Mặc dù nước là điều cần thiết cho sự tăng trưởng thực vật, số lượng quá nhiều có thể làm ngập nước và giết chết một cây. Ở Nam và Đông Nam Á, nơi xảy ra lũ định kỳ trong mùa mưa, độ sâu nước có thể lên đến vài mét trong nhiều tháng.
Thay đổi hình thái tạm thời của gạo trong điều kiện nước sâu.
Nguồn: Bản quyền Takeshi Kuroha, Keisuke Nagai và Motoyuki Ashikari
Mặc dù nước là điều cần thiết cho sự tăng trưởng thực vật, số lượng quá nhiều có thể làm ngập nước và giết chết một cây. Ở Nam và Đông Nam Á, nơi xảy ra lũ định kỳ trong mùa mưa, độ sâu nước có thể lên đến vài mét trong nhiều tháng.
Các giống lúa được gọi là “lúa nước sâu” đã phát triển một chiến lược duy nhất để đảm bảo sự sống còn của chính họ. Lúa nước sâu phát triển bình thường trong vùng nước nông nhưng trong các trận lũ lớn làm tăng chiều cao của nó để phù hợp với mực nước dâng cao, để cho phép các nhà máy đi ra ngoài những trận lũ dài.
Một nhóm nghiên cứu bao gồm Takeshi Kuroha tại Đại học Tohoku, Motoyuki Ashikari tại Đại học Nagoya, Susan R. McCouch tại Đại học Cornell và các đồng nghiệp ở Nhật Bản và Mỹ, đã phát hiện ra một gen trong cây lúa rất quan trọng cho sự sống còn của nó trong điều kiện lũ lụt. Họ cũng làm sáng tỏ chức năng phân tử và lịch sử tiến hóa của nó.
Nhóm nghiên cứu đã xác định được SD1 (SEMIDWARF1), là một gen quan trọng chịu trách nhiệm cho phản ứng của nước sâu. Các SD1 mã hóa một enzyme sinh tổng hợp gibberellin – một hormone thực vật. Gen này phối hợp sự đáp ứng lúa nước sâu thông qua một alen tăng cường chức năng duy nhất. Khi bị ngập nước, gạo tích tụ ethylene, một loại hoóc môn thực vật dạng khí. Gạo nước sâu khuếch đại một tín hiệu chuyển tiếp trong đó gen SD1 được kích hoạt phiên mã bởi một yếu tố phiên mã đáp ứng ethylene, OsEIL1a.
Protein SD1 kết quả trực tiếp làm tăng tổng hợp các gibberellin, phần lớn là một trong những loài gibberellin, GA4, thúc đẩy sự tăng trưởng theo chiều dọc trong cây. Phân tích sâu hơn cho thấy biến thể chức năng có điều kiện này phát triển đầu tiên trong tổ tiên hoang dã và sau đó là mục tiêu lựa chọn trong quá trình thuần hóa lúa canh tác thích nghi với môi trường nước sâu ở Bangladesh.
Gen SD1 được biết đến như là gen chuyển gien xanh trong cây lúa, nơi mà một alen mất chức năng của SD1 có chiều cao cây ngắn, cung cấp khả năng kháng bệnh và tăng chỉ số thu hoạch, tạo ra năng suất hạt lớn hơn trong các hệ thống nông nghiệp đầu vào cao.
Một alen thu được chức năng phiên mã của cùng một gen cho phép lúa nước sâu thích ứng với lũ lụt thông qua phản ứng kiểu hình ngược lại – tăng chiều cao cây trồng. Khả năng của SD1 hoạt động trong các vai trò đa dạng như vậy trong canh tác lúa làm nổi bật tính dẻo dai vốn có của phản ứng của cây đối với môi trường của nó.
“Các sự kiện thời tiết khắc nghiệt do biến đổi khí hậu có thể ảnh hưởng đến sản xuất lương thực trên toàn thế giới”, Kuroha nói. “Nông dân sẽ cần phải đa dạng hóa các phương pháp của họ và biến thể di truyền khó hiểu tìm thấy trong các gen lúa hoang dã có thể cung cấp các giải pháp thích ứng cho việc trồng cây đàn hồi.”
Nguồn: https://www.sciencedaily.com/releases/2018/07/180712141631.htm
