Lúa là một trong những cây lương thực chủ đạo, cung cấp năng lượng cho khoảng một nửa dân số thế giới. Tuy nhiên, năng suất, diện tích trồng lúa bị ảnh hưởng bởi đất bị nhiễm mặn, và mức độ ảnh hưởng sẽ nặng nề hơn do hậu quả của biến đổi khí hậu toàn cầu. Cho đến nay, chưa có công trình nào nghiên cứu tính đa hình của OsHKT1 trên nhiều giống lúa khác nhau và khác biệt về khả năng chịu mặn. Nghiên cứu liên quan đến tính đa hình trên nhiều giống lúa khác nhau mới chỉ được thực hiện bởi Oomen và các cộng sự áp dụng đối với OsHKT2, tuy nhiên các tác giả không đánh giá sự khác biệt trong khả năng chịu mặn giữa các giống lúa. Nghiên cứu tính đa hình gen là một phương thức tiếp cận được sử dụng phổ biến để làm sáng tỏ cơ chế thích nghi của thực vật trong điều kiện bất lợi. Vì vậy, việc đánh giá, phân tích tính đa hình của OsHKT1 ở các giống lúa có khả năng chịu mặn khác nhau là cần thiết và có ý nghĩa khoa học cả về mặt lý luận lẫn thực tiễn.

Ở Việt Nam, các nghiên cứu về tính chịu mặn ở lúa chủ yếu tập trung vào việc đánh giá khả năng chịu mặn của các giống lúa dựa vào các chỉ tiêu sinh lý, sinh hóa và các chỉ thị marker phân tử; hoặc theo hướng chọn tạo giống chịu mặn. Mặc dù đã có những nghiên cứu liên quan đến cơ chế tính chịu mặn của cây lúa, nhưng chưa có nhiều nghiên cứu sâu ở mức độ phân tử. Với sự phát triển nhanh chóng của sinh học phân tử, việc áp dụng kĩ thuật sinh học phân tử trong nghiên cứu các gen liên quan đến khả năng chống chịu ở cây trồng là hướng nghiên cứu phổ biến hiện nay, nhằm thúc đẩy công tác chọn tạo và cải tiến giống cây trồng có tính chống chịu cao với điều kiện ngoại cảnh bất lợi. Dựa trên những hiểu biết về sinh lý, sinh hóa của cây trồng trong điều kiện mặn, cơ chế phân tử của tính chống chịu mặn, nguyên lý di truyền học và điều kiện cơ sở vật chất với trang thiết bị hiện đại của Trung tâm nghiên cứu - Phòng thí nghiệm trọng điểm thuộc Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, nhóm nghiên cứu do TS. Đỗ Thị Phúc đứng đầu đã tiến hành thực hiện nghiên cứu đề tài: “Nghiên cứu tính đa hình của gen OsHKT1 mã hóa cho protein vận chuyển ion màng nhằm đánh giá khả năng thích nghi với điều kiện mặn của cây lúa”.

Sau một thời gian triển khai thực hiện, nhóm nghiên cứu đã thu được các kết quả như sau:

+ Thu thập và đánh giá khả năng chịu mặn của các giống lúa sử dụng chỉ tiêu hình thái theo tiêu chuẩn đánh giá SES sử dụng hệ thống trồng lúa thủy canh trong điều kiện phòng thí nghiệm. Kết quả cho thấy các giống lúa được phân chia ra các nhóm: nhóm chịu mặn tốt gồm Pokkali, Nếp Nõn Tre, Nếp Ốc, Hom Râu; nhóm chịu mặn trung bình gồm Ré Nước, Mặn D2, Ngoi, Chiêm Cũ; và nhóm chịu mặn kém gồm Nếp Vải, Dâu Ấn Độ, Nipponbare.

+ Điều kiện mặn (100mM NaCl trong 3, 7 và 14 ngày xử lý) gây ảnh hưởng làm giảm chiều dài thân, chiều dài rễ, khối lượng thân tươi, khối lượng rễ tươi, chỉ số quang hợp (Fv/Fm) khi so sánh với mẫu đối chứng (không xử lý mặn). Tuy nhiên, mức độ ảnh hưởng phụ thuộc vào thời gian của stress mặn và vào giống. 

+ Xây dựng quy trình đánh giá nhanh khả năng chịu mặn của cây lúa sử dụng hệ thống trồng thủy canh trong phòng thí nghiệm. 

+ Trình tự gen OsHKT1 được xác định ở các giống lúa nghiên cứu bằng phương pháp giải trình tự gen. So sánh các trình tự gen thu được phát hiện được 9 vị trí đa hình nucleotide trong đó có 2 vị trí đa hình nhầm nghĩa (G50T và T1209A ) và 7 vị trí đa hình đồng nghĩa (A360G, A645G, A708G, G744A, T1000C, G1431A và G1440A).  

+ Trình tự axit amin suy diễn từ trình tự nucleotide của gen OsHKT1 được xác định và so sánh. Từ đó phát hiện được 2 vị trí đa hình axit amin gồm G17V và D403E.  

+ Cấu trúc 3D của protein OsHKT1 ở lúa được mô hình hóa và từ đó cho phép dự đoán ảnh hưởng của đa hình nhầm ngha đến cấu trúc của protein. Trong nghiên cứu này, nhóm nghiên cứu đã phát hiện hai đa hình nhầm nghĩa, tuy nhiên axit amin bị thay thế nằm ở vị trí không quan trọng nên không dẫn đến ảnh hưởng rõ rệt đến cấu trúc của protein OsHKT1. 

+ Xác định tần số sử dụng mã bộ ba để dự đoán ảnh hưởng của đa hình đông nghĩa đến tốc độ dịch mã. Trong bảy vị trí đa hình đồng nghĩa, dự đoán có hai đa hình ở vị trí 360 và 1000 làm tăng tần số sử dụng mã bộ ba, một đa hình ở vị trí 1440 làm giảm tần số sử dụng mã bộ ba.

+ Mối liên quan giữa đa hình gen, đa hình protein với khả năng chịu mặn của các giống lúa được đánh giá thông qua phân tích xác suất thống kê. Kết quả cho thấy đa hình tại vị trí 360, 1209 và 1440 có xu hướng làm tăng khả năng chịu mặn của giống lúa, đa hình tại vị trí 1000 lại có xu hương làm giảm khả năng chịu mặn của các giống lúa. 

Các kết quả này đã được đăng trên tạp chí Rice Science (thuộc hệ thống Scopus) và Tạp chí Khoa học của ĐHQG HN. Đây sẽ nguồn cơ sở dữ liệu bổ sung vào kết quả nghiên cứu di truyền phân tử tính chống chịu của cây trồng, tạo tiền đề cho các nghiên cứu sâu hơn và có khả năng ứng dụng trong lĩnh vực nông nghiệp. Góp phần thúc đẩy ứng dụng sinh học phân tử trong nghiên cứu nông nghiệp, nhằm phát triển bền vững, ổn định và đảm bảo an ninh lương thực.

Có thể tìm đọc toàn văn Báo cáo kết quả nghiên cứu của Đề tài (Mã số 14683/2018) tại Cục Thông tin Khoa học và Công nghệ Quốc gia.

P.T.T (NASATI)