Thay đổi đồng hồ sinh học giúp lúa mạch thích nghi với mùa sinh trưởng ngắn

STNN - Các nhà sinh học hiện nay mô tả rằng sự đột biến của một gen cụ thể khiến thời gian ra hoa của lúa mạch gần như hoàn toàn không phụ thuộc vào độ dài ngày. Đột biến này có thể hữu ích cho việc nhân giống các giống thích nghi với điều kiện khí hậu thay đổi với mùa đông tương đối ôn hòa và mùa hè khô nóng.

• Công nghệ giải trình tự gen thế hệ mới xác định gen tiềm năng chống chịu mặn trên cây lúa

Để đảm bảo cây ra hoa vào đúng thời điểm trong năm, cây cối có một đồng hồ sinh học bên trong, cho phép chúng đo lượng ánh sáng ban ngày trong một ngày. Trong một nghiên cứu được công bố trên tạp chí khoa học Plant Physiology, các nhà sinh vật học từ Đại học Heinrich Heine Düsseldorf (HHU) mô tả rằng sự đột biến của một gen cụ thể khiến thời gian ra hoa của lúa mạch gần như hoàn toàn không phụ thuộc vào độ dài ngày. Đột biến này có thể hữu ích cho việc nhân giống các giống thích nghi với điều kiện khí hậu thay đổi với mùa đông tương đối ôn hòa và mùa hè khô nóng.

Để cây sinh sôi thành công, điều cần thiết là chúng phải ra hoa đúng mùa. Nếu cây ra hoa quá sớm hoặc quá muộn trong năm, những bông hoa nhạy cảm với nhiệt độ có thể bị hư hại khi chúng phát triển. Do đó, thực vật đồng bộ hóa sự phát triển của chúng với các yếu tố môi trường khác nhau, giúp chúng thích nghi với thời gian trong năm.

Độ dài ngày (chu kỳ sáng) - số giờ có ánh sáng mỗi ngày - là một trong những yếu tố như vậy, thay đổi giống nhau qua các mùa hàng năm. Cây cối có một đồng hồ bên trong, còn được gọi là đồng hồ "sinh học", cho phép dự đoán những thay đổi thường xuyên của môi trường giữa ngày và đêm cũng như giữa các mùa và chuẩn bị cho những thay đổi đó. Đồng hồ này ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình quang chu kỳ, điều hòa sự ra hoa theo độ dài ngày.

Nhóm nghiên cứu từ Institute of Plant Genetics do Giáo sư Tiến sĩ Maria von Korff Schmising đứng đầu đang nghiên cứu nền tảng phân tử của các quá trình phát triển ở cây trồng lúa mạch.

Họ đang tập trung vào các gen kiểm soát sự phát triển của mô sinh thực vật - một loại mô bao gồm các tế bào chưa biệt hóa và các yếu tố môi trường ảnh hưởng như thế nào đến các quá trình này.

Phản ứng của cây trồng với độ dài ngày khác nhau là đòn bẩy chính để cây trồng thích nghi với các vùng trồng trọt, vùng khí hậu và chu kỳ sáng khác nhau.

Trong một ấn phẩm đăng trên tạp chí Plant Physiology, các nhà sinh học ở Düsseldorf đã mô tả một cơ chế di truyền mới điều chỉnh thời gian ra hoa ở lúa mạch, làm cơ sở cho locus 7 (eam7).

Họ đã xác định được một đột biến tự phát ở gen WD1 (LWD1) được điều chính ánh sáng và cho phép cây tăng tốc độ phát triển trong những ngày có chu kỳ sáng ngắn, mặc dù chúng thường cần những ngày có hơn 12 giờ ánh sáng để ra hoa.

Do đó, đột biến LWD1 làm cho lúa mạch hầu như không nhạy cảm với chu kỳ quang, từ đó khiến cho việc trồng trọt ở các vĩ độ và môi trường cận biên khác nhau với điều kiện phát triển dưới mức tối ưu có thể thực hiện được.

Ngoài ra, hoa của thực vật có đột biến này biểu hiện khả năng sinh sản tăng lên nhưng khả năng sinh sản này bị giảm ở thực vật nếu không có đột biến phát triển ở độ dài ngày dưới mức tối ưu.

Tác giả chính Gesa Helmsorig: “Chúng tôi có thể chỉ ra rằng đột biến ở LWD1 ảnh hưởng đến đồng hồ sinh học của lúa mạch, có lẽ bằng cách ảnh hưởng đến việc xử lý các tín hiệu ánh sáng điều khiển sự đồng bộ hóa của đồng hồ sinh học với các yếu tố bên ngoài”. Đồng tác giả, Giáo sư von Korff Schmising cho biết thêm: "Kết quả là, nhịp điệu bên trong của biểu hiện gen thay đổi liên quan đến nhịp điệu bên ngoài của các khoảng thời gian sáng và tối, và tín hiệu ra hoa, thường chỉ được tạo ra trong các chu kỳ quang dài, được bật lên, làm cho cây ra hoa”.

Hồng Sơn