Nhóm nghiên cứu quốc tế giải mã hệ gene lúa mì cứng

Chuỗi hệ gene mới sẽ đóng góp rất nhiều vào vấn đề đảm bảo an toàn và an ninh lương thực toàn cầu.

Nhóm nghiên cứu của Pozniak ở Usask cùng với nhà nghiên cứu Gregory Taylor và Neil Harris của trường đại học Alberta, đã xác định loại gene của lúa mì cứng có khả năng tích lũy cadmium

Một nhóm nghiên cứu quốc tế gồm 60 nhà khoa học thuộc 7 quốc gia đã giải trình tự toàn bộ hệ gene loài lúa mì cứng – nguồn bột để làm các loại pasta, một thứ đồ ăn khá phổ biến trên thế giới – và xuất bản công bố trên tạp chí Nature Genetics.

Họ đã khám phá ra cách giảm bớt các mức cadmium trong hạt lúa mì cứng nhằm đảm bảo an toàn và giá trị dinh dưỡng của hạt lúa mì cứng thông qua nhân giống chọn lọc.

Công trình mang tính nền tảng về lúa mì cứng

“Công việc mang tính nền tảng này sẽ đem lại những tiêu chuẩn mới cho giống lúa mì cứng và an toàn trong các sản phẩm từ lúa mì cứng, đem lại những cách thức trồng trọt mới để đáp ứng với biến đổi khí hậu mà vẫn có sản lượng thu hoạch cao, tăng cường chất lượng dinh dưỡng và cải thiện tính bền vững”, Luigi Cattivelli của Hội đồng nghiên cứu nông nghiệp và kinh tế Italy (CREA) cho biết.

Lúa mì cứng, chủ yếu là được dùng như nguyên liệu thô để làm pasta và món couscous vùng Bắc Phi, được tiến hóa từ lúa mì emmer hoang và được gieo trồng ở vùng Địa Trung Hải khoảng 1.500 năm đến 2.000 năm trước.

Hệ gene lúa mì cứng lớn gấp bốn lần hệ gene của người. Lần đầu tiên nhóm nghiên cứu lắp ráp được toàn bộ hệ gene của biến thể Svevo chất lượng cao. “Chúng tôi có thể kiểm tra các gene, bộ Lúa, cấu trúc của chúng để tập hợp thành một bản chi tiết về lúa mì cứng, qua đó đem lại cách hiểu về các gene hoạt động và liên kết với nhau như thế nào”, Curtis Pozniak của trường đại học Saskatchewan (USask) – một nhà nghiên cứu về giống lúa mì, nói. “Với bản đồ gene chi tiết này, chúng tôi có thể thực hiện nghiên cứu về việc nhận diện các gene liên quan đến đặc diểm mà chúng tôi muốn lựa chọn cho các công trình về giống như sản lượng, kháng bệnh hay các đặc tính dinh dưỡng một cách nhanh hơn”.

Công trình do nhóm nghiên cứu này thực hiện dưới sự hướng dẫn của Cattivelli và một số nhà nghiên cứu khác như Pozniak, Klaus Mayer (Trung tâm Helmholtz ở München, Đức) cũng như Aldo Ceriotti, Luciano Milanesi của Hội đồng nghiên cứu quốc gia Italy (CNR), Roberto Tuberosa (trường đại học Bologna, Italy).

“Bây giờ chúng ta đã có thể thấy được các ký tự DNA khác biệt đóng vai trò quan trọng với quá trình tiến hóa và nhân giống lúa mì cứng, nó cho phép chúng ta hiểu được sự kết hợp của các gene đang tạo ra một ký tự nucleaobase riêng lẻ một cách đặc hiệu và duy trì các vùng đích của hệ gene để cải thiện giống trong tương lai”, Marco Maccaferri – tác giả thứ nhất của công trình, cho biết.

Nhóm nghiên cứu đã so sánh chuỗi gene lúa mì cứng với lúa mì hoang để tìm hiểu các gene mà con người đã chọn lọc trong nhiều thế kỷ, qua đó khám phá ra tính đa dạng về hệ gene đã bị mất đi trong lúa mì cứng. Họ đã có khả năng vẽ bản đồ các khu vực bị mất gene và tái hiện những gene có ích một cách chính xác đã bị mất đi trong suốt quá trình nhân giống ở nhiều thế kỷ. “Không giống như con người, lúa mì cứng ở dạng đa bội và chứa hai hệ gene. Cách các hệ gene này tương tác và liên kết trong các hoạt động như thế nào là một câu hỏi cơ bản có thể có tác động đến chất lượng và sản lượng lương thực”, Mayer nhận xét.

Những tác động đến tương lai sức khỏe con người

Trong một khám phá về gene đáng chú ý khác, nhóm nghiên cứu của Pozniak ở Usask cùng với nhà nghiên cứu Gregory Taylor và Neil Harris của trường đại học Alberta, đã xác định loại gene của lúa mì cứng có khả năng tích lũy cadmium – một kim loại nặng trong có khả năng gây độc cho con người.

“Hiện giờ chúng ta đã xác định được gene này nên có thể lựa chọn được những biến thể một cách hiệu quả mà không tích tụ cadmium trong hạt – hoặc có ở mức độ thấp hơn tiêu chuẩn của tổ chức WHO, điều đó sẽ đảm bảo là các giống lúa mì cứng của chúng ta sẽ đem lại những nguồn dinh dưỡng an toàn”, Pozniak nói.

Lúa mì cứng được trồng chủ yếu ở Canada, châu Âu, Mỹ, Nam Á, và là nguồn mùa vụ quan trọng cho các trang trại nhỏ ở Bắc và Nam Phi cũng như Trung Đông. Pasta mà món ăn phổ biến trên thế giới và các ngành công nghiệp chế biến đang đòi hỏi phải được cung cấp nguồn lúa mì cứng chất lượng cao hơn và an toàn hơn.

“Chuỗi giải trình tự hệ gene lúa mì cứng tốt này sẽ đem lại cho chúng ta hiểu biết tốt hơn về đặc tính di truyền của các gluten protein và các yếu tố kiểm soát các tình chất dinh dưỡng của bột lúa mì cứng. Điều này sẽ giúp chúng ta cải thiện được chất lượng của pasta”, Ceriotti nói.

“Việc lựa chọn các giống lúa mì mới với tiềm năng năng suất cao hơn cũng như tăng cường chất lượng và các tính chất dinh dưỡng, là yếu tố quan trọng cho sức khỏe của chúng ta trong tương lai, đặc biệt là về khả năng ứng phó với biến đổi khí hậu. Việc có sẵn giải trình tự gene lúa mì cứng sẽ là công cụ thiết yếu để đạt tới các mục tiêu đó và thiết lập được cây cầu nối chiến lược giữa sự đa dạng sinh học của lúa mì hoang với lúa mì thuần hóa”, Tuberosa cho biết.