Các nhà khoa học tại Trung tâm Khoa học Tài nguyên Bền vững RIKEN (CSRS) đã phát triển các giống lúa có khả năng chống hạn trong các tình huống thực tế. Được công bố trên Tạp chí Công nghệ Sinh học Thực vật, nghiên cứu báo cáo rằng lúa biến đổi gen được biến đổi bằng một gen từ cây Arabidopsis cho năng suất cao hơn lúa không biến đổi khi chịu áp lực do hạn hán tự nhiên. Nghiên cứu được thực hiện với sự hợp tác của các nhà nghiên cứu từ Trung tâm Nông nghiệp Nhiệt đới Quốc tế (CIAT) ở Colombia và Trung tâm Nghiên cứu Quốc tế Nhật Bản về Khoa học Nông nghiệp (JIRCAS) tại Nhật Bản.
Khi lượng gạo cần thiết để cung cấp thức ăn cho dân số toàn cầu tăng lên, hậu quả của việc giảm cây trồng liên quan đến hạn hán ngày càng trở nên nghiêm trọng hơn. Các nhà khoa học của RIKEN và các cộng tác viên của họ đã giải quyết vấn đề này bằng cách phát triển các dòng lúa chuyển gen có khả năng chống hạn tốt hơn.
Thông thường, thực vật thích ứng với căng thẳng do hạn hán bằng cách sản xuất chất bảo vệ thẩm thấu - các phân tử như đường hòa tan giúp ngăn nước ra khỏi tế bào. Galactinol synthase (GolS) là một loại enzym cần thiết để sản xuất một trong những loại đường quan trọng này được gọi là galactinol. Trong nghiên cứu trước đây, các nhà khoa học của RIKEN đã chỉ ra rằng cây Arabidopsis biểu hiện gen AtGolS2 để phản ứng với hạn hán và căng thẳng mặn.
"Gen Arabidopsis GolS2 lần đầu tiên được xác định với nghiên cứu cơ bản tại RIKEN," nhà khoa học Fuminori Takahashi của RIKEN giải thích. "Sử dụng nó, chúng tôi có thể cải thiện khả năng chống lại căng thẳng do hạn hán, và tăng năng suất hạt của lúa trong điều kiện ruộng khô. Đây là một trong những trường hợp mô hình tốt nhất trong đó kiến thức nghiên cứu cơ bản đã được áp dụng thành công để nghiên cứu giải pháp cho một vấn đề liên quan đến thực phẩm."
Đối với nghiên cứu này, họ đã tạo ra một số dòng lúa Brazil và châu Phi chuyển gen biểu hiện quá mức gen này, và cùng với các cộng tác viên CIAT và JIRCAS của họ, đã thử nghiệm xem lúa phát triển tốt như thế nào trong các điều kiện khác nhau trong những năm khác nhau.
Kết quả rất hứa hẹn. Đầu tiên, họ trồng các dòng lúa khác nhau trong điều kiện nhà kính và cho thấy rằng lúa Brazil và châu Phi đã biến đổi thực sự có hàm lượng galactinol cao hơn so với lúa đối chứng không biến đổi. Tiếp theo, họ thử nghiệm khả năng chịu hạn trong thời kỳ sinh trưởng của cây con vì thời kỳ này thường trùng lặp với hạn hán theo mùa. Để kiểm soát chính xác phần này của thí nghiệm, nó được tiến hành trong một nơi trú ẩn của rainout cho phép chúng tạo ra các điều kiện giống như khô hạn một cách nhân tạo. Sau ba tuần, các chủng cải tiến đã phát triển cao hơn và ít bị cuốn lá hơn, một phản ứng phổ biến đối với căng thẳng hạn hán.
Khả năng chịu hạn tiếp theo được xác nhận ở giai đoạn sinh sản trong ba thử nghiệm ruộng rainout ở Colombia. Các thử nghiệm này diễn ra trong các mùa khác nhau và các địa điểm khác nhau. Tuy nhiên, các dòng chuyển gen ở cả hai loài lúa đều cho năng suất cao hơn, sinh khối lớn hơn, ít cuốn lá hơn và khả năng sinh sản cao hơn so với lúa không biến đổi. Kiểm tra kỹ hơn cho thấy rằng năm trong số các chủng hứa hẹn nhất có hàm lượng nước tương đối lớn hơn trong điều kiện khô hạn, đồng thời sử dụng nhiều ánh sáng hơn để quang hợp và chứa nhiều chất diệp lục hơn.
Cuối cùng, họ đã thử nghiệm loại gạo chuyển gen trong thời gian ba năm trong các môi trường tự nhiên khác nhau. Một lần nữa, một số chủng biến đổi gen cho năng suất hạt cao hơn trong điều kiện hạn hán nhẹ và khắc nghiệt của tự nhiên.
Khi nào chúng ta có thể thấy loại gạo hữu ích này trên thị trường? Theo Takahashi, rào cản lớn nhất đối với khả năng thương mại là họ đã sử dụng công nghệ biến đổi gen (GM) để tạo ra gạo chuyển gen GolS2."Bây giờ, chúng tôi đã bắt đầu dự án hợp tác tiếp theo, trong đó chúng tôi sẽ tạo ra gạo hữu ích mà không cần công nghệ biến đổi gen. Có thể mất 5-10 năm để đạt được mục tiêu của chúng tôi, nhưng chúng tôi phải tiếp tục thúc đẩy vì hạn hán và biến đổi khí hậu có thể trở nên tồi tệ hơn trong tương lai."
