Buzz
Các chuyên gia từ Đại học Maryland vừa tìm ra chìa khóa di truyền của một giống lúa mì hiếm có khả năng tạo ra ba hạt thay vì một hạt như lúa mì thông thường.
Khám phá đột phá từ Đại học Maryland (Mỹ) đã mở ra một tia hy vọng mới cho an ninh lương thực toàn cầu: các nhà nghiên cứu phát hiện ra một 'công tắc di truyền' trong lúa mì, có khả năng giúp cây tạo ra gấp ba lần sản lượng hạt so với bình thường, mở ra một hướng đi mới trong sản xuất lương thực trong tương lai.
Nhóm nghiên cứu do các nhà khoa học từ Khoa Khoa học Thực vật của Đại học Maryland dẫn đầu đã phát hiện rằng một gen hiếm, tên gọi WUSCHEL-D1 (WUS-D1), thường 'ngủ yên' trong lúa mì thông thường, lại trở nên hoạt động sớm ở giống lúa đột biến.
Khi gen này được kích hoạt, quá trình hình thành hoa của cây lúa mì thay đổi, tạo ra ba bầu nhụy thay vì chỉ một, giúp tăng sản lượng hạt lên ba lần mà không cần phải mở rộng diện tích canh tác.
Khám phá này, được công bố vào ngày 14/10/2025 trên Kỷ yếu của Viện Hàn lâm Khoa học Quốc gia (PNAS), được xem là một bước tiến lớn trong công nghệ nông nghiệp, đặc biệt trong bối cảnh dân số toàn cầu dự báo sẽ vượt mốc 9 tỷ người vào năm 2050.
"Công tắc" giúp lúa mì tạo ra thêm hạt
Tính trạng lúa mì có ba bầu nhụy đã từng được phát hiện ở một đột biến tự nhiên, nhưng trong suốt nhiều năm, các nhà khoa học không thể xác định nguyên nhân di truyền. Nhờ vào công nghệ giải trình tự DNA tiên tiến, nhóm nghiên cứu tại Maryland đã so sánh bản đồ gen của giống lúa đột biến với giống lúa bình thường và phát hiện 'thủ phạm' chính là gen WUS-D1.
Khi gen WUS-D1 được kích hoạt sớm trong quá trình phát triển hoa, nó khiến mô hoa phát triển lớn hơn và tạo điều kiện để hình thành thêm các cơ quan sinh sản cái, cụ thể là các nhụy và bầu nhụy. Kết quả là cây lúa có thể sản xuất nhiều hạt hơn mà không cần thay đổi kích thước hay chiều cao của cây.
Phó Giáo sư Vijay Tiwari, đồng tác giả của nghiên cứu, cho biết:
"Chúng tôi đã xác định chính xác cơ sở di truyền đứng sau đặc điểm này. Điều này mở ra cơ hội cho các nhà lai tạo giống để tích hợp gen này vào các giống lúa mì mới, từ đó làm tăng số lượng hạt trên mỗi bông và năng suất chung. Với công nghệ chỉnh sửa gen hiện đại, chúng ta có thể điều khiển đặc tính này để nâng cao hiệu quả sản xuất lúa mì".
Cách mạng hóa nông nghiệp mà không cần thêm đất
Khám phá này có tầm quan trọng vượt xa giới hạn của một nghiên cứu di truyền. Trong bối cảnh biến đổi khí hậu, thiếu đất canh tác, khan hiếm nước và chi phí phân bón tăng cao, việc tìm ra phương pháp tăng năng suất mà không cần sử dụng thêm tài nguyên là vô cùng quý giá.
Hiện nay, lúa mì là nguồn cung cấp calo và protein chủ yếu cho hơn 2,5 tỷ người trên thế giới, đứng thứ ba chỉ sau gạo và ngô. Tuy nhiên, tốc độ tăng năng suất lúa mì trong suốt thập kỷ qua đã chậm lại, trong khi nhu cầu vẫn đang tăng mạnh. Do đó, việc kích hoạt "công tắc" WUS-D1 có thể là giải pháp mang tính cách mạng cho an ninh lương thực toàn cầu.
Theo các nhà nghiên cứu, chỉ cần tăng thêm một vài phần trăm số hạt trên mỗi cây lúa mì cũng đủ để đáp ứng nhu cầu của hàng trăm triệu người, giảm bớt áp lực lên các vùng đất canh tác và hạn chế phát thải từ việc mở rộng diện tích đất trồng.
Một bông lúa mì MOV tiêu biểu (a) và bông lúa mì (b) cho thấy tác động của gen Mov-1 đối với số lượng hạt. Lúa mì thông thường được dùng để làm bánh mì chỉ có một hạt trên mỗi bông lúa mì.
Lúa mì và tương lai nông nghiệp toàn cầu
Không chỉ dừng lại ở lúa mì, việc hiểu rõ cơ chế hoạt động của gen WUS-D1 còn mở ra khả năng áp dụng tương tự đối với các loại cây lương thực khác như lúa, ngô và lúa mạch. Bằng cách điều chỉnh các gen tương tự, các nhà khoa học có thể tạo ra những giống cây có năng suất vượt trội, góp phần thực hiện mục tiêu "nuôi sống thế giới mà không cần thêm đất".
Tiwari nhấn mạnh rằng bước tiếp theo của nhóm nghiên cứu là thử nghiệm kích hoạt gen này ở các giống lúa mì thương mại phổ biến, đánh giá sự ổn định của đặc tính này qua nhiều mùa vụ và trong các điều kiện khí hậu khác nhau. Nếu thành công, các giống lúa mì "ba hạt" có thể được thương mại hóa trong vài năm tới.
Dù vẫn còn nhiều thách thức, như đảm bảo an toàn sinh học, cân bằng chất lượng hạt và nhận được sự chấp thuận từ các cơ quan quản lý, nhưng phát hiện về WUS-D1 đã cho thấy tiềm năng to lớn của khoa học di truyền trong việc giải quyết khủng hoảng lương thực.
"Đây là một ví dụ điển hình cho thấy chỉ một thay đổi nhỏ trong bộ gen cũng có thể tạo ra những ảnh hưởng lớn trên toàn cầu", Tiwari chia sẻ. "Nếu chúng ta biết cách điều khiển hợp lý, nông nghiệp trong tương lai sẽ trở nên bền vững, thông minh và hiệu quả hơn bao giờ hết".
Khám phá về "công tắc di truyền" WUS-D1 không chỉ là một thành tựu khoa học mà còn là lời hứa rằng một hạt lúa mì bé nhỏ hôm nay có thể nuôi sống cả thế giới vào ngày mai.
