Nguồn: Pixabay/CCO public domain.
Các nhà nghiên cứu tại Đại học Bang Bắc Carolina cho thấy một gen quan trọng trên cây ngô có tên là HPC1 điều chỉnh các quá trình hóa học nhất định góp phần vào thời gian ra hoa, giống ngô có xuất xứ từ "teosinte mexicana", đây là giống mọc hoang ở vùng cao nguyên Mexico. Những phát hiện này cung cấp cái nhìn sâu hơn về sự tiến hóa của thực vật và sự chọn lọc các tính trạng và có thể có những tác động đối với sự thích nghi của ngô và các cây trồng khác với nhiệt độ thấp.
Rubén Rellán-Álvarez cho biết: “Chúng tôi muốn tìm hiểu thêm về sự biến đổi tự nhiên của lipid liên quan đến sự tăng trưởng và phát triển của thực vật và các hợp chất này có thể giúp thực vật thích nghi với môi trường thực tế ra sao”. Cụ thể đó là: “Sự biến đổi Lipid (phospholipid) bao gồm phốt pho, axit béo và vai trò của chúng trong việc thích ứng với điều kiện lạnh, ít phốt pho và điều chỉnh các quá trình quan trọng đối với sinh trưởng và năng suất của cây trồng như thời gian ra hoa”.
Ngô được trồng ở độ cao hơn, nhiệt độ lạnh hơn sẽ có một chút bất lợi hơn khi trồng ở độ cao thấp hơn và nhiệt độ cao hơn.
Rellán-Álvarez cho biết: “Ở vùng cao, trong điều kiện nhiệt độ lạnh hơn, thời gian sinh trưởng của ngô kéo dài hơn để tạo ra một cây ngô do tích lũy đơn vị nhiệt thấp hơn. Ở độ cao 10.000 feet (2.600 mét), thời gian sinh trưởng dài hơn gấp ba lần so với ở độ cao thấp hơn”. Để thích nghi với những điều kiện đặc biệt này, nông dân sản xuất nhỏ - phải bắt đầu vụ trồng sớm và trồng sâu trong đất; có tốc độ tăng trưởng rất chậm nhưng ổn định trong những tháng trước đó cho đến khi mùa mưa đến. Qua hàng thiên niên kỷ, người dân đã chọn ra những giống ngô có thể phát triển mạnh trong những điều kiện đặc biệt này bằng cách có thể phát triển ở nhiệt độ thấp và ra hoa sớm trước khi những tháng lạnh hơn đến vào mùa đông”.
Các giống ngô ở Hoa Kỳ được trồng ở độ cao thấp, khi xuất hiện gen HPC1 thì gen phân hủy phospholipid liên kết với các protein quan trọng giúp đẩy nhanh thời gian ra hoa.
Allison Barnes cho biết: “Phospholipid là những khối xây dựng quan trọng của màng tế bào.
Rellán-Álvarez nói : “Ở ngô vùng cao, chúng tôi đã phát triển một đột biến CRISPR-Cas9 trên một đoạn gen khiếm khuyết và có hàm lượng phospholipid cao đồng thời xác nhận chức năng trao đổi chất của gen. Các thí nghiệm khác cũng cho thấy các tương tác phospholipid-protein tương tự đã được mô tả ở các loài khác để điều chỉnh thời gian ra hoa”.
Barnes cho biết thêm: “Các phospholipid không bị phân hủy ở vùng cao nguyên có thể tốt hơn cho việc giữ các màng lại với nhau, cho phép cây tồn tại trong môi trường bất lợi”.
Kết quả thực hiện của các thí nghiệm ở các vùng đất thấp và cao nguyên của Mexico phát hiện gen HPC1 xuất hiện ở vùng cao nguyên. Họ phát hiện ra rằng ngô ở cao nguyên ra hoa sớm hơn một ngày so với những cây ở vùng đất thấp.
Tiến sĩ Fausto Rodríguez-Zapata cho biết: “Nó giúp cây trồng thích nghi tốt hơn trong môi trường tự nhiên”. Sinh viên của ông cũng cho rằng: “Nếu sự ra hoa không hoạt động, sẽ không có hạt giống, vì vậy không có gì đáng ngạc nhiên khi một thứ gì đó liên quan đến thời gian ra hoa cũng liên quan đến sự thích nghi của tự nhiên”.
Nghiên cứu cũng kiểm tra sự tiến hóa của ngô qua hàng nghìn năm chọn lọc của nông dân trên khắp Tây bán cầu. Người Mỹ bản địa đã thuần hóa ngô cách đây hàng nghìn năm ở tây nam Mexico từ một loài thực vật hoang dã có tên là teosinte parviglumis sau đó chọn lọc và cây ngô đã thích nghi trên khắp châu Mỹ - từ sa mạc Arizona và Perú đến những khu rừng ẩm ướt ở Yucatán và Colombia, bao gồm lên đến vùng cao nguyên Mexico, nơi ngô được lai với một cây teosinte hoang dại khác - teosinte mexicana .
Rellán-Álvarez cho biết: “Kết quả của chúng tôi cho thấy ngô lai tạo với teosinte mexicana đã giúp cây thích nghi với điều kiện vùng cao và tổ hợp này phù hợp với các giống ngô ngày nay”.
Trong nghiên cứu, các nhà nghiên cứu đã chỉ ra rằng các mảnh gen từ teosinte mexicana - cụ thể là phiên bản cao nguyên của HPC1 - đã được giữ lại trong ngô ngày nay. Rodríguez-Zapata cho biết: "Việc lưu giữ này - cái mà các nhà khoa học gọi là sự xâm nhập - tương tự như con người hiện đại giữ lại các mảnh của người Neanderthal trong mã di truyền của họ.
Nghiên cứu cũng chỉ ra biến thể HPC1 trong ngô được trồng ở cao nguyên Canada, bắc Hoa Kỳ và bắc Âu - điều này có ý nghĩa do khí hậu lạnh hơn ở những địa điểm đó.
Các nhà nghiên cứu của bang NC hiện đang xem xét vai trò của gen này và các gen khác liên quan đến quá trình chuyển hóa phốt pho để tìm hiểu các cách trồng ngô bền vững hơn và có lẽ để đưa nhiều teosinte mexicana hơn các giống ngô mới.
Đinh Thị Hương theo Phys.org
