ Trung tâm Quốc gia về Khoa học Sinh học, Viện Nghiên cứu Cơ bản Tata ở Ấn Độ do Tiến sĩ P.V. Shivaprasad chủ trì quan tâm đến vấn đề liệu một bộ điều chỉnh phân tử, có tên là microRNA, có góp phần vào việc thuần hóa các giống lúa hay không. MicroRNA điều chỉnh các gien mục tiêu cụ thể bằng cách liên kết với các bản sao RNA của gien và cùng với các phân tử khác, ngăn chặn hoạt động của chúng hoặc cắt chúng thành các mảnh nhỏ. Trong các trường hợp đặc biệt, các mảnh RNA ngừng hoạt động của các gien tương tự.

Các nhà nghiên cứu đã so sánh các quần thể microRNA của các dòng lúa indica năng suất cao với các giống lúa tự nhiên và một số giống lúa truyền thống. Một loại microRNA nổi bật: miR397 tích lũy ở mức cao trong lá của lúa tự nhiên, nhưng hầu như không thể phát hiện được ở các cây khác. Các nhà khoa học đã chỉ ra rằng miR397 đã khiến một số thành viên của gia đình gien laccase ngừng hoạt động. Các gien laccase, trong đó có 30 gien trong bộ gien của lúa, mã hóa các protein thúc đẩy sự hình thành mô gỗ, do đó cung cấp độ bền cơ học. Bằng cách ngừng hoạt động một tập con của những gen này, miR397 làm giảm đáng kể sự hình thành mô gỗ. Hơn nữa, khi các nhà khoa học chuyển gien biểu hiện gien mã hóa miR397 trong cây lúa thuần hóa, các cây thu được giống với cây lúa tự nhiên hơn so với cây lúa thuần, với thân cây dài, mảnh khảnh; lá hẹp, ngắn; ít cấu trúc hoa; và hầu như không có bất kỳ hạt gạo nào. Trên thực tế, nhóm nghiên cứu đã loại bỏ một phần lúa đã thuần hóa bằng cách tăng mức độ của một loại microRNA đơn lẻ.

Những phát hiện này đưa ra những câu hỏi hấp dẫn. Nếu làm im lặng một số gien laccase bằng cách tăng mức độ miR397 ảnh hưởng tiêu cực đến năng suất, liệu việc này có điều chỉnh biểu hiện của cùng một tập hợp các gien laccase này làm tăng sản lượng lúa hay không? Ngoài ra, liệu có thể làm giảm mức độ của miR397 trong cây lúa tự nhiên, và do đó tăng các gien laccase, cải thiện sản lượng, trong khi giữ lại những đặc điểm cho phép giống lúa tự nhiên phát triển mạnh trong môi trường khắc nghiệt hay không?

Tiến sĩ Shivaprasad nói: “miR397 và các gien laccase trùng với các khu vực gien không xác định được dự đoán có liên quan đến năng suất lúa. Việc thay đổi biểu hiện của chúng trong các giống lúa tự nhiên và lúa trồng sẽ hữu ích trong việc cải thiện năng suất và các đặc điểm có lợi khác. Chúng tôi hy vọng rằng phát hiện của chúng tôi sẽ thúc đẩy các nghiên cứu khác nhằm xác định những thay đổi khác liên quan đến thuần hóa thực vật, đóng góp cải thiện các giống cây trồng cho tương lai”.

Nguyễn Minh Thu (Theo sciencedaily)

Trả lời

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai. Các trường bắt buộc được đánh dấu *