Người Việt đem gen đậu nành châu Á sang đất Mỹ

Được ví như một ngôi sao Việt trên bầu trời khoa học thế giới, nữ Tiến sĩ Tara Van Toai là nhà khoa học Mỹ gốc Việt chuyên về nông nghiệp. Bà đã nghiên cứu thành công và đưa gen đậu nành Việt Nam sang Mỹ để có thể canh tác trên các khu vực ngập úng.

Ở Mỹ, những loại gen có trong giống đậu nành ở Đông Nam Á có vai trò rất quan trọng. Chúng cung cấp cho loài cây bản địa có khả năng chịu ngập úng và kháng bệnh cao hơn bình thường, ví dụ như bệnh thối rễ, thường gặp trong mùa mưa.

Người có công lớn nhất trong việc đưa các gen trội của đậu nành châu Á tới vùng đất xa xôi này chính là nữ Tiến sĩ Tara Van Toai, công tác ở Viện nghiên cứu chống úng cho đất, thuộc Đơn vị nghiên cứu nông nghiệp, thành phố Columbus, bang Ohio.

Bà Van Toai làm việc cùng với chuyên gia về các bệnh thực vật Anne Dorrance và 2 nhà nghiên cứu giống đậu nành Grover Shannon, Henry Nguyen trong dự án tìm kiếm gen kháng ngập và bệnh cho loại câu này. Trong đó Dorrance đến từ Viện nghiên cứu Nông nghiệp của Đại học Ohio còn Shannon và Henry đến từ Đại học Missouri.

Tiến sĩ Tara Van Toai và sinh viên Thomas Doohan đaị học Ohio nghiên cứu 
cây đậu nành

4 người nghiên cứu trên nhiều phương diện khác nhau, bao gồm lai tạo giống cấp phân tử với sự hỗ trợ từ ADN, biến đổi gen và quản lý đất trồng, tất cả đều phục vụ mục đích duy nhất là phát triển khả năng sinh sống của đậu nành trên đất ngập úng.

Ngập từ Việt Nam tới Ohio, Mỹ

Sinh ra và lớn lên ở Đồng bằng sông Cửu Long, trước khi đến làm việc ở Viện nghiên cứu Nông nghiệp Ohio, bà Van Toai đã có kinh nghiệm thực tế dày dạn về ảnh hưởng của lũ lụt với cây trồng.

Trong 2 hơn thập kỷ làm việc không mệt mỏi, bà đã nghiên cứu quá trình sinh trưởng và chịu ngập úng của cây đậu nành. Từ trong nhà kính, phòng thí nghiệm, buồng sinh trưởng hay các cánh đồng thử nghiệm trong các trang trại ở Ohio và Missouri.

Ngoài ra, bà cũng thu thập và nghiên cứu các giống đậu nành ở Việt Nam và Trung Quốc, trong đó có những cây đậu đã sống sót sau trận lụt thế kỷ của Trung Quốc năm 1991. Các nghiên cứu khoa học của bà được tài trợ bởi Viện nghiên cứu Nông nghiệp, Cơ quan nghiên cứu nông nghiệp nước ngoài thuộc Bộ Nông nghiệp Mỹ, Ủy ban đậu nành Mỹ và Chương trình nghiên cứu đậu nành khu vực Bắc Trung Mỹ.

Cùng với các đồng nghiệp đến từ Brazil, Trung Quốc, Pháp, Hungary và Việt Nam, nữ tiến sĩ đã cho ra đời thành công giống đậu nành chịu nước cho các trang trại nước Mỹ.

Bà và các đồng nghiệp đã nghiên cứu để kết hợp gen của các cây đậu nành bản địa với một số giống lấy từ châu Á. Các gen trội này sẽ bổ sung cho nguồn gen eo hẹp của đậu nành Mỹ, giúp chúng có khả năng kháng bệnh cao hơn.

Trước khi nghiên cứu của Tiến sĩ Van Toai thành công, các giống đậu nành của nông dân Mỹ chết rất nhanh sau khi bị ngập nước. Điều này gây ra thiệt hại khoảng 25% sản lượng đậu nành trên đồng băng sông Mississippi so với ở châu Á, nơi đậu nành được trồng xen canh với lúa nước, có khả năng chịu lũ cao.

Đậu nành châu Á mạnh mẽ trên đất Mỹ

Trong nghiên cứu của mình, Tiến sĩ Van Toai đã khảo sát 21 giống đậu nành được trồng ở vùng ngập lụt Cần Thơ, bà tìm ra được 3 giống chịu lụt tốt là VND2, Nam Vang và ATF15-1.

Để có được kết quả này, nhóm của bà Van Toai đã làm việc và tiến hành thí nghiệm với 2 chuyên gia Việt Nam là Trần Thị Cúc Hoa và Nguyễn Thị Ngọc Huệ, thuộc Viện Nghiên cứu lúa  Đồng bằng sông Cửu Long.

Khi đem về Mỹ, 3  giống này được trồng thử và đã chứng minh được "sức mạnh" của mình, chịu nước tốt nhất, cho hạt to nhất và sản lượng cao nhất là những gì chúng làm được.

Trong số 21 giống đem kiểm tra, đa số đều được các nông dân và người làm vườn chọn lựa theo kinh nghiệm cá nhân, bên cạnh đó là những giống nhập khẩu từ Trung Quốc hay Australia.

Trong 3 giống tốt nhất của Việt Nam, Nam Vang có nguồn gốc từ Campuchia, trong khi VND2 nhập khẩu từ Trung Quốc và ATF15-1 nhập từ Australia.

Khi tiến hành thí nghiệm ở Cần Thơ, Tiến sĩ Van Toai trồng chúng trong nhà lưới, tuy nhiên, bà nhận ra rằng môi trường này không phản ánh đúng hoàn toàn điều kiện ngập lụt ngoài cánh đồng thực tế nhưng vẫn cho phép dự đoán khả năng chịu lụt của cây đậu.

Khả năng chịu lụt của một giống đậu nành được định nghĩa là khả năng sống sót của chúng trong 10 ngày ngập lụt liên tục, kể cả khi đang trong giai đoạn ra hoa và thụ phấn.

Khả năng chịu ngập của đậu nành châu Á

Ngoài nghiên cứu về đậu nành, Tiến sĩ Van Toai cũng tiến hành khảo sát giống cỏ dại chịu nước của Mỹ và bất ngờ phát hiện ra điểm chung giữa loài cỏ này và các giống đậu nành châu Á là các mô xốp trong thân và rễ cây.

Đây là con đường giúp cho các rễ loại cây có thể trao đổi không khí trong khi ngập nước vì chúng dẫn khí từ những phần không bị ngập của cây.

Trước đó, các nhà khoa học của Viện nghiên cứu Nông nghiệp và các giáo sư đến từ những trường đại học Mỹ đã từng nghiên cứu và lai tạo thành công mô xốp này vào lúa mì và ngô để tăng khả năng chịu ngập của chúng.

 Tiến sĩ Van Toai đã nhận ra rằng, các giống đậu nành sống sót sau 2 tuần ngập có cơ chế hô hấp giống với như lúa nước. Ở lúa nước, chúng có 2 cơ chế để sống trong điều kiện ngập là các mô xốp như đã nói ở trên và hệ thống rễ sát mặt đất.

Để hoàn thiện nghiên cứu, Tiến sĩ Van Toai và các đồng nghiệp đã tìm kiếm loại gen có thể kích thích sự phát triển của mô xốp và rễ sát mặt đất của đậu nành châu Á.

Theo đó, ở các giống chịu ngập chỉ 2 ngày sau khi ngâm nước, cây sẽ tự phát triển hệ thống rễ mới để sinh sống. Như giống PI 408105A của Hàn Quốc, sau 10 ngày ngập nước trong giai đoạn thụ phấn, chúng chỉ giảm 20% sản lượng trong khi giống S99-2281 của Mỹ mất đến 80% ở điều kiện tương tự.

Kể từ đó, các nhà khoa học trong nhóm của nữ tiến sĩ bắt đầu bước vào giai đoạn lai tạo gen, chuyển giao các gen kháng nước từ đậu nành châu Á vào đậu nành Mỹ.

Trong 2 năm, hơn 200 giống đậu nành được đưa vào thử nghiệm ở các cánh đồng tại Ohio và Missouri để tìm ra gen thích hợp nhất. Không những tăng khả năng chịu ngập mà còn kháng bệnh cho loài cây này.

Thành quả sau những miệt mài

Tiến sĩ Van Toai nói: “Chúng tôi đã tự hỏi liệu bệnh thối rễ có phải là nguyên nhân chính gây sụt giảm năng suất ở các giống cây khó chịu lụt hay không. Ở các giống cây chịu lụt tốt bệnh thối rễ cũng hiếm gặp, liệu có phải chỉ một gen đã quy định cả 2 đặc tính vượt trội này không”.

Nhà khoa học Liming Chen, thuộc nhóm của Tiến sĩ Van Toai trên cánh đồng đậu nành của Đại học Ohio

Bà và các đồng nghiệp đã lập bản đồ gen của các giống đậu nành chịu ngập và nhận ra rằng, có sự trùng lặp các đặc tính kháng lụt và khó thối rễ trong một số gen của chúng. Điều này không hề xuất hiện trong bản đồ gen của các giống đậu nành của Mỹ.

Mục đích của công trình thử nghiệm này là tìm kiếm cây nào có thể chống úng nước thì đương nhiên phải có cái gen và từ cái gen đó bắt đầu lần ra cái ADN nhìn thấy được, tiếp tục theo dõi ADN đó để chuyển gene đó qua cây đậu nành có năng suất cao ở Mỹ và làm cho cây này có thêm đặc tính chịu được úng nước.

Việc làm của tiến sĩ Tara Van Toại và các chuyên gia trong nhóm dẫn tới kết quả là lai tạo được một số giống đậu nành mang đặc tính của đậu nành vùng Đông Nam Á song lại trồng được ở Mỹ, như giống ARS đang được trồng ở tiểu bang Illinois.