Một khám phá đột phá từ Đại học Maryland (Mỹ) đang mở ra hy vọng mới cho an ninh lương thực toàn cầu: các nhà khoa học đã tìm thấy một "công tắc di truyền" ẩn bên trong lúa mì, có khả năng giúp cây tạo ra nhiều hạt hơn gấp ba lần so với bình thường, đây là một bước tiến có thể thay đổi cách thế giới sản xuất lương thực trong tương lai.
Nhóm nghiên cứu do các nhà khoa học thuộc Khoa Khoa học Thực vật của Đại học Maryland dẫn đầu đã phát hiện ra rằng một gen hiếm, có tên WUSCHEL-D1 (WUS-D1), vốn thường "ngủ yên" trong lúa mì thông thường, lại trở nên hoạt động sớm ở một giống lúa đột biến.
Khi được kích hoạt, gen này làm thay đổi quá trình hình thành hoa, khiến cây tạo ra ba bầu nhụy thay vì chỉ một. Mỗi bầu nhụy sau đó có thể phát triển thành một hạt, giúp tăng gấp ba sản lượng hạt trên mỗi bông mà không cần mở rộng diện tích canh tác.
Khám phá này, được công bố ngày 14/10/2025 trên K ỷ yếu của Viện Hàn lâm Khoa học Quốc gia (PNAS) , được xem là một bước tiến lớn trong công nghệ nông nghiệp, đặc biệt trong bối cảnh dân số toàn cầu dự kiến vượt 9 tỷ người vào năm 2050.
Một gen lúa mì từng "im lặng" có thể nắm giữ bí quyết giúp trồng được nhiều ngũ cốc hơn từ mọi cánh đồng.
"Công tắc" giúp lúa mì sinh thêm hạt
Đặc điểm lúa mì có ba bầu nhụy từng được ghi nhận ở một đột biến tự nhiên, nhưng suốt nhiều năm, giới khoa học không thể xác định nguyên nhân di truyền. Nhờ công nghệ giải trình tự DNA tiên tiến, nhóm nghiên cứu tại Maryland đã so sánh bản đồ gen của giống lúa đột biến với giống lúa thường, và phát hiện "thủ phạm" là gen WUS-D1.
Khi gen này được kích hoạt sớm trong quá trình phát triển hoa, nó làm mô hoa phát triển lớn hơn và cho phép hình thành thêm cơ quan sinh sản cái, cụ thể là các nhụy và bầu nhụy. Kết quả là cây lúa có thể cho ra nhiều hạt hơn mà không cần tăng kích thước hay chiều cao.
Phó Giáo sư Vijay Tiwari, đồng tác giả của nghiên cứu, chia sẻ:
"Chúng tôi đã xác định được chính xác cơ sở di truyền đứng sau đặc điểm này. Điều đó mở ra cánh cửa cho các nhà lai tạo giống kết hợp gen này vào các giống lúa mì mới, từ đó tăng số hạt trên mỗi bông và năng suất tổng thể. Với công nghệ chỉnh sửa gen hiện đại, giờ đây chúng ta có thể chủ động điều khiển đặc tính này để nâng cao hiệu quả sản xuất lúa mì".
Cách mạng hóa nông nghiệp mà không cần thêm đất
Tầm quan trọng của khám phá này vượt xa giới hạn của một nghiên cứu di truyền. Trong bối cảnh biến đổi khí hậu, thiếu đất nông nghiệp, khan hiếm nước và chi phí phân bón ngày càng cao, việc tìm ra cách tăng năng suất mà không cần thêm tài nguyên là điều cực kỳ quý giá.
Hiện nay, lúa mì là nguồn cung cấp calo và protein chính cho hơn 2,5 tỷ người trên thế giới, chỉ đứng sau gạo và ngô. Tuy nhiên, tốc độ tăng năng suất lúa mì trong thập kỷ qua đang chậm lại, trong khi nhu cầu vẫn tiếp tục tăng mạnh. Vì thế, việc "bật công tắc" WUS-D1 có thể trở thành giải pháp mang tính cách mạng cho an ninh lương thực toàn cầu.
Theo các nhà nghiên cứu, chỉ cần tăng thêm vài phần trăm số hạt trên mỗi cây cũng đủ để đáp ứng thêm nhu cầu của hàng trăm triệu người, giúp giảm áp lực lên các vùng đất nông nghiệp và giảm phát thải từ việc mở rộng canh tác.
Một bông lúa mì MOV tiêu biểu (a) và bông lúa mì (b) cho thấy ảnh hưởng của gen Mov-1 lên số hạt. Lúa mì làm bánh mì thông thường có một hạt trên mỗi bông lúa mì.
Từ lúa mì đến tương lai của nông nghiệp toàn cầu
Không chỉ dừng lại ở lúa mì, việc hiểu rõ cách hoạt động của WUS-D1 còn mở ra khả năng ứng dụng tương tự ở các loại cây lương thực khác như lúa, ngô hay lúa mạch. Bằng cách điều chỉnh các gen tương tự, các nhà khoa học có thể tạo ra những giống cây có năng suất vượt trội, góp phần hiện thực hóa mục tiêu "nuôi sống thế giới mà không cần thêm đất".
Tiwari nhấn mạnh rằng bước tiếp theo của nhóm sẽ là thử nghiệm kích hoạt gen này trong các giống lúa mì thương mại phổ biến, đánh giá độ ổn định của đặc tính qua nhiều mùa vụ và điều kiện khí hậu khác nhau. Nếu thành công, các giống lúa mì "ba hạt" có thể được thương mại hóa trong vòng vài năm tới.
Dù vẫn còn nhiều thách thức, từ đảm bảo an toàn sinh học, cân bằng chất lượng hạt đến việc chấp thuận của các cơ quan quản lý, nhưng phát hiện về WUS-D1 cho thấy tiềm năng to lớn của khoa học di truyền trong việc giải quyết khủng hoảng lương thực.
"Đây là một ví dụ tuyệt vời cho thấy chỉ một thay đổi nhỏ trong bộ gen cũng có thể tạo ra tác động toàn cầu", Tiwari nói. "Nếu chúng ta biết cách điều khiển hợp lý, nông nghiệp trong tương lai có thể bền vững hơn, thông minh hơn và hiệu quả hơn bao giờ hết".
Khám phá về "công tắc di truyền" WUS-D1 không chỉ là thành tựu khoa học, mà còn là lời hứa hẹn rằng một hạt lúa mì nhỏ bé hôm nay có thể nuôi sống cả thế giới ngày mai.
Lấy link