Nhóm nghiên cứu của nhà khoa học Wu Yongrui bên một ruộng ngô trồng thí điểm ở Tam Á, tỉnh Hải Nam. Ảnh: The Paper
Nghiên cứu này không chỉ có lợi cho việc cải thiện di truyền hàm lượng protein của hạt ngô hiện đại, mà còn có ý nghĩa quan trọng trong canh tác- cụ thể là việc giảm lượng phân bón và bảo vệ môi trường.
Đây là thành tựu của nhóm nghiên cứu do nhà khoa học Wu Yongrui thuộc Trung tâm Khoa học Thực vật Phân tử (Viện Khoa học Trung Quốc) chủ trì cùng với sự hợp tác của nhóm nghiên cứu Wang Wenqin thuộc Đại học Sư phạm Thượng Hải.
Công trình nghiên cứu Teosinte High Protein 9 (THP9), vừa được công bố trên tạp chí chuyên ngành The Nature hôm thứ Năm (17/11) cho biết: THP9 nâng cao hàm lượng protein trong hạt và hiệu quả sử dụng nitơ trong ngô, đã được nhân bản thành công từ cây ngô hoang dã.
Như vậy là kể từ khi con người thuần hóa ngô từ cách nay 9.000 năm, cây ngô đã trở thành một trong những loại cây trồng có năng suất cao nhất trên thế giới, với sản lượng hàng năm trên toàn cầu là 1,2 tỷ tấn, trong đó có 270 triệu tấn ở Trung Quốc.
Theo con số thống kê, hơn 70 phần trăm sản lượng ngô trên thế giới hiện được sử dụng làm thức ăn chăn nuôi, và đây cũng là loại thức ăn chăn nuôi được sử dụng phổ biến nhất và nhiều nhất.
Tuy nhiên, hàm lượng protein trong hạt của hầu hết các giống lai đều thấp hơn 8% do hàm lượng protein hạt của ngô thông thường thấp nên con người thường cần phải bổ sung thêm protein của đậu tương vào trong thành phần của công thức thức ăn chăn nuôi.
Trong khi đó, Trung Quốc vẫn đang phụ thuộc rất nhiều vào nguồn đậu tương nhập khẩu nên vấn đề này đã từng trở thành nút “thắt cổ chai” trong ngành chăn nuôi gia súc, gia cầm của quốc gia đông dân số nhất thế giới. Ước tính nếu hàm lượng protein của các giống ngô thông thường hiện nay chỉ tăng 1 điểm phần trăm, điều này có nghĩa là Trung Quốc có thể chỉ cần phải nhập khẩu dưới 8 triệu tấn đậu tương để bổ sung.
Sau 9.000 năm thuần hóa, từ một giống ngô dại teosinte trông như cây cỏ, nhân loại đã có nhiều giống ngô năng suất cao như ngày nay. Ảnh: The Paper
Với nghiên cứu đột phá trên, việc gia tăng hàm lượng protein ngô không chỉ là yêu cầu chiến lược để đảm bảo an ninh lương thực quốc gia mà còn là một trong những cách quan trọng để đảm bảo sự phát triển lành mạnh của ngành chăn nuôi gia súc, gia cầm và ngành sản xuất thức ăn chăn nuôi.
Cơ chế hình thành hàm lượng protein cao ở ngô tự nhiên đã là một vấn đề chưa được giải quyết trong một thời gian dài, với lý do là các gen chính kiểm soát hàm lượng protein tổng và hiệu quả sử dụng nitơ trong ngô vẫn chưa được tìm thấy.
Hai nhóm nghiên cứu đã bắt tay vào quá trình nghiên cứu vào năm 2012 để tìm kiếm các vật liệu cho ngô có hàm lượng protein cao, xác định hàm lượng protein, phân tích di truyền và xây dựng quần thể, và đã đạt được một kết luận thực nghiệm quan trọng rằng ngô hoang dã chứa các gen chính kiểm soát hàm lượng protein cao.
Các nhà khoa học trong nước đã liên tục tạo ra hơn 10 thế hệ vật liệu di truyền, trích xuất hơn 40.000 mẫu DNA để xác định kiểu gen và xác định hàm lượng protein của hơn 20.000 mẫu để phân tích kiểu hình và cuối cùng đã nhân bản gen chính THP9 đầu tiên kiểm soát hàm lượng protein cao trong hạt ngô.
Ngoài ra, các nhóm nghiên cứu đã thực hiện một thí nghiệm đồng ruộng quy mô lớn ở Tam Á, tỉnh Hải Nam, phía nam Trung Quốc, để đưa dòng lai ThP9-T của ngô hoang dã có hàm lượng protein cao vào giống ngô Zheng Dan 958, giống ngô có diện tích trồng lớn nhất ở trong nước. Kết quả là nó có thể làm tăng đáng kể hàm lượng protein của hạt giống lai, điều này cho thấy gen này có tiềm năng ứng dụng quan trọng trong việc trồng ngô giàu protein.
Hiện tại, kết quả nghiên cứu đang trong quá trình chuyển tiếp, từ phòng thí nghiệm sang ứng dụng rộng rãi hơn, thông qua hợp tác với một công ty chăn nuôi ở tỉnh An Huy, miền Đông Trung Quốc, và dự kiến sẽ sớm được thương mại hóa.
