Các nhà khoa học Trung Quốc vừa công bố kết quả nghiên cứu làm sáng tỏ cơ chế giúp cây lúa tự bảo vệ màng tế bào khi gặp nhiệt độ cao, đồng thời phát hiện một biến thể gene hiếm có khả năng cải thiện năng suất lúa trong điều kiện nắng nóng. Nghiên cứu do nhóm của giáo sư Qin Peng và Li Shigui thuộc Viện Nghiên cứu Lúa, Đại học Nông nghiệp Tứ Xuyên, phối hợp với các nhóm của giáo sư Xiang Chengbin và Sun Linfeng thuộc Đại học Khoa học và Công nghệ Trung Quốc thực hiện.

Cơ chế 'gia cố tại chỗ' giúp màng tế bào lúa ổn định khi nhiệt độ cao

Khi nhiệt độ vượt quá ngưỡng chịu đựng của tế bào, màng tế bào lúa có thể trở nên quá lỏng, dẫn đến rò rỉ ion, tổn thương tế bào và thậm chí chết tế bào, làm giảm tỷ lệ hạt chắc và năng suất. Nhóm nghiên cứu phát hiện trên màng tế bào lúa tồn tại một phức hợp protein. Khi gặp nhiệt độ cao, phức hợp này ưu tiên chuyển các phân tử lipid ổn định màng như phosphatidylcholine bão hòa sang phía tế bào chất – nơi màng dễ mất ổn định hơn. Quá trình này giống như việc di chuyển 'vật liệu gia cố' đến vị trí cần thiết, giúp ổn định màng tế bào một cách nhanh chóng.

Giáo sư Qin Peng giải thích: 'Không chỉ tái cấu trúc, mà còn có sự phân bố lại.' Trước đây, người ta cho rằng thực vật khi gặp nhiệt độ cao sẽ kích hoạt biểu hiện gene để tổng hợp hoặc cải tạo lipid màng, quá trình này thường mất nhiều thời gian. Phát hiện mới cho thấy lúa không nhất thiết phải tạo ra lipid mới ngay lập tức, mà có thể điều phối nhanh các lipid ổn định có sẵn đến vị trí cần thiết. Cách 'gia cố tại chỗ' này giúp màng tế bào được bảo vệ ngay từ giai đoạn đầu của stress nhiệt.

Phát hiện biến thể gene hiếm giúp lúa chịu nhiệt tốt hơn

Từ 2236 mẫu lúa tự nhiên, nhóm nghiên cứu đã xác định được một biến thể đơn bội (haplotype) hiếm có liên quan đến khả năng chịu nhiệt. Khi đưa biến thể này vào các giống lúa mẫn cảm với nhiệt độ cao, khả năng chịu nhiệt của chúng được cải thiện rõ rệt. Kết quả này cung cấp nguồn gene mới cho công tác chọn tạo giống lúa chịu nhiệt.

Giáo sư Qin Peng cho biết: 'Những phát hiện này mở ra hướng cải thiện khả năng chịu nhiệt cho cây trồng.' Hiện nhóm đã xây dựng nền tảng sàng lọc và đánh giá khả năng chịu nhiệt, thiết kế lại nhà kính với khả năng kiểm soát nhiệt độ và độ ẩm chính xác hơn. Đồng thời, dựa trên dữ liệu khí hậu lịch sử, nhóm đã thiết lập cơ sở thí nghiệm đồng ruộng tại Lô Châu, Tứ Xuyên, kết hợp kiểm soát chính xác trong nhà kính với điều kiện thực tế ngoài đồng, giúp kết quả nghiên cứu sát với thực tế sản xuất.

Hàng năm, từ tháng 7 đến tháng 8 là giai đoạn trỗ bông, ra hoa và kết hạt quan trọng của lúa ở miền Nam Trung Quốc. Nhiệt độ cao thường làm giảm nghiêm trọng tỷ lệ hạt chắc và năng suất. Dữ liệu cho thấy, nhiệt độ trung bình toàn cầu tăng 1°C có thể làm giảm năng suất lúa từ 6,6% đến 25%. Năm 2013, nhóm của Qin Peng và Li Shigui đã quan sát thấy hiện tượng nhiệt độ cao làm giảm mạnh tỷ lệ hạt chắc, từ đó khởi động nghiên cứu này.

Ảnh: chienba / Pixabay