Japonica và Indica là 2 giống lúa được trồng rộng rãi ở Trung Quốc, mỗi loại có những đặc điểm và phân bổ địa lý riêng biệt, theo SCMP.

Những giống lúa lai của 2 loại này khoẻ hơn, có khả năng chống chịu sâu bệnh, hạn hán cao hơn. Tuy nhiên, giống lúa lai của Japonica và Indica không thể tạo ra hạt giống do cách ly sinh sản - tức tập hợp các cơ chế ngăn thành viên của các loài khác nhau sinh ra thế hệ con có khả năng sinh sản.

Sau 13 năm nghiên cứu, nhóm nghiên cứu từ Viện Nghiên cứu Khoa học Cây trồng thuộc Viện Khoa học Nông nghiệp Trung Quốc (CAAS) và Đại học Nông nghiệp Nam Kinh do Viện sĩ Wan Jianmin dẫn đầu, đã vượt qua thử thách nhân giống lúa này.

Kết quả nghiên cứu được công bố trên tạp chí Cell.

Đầu tiên, nhóm nghiên cứu xác định được chuỗi gene gây ra hiện tượng bất thụ phấn ở giống lúa lai Japonica-Indica.

Nhóm nghiên cứu phát hiện ra 2 gene: 1 gene "sát thủ" và 1 gene "người bảo hộ". Hầu như tất cả thế hệ sau của giống lúa lai Japonica-Indica thừa hưởng gene "sát thủ". Chỉ có một số thế hệ sau thừa hưởng gene "người bảo hộ" có khả năng ngăn chặn gene "sát thủ" gây hại.

“Công trình này tiết lộ cách thức hoạt động của gene "sát thủ" - Wu Chuanyin, giáo sư tại CAAS, đồng tác giả của nghiên cứu, cho biết.

Gene "sát thủ" phá vỡ chức năng tạo năng lượng của một loại protein lõi trong ty thể - nhà máy sản xuất năng lượng của tế bào - dẫn tới phấn hoa không có khả năng sinh sản.

Gene "người bảo hộ" tương tác với "sát thủ", định tuyến lại gene này đến một nhà máy sản xuất tế bào khác. Tại đây, gene sát thủ bị loại bỏ và đảm bảo sự phát triển bình thường của phấn hoa.

Khi sử dụng phương pháp gene để ngăn chặn gene "sát thủ", có thể tránh được hiện tượng phấn hoa không có khả năng sinh sản và từ đó tạo ra được giống lúa lai có những ưu điểm của cả Japonica và Indica.

"Nếu một giống lúa siêu lai được lai tạo giữa Japonica và Indica, thì giống lúa đó được dự đoán sẽ cho năng suất cao hơn 15% so với giống lúa lai hiện có" - ông Wan nói với Tân Hoa Xã.

Cơ chế này góp phần tạo ra hiệu ứng “gene drive” (phát động gene) - việc kích thích kế thừa một kiểu gene đặc trưng trong quần thể.

Trong quá trình nhân giống tự nhiên, khi lai cây lúa mang gene "sát thủ" và "người bảo hộ" với những cây không có gene này qua một số thế hệ, thế hệ con mang cặp gene này tăng dần về số lượng và cuối cùng là trội hoàn toàn.

Bằng cách liên kết các gene cải thiện chất lượng cây trồng với cặp gene "sát thủ" - "người bảo hộ", các nhà nghiên cứu có thể làm cho các gene mong muốn lan truyền nhanh chóng ở thế hệ con lai, cải thiện đáng kể hiệu quả nhân giống.

Theo chuyên gia Wu, loại lúa lai này sẽ có lợi cho sức khỏe con người vì phải sử dụng ít thuốc trừ sâu hơn.

Nhóm nghiên cứu của ông bắt đầu nghiên cứu lúa lai từ năm 1991. Trong vòng hơn 30 năm, nhóm đã xác định, đặt tên cho 27 gene liên quan tới việc không có khả năng thụ phấn, chiếm hơn một nửa tổng số nghiên cứu trong lĩnh vực này.

“Sẽ rất thú vị khi cơ chế này có thể được khai thác triệt để cho các mục đích công nghệ sinh học và y sinh" - nhà khoa học Trung Quốc Wu Chuanyin chia sẻ.