Lần đầu tiên phương pháp “đột biến hô hấp” được thực hiện thành công cho phép tạo giống lúa mới tập hợp gene ưu tú từ nhiều giống khác nhau.
Phương pháp "đột biến hô hấp" được nhà khoa học Việt Nam và Nhật Bản công bố trên Tạp chí khoa học Sustainability thuộc MDPI ngày 18/2. Đây là tạp chí khoa học danh tiếng thuộc hệ thống thông tin khoa học ISI, có hệ số ảnh hưởng 2.075. PGS Trần Đăng Xuân, Đại học Hiroshima (Nhật Bản), chủ trì công trình cho biết, ông và các cộng sự đã có 10 năm nghiên cứu về kỹ thuật này và đạt được kết quả bất ngờ.
Kỹ thuật "đột biến hô hấp" thành công cho phép chỉ trong vài chục năm sau các giống lúa cao như cây lau, sậy, năng suất đạt tới 30 tấn/ha hoặc hơn, chống chịu tốt với sâu bệnh, ngập, hạn... sẽ xuất hiện trên ruộng đồng. Trong tương lai Việt Nam hoàn toàn có thể sản xuất đến 150 - 200 triệu tấn gạo bằng phương pháp này, hay tăng ít nhất 5 - 6 lần so với tổng sản lượng của Việt Nam trong năm 2017 là 27 triệu tấn/năm.
Chỉ thị phân tử RM503, một trong hàng loạt chỉ thị phân tử trong thế hệ con lai giữa hai giống TBR1 (mẹ) và KD18 (bố) trong thế hệ con lai F3, cho thấy RM503 hoàn toàn được di truyền theo mẹ. (Ảnh: NVCC).
Các thí nghiệm được nhóm nghiên cứu sử dụng loại hóa chất thông thường N-methyl-N-nitrosourea (gọi tắt là MNU) với một lượng rất nhỏ, gây tác động đột biến trong khoảng 3 - 6 tháng, thông qua phương pháp "đột biến hô hấp". Phương pháp này chỉ tạo sự phân ly nhỏ nên cho phép lai đồng thời nhiều giống lúa nhằm tạo ra một giống mới có gene quý theo chủ đích. Hiện chưa nơi nào có thể làm được phương pháp này.
Trước đây để lai tạo một giống lúa mới, nhiều phương pháp lai được áp dụng như: chọn lọc cá thể, lai giống, sử dụng ưu thế lai của cây lúa ở thế hệ F1, đột biến (dùng các tia xạ gama, hóa chất...) tác động lên các bộ phận khác nhau như hạt thóc, mầm, nụ hoa, hạt phấn, để gây ra các đột biến trong hệ gene.
Các phương pháp lai này có nhược điểm là tốn kém và mất nhiều thời gian (lai hai giống với nhau mất 8 -10 năm, 10 - 15 giống thì có thể mất tới 100 năm nhưng chưa từng ai có thể thực hiện được). Ở phương pháp đột biến tác động bằng hóa chất hoặc vật lý làm tổn thương hệ gene (DNA) tạo nên các giống lúa dị dạng (hạt có râu, cây vẹo, màu sắc lẫn lộn...) và chỉ xen số ít các tính trạng cần (hạt gạo ngon, thơm, chống sâu bệnh...).
Những hạn chế này được khắc phục ở phương pháp mới. PGS Xuân cho biết, phương pháp này còn cho phép di truyền theo gene mẹ, khác với trước đây phần lớn các gene quan trọng nằm trong nhân tế bào và được di truyền theo giống bố. Nhờ ưu điểm này có thể hạn chế được các trở ngại khi con lai được di truyền tính trạng tốt từ bố nhưng khi trồng ở vùng khí hậu và thổ nhưỡng của giống mẹ, các tính trạng tốt bị mất đi trong một thời gian ngắn (thoái hóa giống).
Đây cũng chính là bế tắc nhiều nhà khoa học đã gặp phải. Một trong số đó là GS Tsuzuki Eiji (Nhật Bản) từng hy vọng tạo nên giống lúa Nhật thơm bằng cách lai giống lúa bố mang gene thơm từ Việt Nam và Bangladesh, với giống lúa mẹ của Nhật. Ông đã dành cả đời nghiên cứu, tạo được hai giống lúa mang gene thơm, nhưng chỉ sau hai năm các gene đó hoàn toàn mất đi khi trồng tại Nhật.
Giống lúa J02 gieo cấy tại Hải Phòng năng suất đạt 8,5-9 tấn/ha thu hoạch vụ hè 2017. (Ảnh: Loan Lê).
PGS Trần Đăng Xuân cho biết, phương pháp "đột biến hô hấp" đã thành công khi lai tạo trên lúa hoang và lúa thuần của Việt Nam, hứa hẹn tạo nên các dòng mang các đặc tính quý (chống chịu sâu bệnh, chịu ít hơn ảnh hưởng từ biến đổi khí hậu, mang nhiều hợp chất quý...) của lúa hoang chỉ trong thời gian ngắn.
Ngay khi có câu trả lời về phương pháp đột biến tạo được giống mới với các gene ưu tú, hơn 5 năm qua PGS Trần Đăng Xuân, các cộng sự cùng với nhiều Giáo sư trong lĩnh vực lai tạo giống và sinh học phân tử của Nhật, trong đó có GS Hidemi Kitano (Đại học Nagoya) tiếp tục nghiên cứu để giải mã vai trò của gene mới tạo ra. Sự tồn tại của gene này (được gọi là gene X) được cho rằng tạo nên sự liên kết các gene ưu tú từ các giống bố và mẹ, không gây nên sự phân ly mạnh khi bị tác động từ đột biến như thông thường vẫn thấy. Công trình này đã hoàn thành trên 80% bước đầu xác định được vai trò của gene mới, cho phép cây lúa có khả năng mang hàng ngàn hạt, nhưng đi kèm với phẩm chất tốt (khác với các phương pháp lai trước đây cho năng suất cao thường đi kèm phẩm chất kém), với cơ chế sinh học mới chưa từng được biết đến.
"Thật lý thú khi có câu trả lời về vai trò của gene X khi lai đồng loạt 10 - 15 giống lúa, hoặc hơn với nhau để tạo nên một con lai chỉ trong thời gian ngắn. Các nghiên cứu tiếp theo sẽ có câu trả lời cho cơ chế tạo ra gene mới", PGS Xuân nói và cho biết việc giải thích được cơ chế là cơ sở để tạo nên các loại siêu giống trong tương lai.