Góc chuyên gia

Các nhà nghiên cứu khám phá về di truyền học con đường ngô có thể thích nghi nhanh hơn với khí hậu mới

Ngô là một loại lương thực chủ yếu trên toàn thế giới. Tại Hoa Kỳ, nơi được biết nỗi tiếng là ngô, gần 90 triệu mẫu đã được trồng vào năm 2018, thu về 47,2 tỷ đô la. Tuy nhiên, dưới tác động của biến đổi khí hậu, loại cây trồng đặc trưng này có thể không thu được giá tốt như vậy. Khi thế giới cố gắng nuôi sống dân số tăng nhanh lên chín tỷ vào năm 2050, điều đó có ý nghĩa rất lớn. Do vậy, chúng ta nên làm thế nào với điều này? Câu trả lời có thể kỳ lạ.

Một nhóm đa tổ chức do nhà di truyền học thực vật Randy Wisser của Đại học Delwar dẫn đầu đã giải mã bản đồ di truyền về cách ngô từ môi trường nhiệt đới có thể thích nghi với mùa hè ôn đới của Hoa Kỳ. Wisser thấy những giống lạ này, hiếm khi được sử dụng trong chăn nuôi, như là chìa khóa để tạo ra các giống ngô thời kỳ tiếp theo.

“Nếu chúng ta có thể mở rộng cơ sở di truyền bằng cách sử dụng các giống lạ, có lẽ chúng ta có thể chống lại các căng thẳng như bệnh mới nổi và hạn hán liên quan đến việc trồng ngô trong điều kiện khí hậu thay đổi”, Wisser, phó giáo sư tại Khoa Khoa học Thực vật và Đất của UD nói. “Điều đó là rất quan trọng để đảm bảo sản xuất rộng rãi cho hàng tỷ người phụ thuộc vào nó”.

Các dòng ngô hiện đại được tạo ra chỉ từ một phần nhỏ mật độ ngô toàn cầu. Sự truyền có giới hạn này làm tăng mối lo ngại về tính dễ bị hư hại của ngô Mỹ trong điều kiện khí hậu thay đổi. Ngân hàng hạt giống của Bộ Nông nghiệp Hoa Kỳ (USDA) bao gồm hàng chục ngàn giống, nhưng nhiều loại không được sử dụng.

“Chúng tôi biết rằng các giống ngô nhiệt đới đại diện cho nguồn đa dạng di truyền lớn nhất của chúng tôi”, Jim Holland, một nhà di truyền học thực vật thuộc Sở nghiên cứu nông nghiệp USDA tại bang North Carolina cho biết. “Nghiên cứu này đã cải thiện sự hiểu biết của chúng tôi về những di truyền đó, vì vậy chúng tôi có thể sử dụng thông tin này để hướng dẫn các nỗ lực nhân giống trong tương lai để bảo vệ cây ngô”.

Ví dụ một số dòng ngô lạ xử lý tốt hơn hạn hán hoặc ngập úng hoặc đất có hàm lượng nitơ thấp. Nhưng vì các dòng này đã phát triển bên ngoài Hoa Kỳ, nên chúng không phù hợp ngay với các tiểu bang như Delaware. Vì vậy, các dòng ngô lạ trước hết cần phải được điều chỉnh trước.

Trước đó, Wisser và các đồng nghiệp đã chỉ ra rằng cần phải chọn lọc di truyền lặp đi lặp lại 10 năm để thích nghi với dòng ngô nhiệt đới tới ôn hòa Hoa Kỳ. Đồng tác giả Arnel Hallauer đã dành một thập kỷ để điều chỉnh quần thể thông qua nhân giống chọn lọc, vì vậy nó có thể phát triển mạnh trong một môi trường như Delaware.

“Điều tuyệt vời bây giờ là chúng ta có thể quay trở lại các thế hệ ban đầu từ Tiến sĩ Hallauer và phát triển chúng cạnh nhau trong cùng một lĩnh vực”, Wisser nói về thiết kế thử nghiệm đầu tiên. “Điều này cho phép chúng ta loại trừ ảnh hưởng của môi trường đến từng tính trạng, trực tiếp phơi bày thành phần di truyền của tiến hóa. Điều này đã mở ra một kênh ‘quay lại tương lai’ nơi chúng ta có thể thiết kế lại cách tiếp cận để phát triển các giống hiện đại”.

Mặc dù cực kỳ ấn tượng, một thập kỷ để ngô lạ thích nghi với môi trường mới là rất nhiều thời gian khi đồng hồ về biến đổi khí hậu đang kêu. “Thật không may, quá trình này mất 10 năm, không tính các đánh giá liên tục và tích hợp các biến thể lạ vào các giống ngô được sử dụng phổ biến hơn”, Wisser nói. “Với các mối đe dọa khí hậu mà chúng ta phải đối mặt, đó là một thời gian dài. Vì vậy, đạt được những hiểu biết sâu sắc về quá trình tiến hóa này sẽ giúp chúng ta nghĩ ra cách rút ngắn khoảng thời gian”.

Các chủng khác nhau bởi tất cả các loại tính trạng, bao gồm cả màu hạt giống. Các cá thể được xem xét mang các biến thể mong muốn được sử dụng để làm phong phú các gen làm nổi bật các đặc điểm cụ thể để tạo ra các giống mới. Ảnh: Đại học Delaware.

Sự thích nghi nhanh

Wisser không lãng phí bất cứ lúc nào khi ông khám phá những cách để tăng cường khả năng sống sót và phát triển của ngô. Ông và Holland đang thực hiện một dự án mới để cắt giảm khoảng thời gian đó xuống một nửa.

Trong nghiên cứu tiên tiến được tài trợ bởi Viện Nông nghiệp và Thực phẩm Quốc gia của Bộ Nông nghiệp Hoa Kỳ, nhóm nghiên cứu đang phân tích cách thức bộ gen của ngô hoạt động trong môi trường mục tiêu khi họ nhắm đến việc xây dựng một mô hình dự đoán cho phù hợp.

“Những gì chúng tôi đang làm là giải trình tự bộ gen và đo lường các đặc điểm như thời gian ra hoa hoặc bệnh cho từng cá thể trong một thế hệ. Từ đó, chúng tôi có thể tạo một bảng tra cứu cho phép chúng tôi thấy trước những cá thể ở thế hệ tiếp theo có những đặc điểm tốt nhất dựa trên hồ sơ di truyền của chúng, “Wisser đã nói; “Và bảng tra cứu của chúng tôi có thể được tùy chỉnh để dự đoán cách các cá thể sẽ phản ứng trong một môi trường hoặc địa điểm cụ thể như Delaware”.

Điều đó có nghĩa là các nhà nhân giống cây trồng có thể trồng một thế hệ ngô thứ hai ở bất cứ đâu ngoài Delaware, nhưng vẫn dự đoán những cá thể nào sẽ phù hợp nhất với môi trường của Delaware.

“Ví dụ, ngay cả khi cây được trồng ở nơi không có bệnh, mô hình dự đoán của chúng tôi vẫn có thể chọn cây kháng và lai chúng để làm phong phú các gen gây kháng thuốc”, Wisser nói. Với phương pháp này, các nhà nghiên cứu không phải chờ đợi một mùa đông Delaware, vì vậy chúng có thể tiếp tục thích nghi mật số ban đầu ít nhất một thế hệ thêm mỗi năm. Đó là cách 10 năm nhân giống chọn lọc để thích nghi ban đầu có thể trở thành năm, cung cấp một lộ trình nhanh hơn để truy cập các gen lạ.

Nỗ lực mới này kết nối với bộ gen đến ngoài đồng (G2F) Sáng kiến, được phát triển vào năm 2013 để hiểu và tận dụng mối liên hệ giữa bộ gen và hiệu suất cây trồng vì lợi ích của người trồng, người tiêu dùng và xã hội.

Nếu Wisser và Holland có thể phát triển một phương pháp để cây ngoại lai thích nghi ban đầu nhanh chóng, thì điều này sẽ mở ra một làn đường cho G2F để kiểm tra tác động của các bộ gen độc đáo này đến hiệu suất cây trồng.

“Mục tiêu của chúng tôi là thúc đẩy khoa học để các nhà lai tạo có thể rút ra được một loạt các sự đa dạng đã tích lũy qua hàng ngàn năm tiến hóa”, Wisser, người đã tham gia vào sáng kiến công tư kể từ khi bắt đầu. Đến lượt mình, họ có thể sản xuất các giống cải tiến cho các nhà sản xuất và người tiêu dùng đối mặt với những thách thức của biến đổi khí hậu”.

Nguồn Viện KHKT Nông Nghiệp Miền Nam


Liên quan bài

Khởi nghiệp trong nông nghiệp và bài học kinh nghiệm từ Israel

Nguyễn Hưng

Xuất khẩu thủy sản được dự báo mang về 9 tỷ USD trong năm 2020

Danh Tình

TOẠ ĐÀM CHUYÊN GIA GÓP Ý CHO DỰ THẢO 1 BÁO CÁO NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ VAI TRÒ CỦA HIỆP HỘI LƯƠNG THỰC VIỆT NAM (VFA) VÀ ĐỀ XUẤT CÁC BIỆN PHÁP CẢI TỔ HIỆP HỘI

Nguyễn Hưng

Để lại một bình Luận