Dù nước cần cho cây trồng sinh trưởng, nhưng quá nhiều nước có thể gây ngập úng và làm cho cây trồng bị chết. Ở Nam Á và Đông Nam Á nơi hay xảy ra lũ lụt vào mùa mưa, độ sâu của nước có thể duy trì ở mức vài mét trong nhiều tháng.

Các giống lúa được gọi là "lúa nước sâu" đã phát triển chiến lược để đảm bảo khả năng sinh tồn. Lúa nước sâu sinh trưởng bình thường trong vùng nước nông nhưng trong các trận lũ lớn, giống lúa này phát triển chiều cao để thích ứng với mực nước dâng cao, giúp cây lúa sống sót qua những trận lũ dài.

Nhóm nghiên cứu bao gồm Takeshi Kuroha tại trường Đại học Tohoku, Motoyuki Ashikari tại trường Đại học Nagoya, Susan R. McCouch thuộc trường Đại học Cornell và các cộng sự ở Nhật Bản và Hoa Kỳ đã phát hiện ra một gen rất quan trọng đối với sự sống còn của cây lúa trong điều kiện lũ lụt. Các nhà khoa học cũng đã làm sáng tỏ chức năng phân tử và lịch sử tiến hóa của cây lúa.

Các nhà nghiên cứu đã xác định được SD1 (SEMIDWARF1), một gen quan trọng kích thích phản ứng của cây lúa trong điều kiện nước ngập sâu. SD1 mã hóa enzyme sinh học tổng hợp gibberellin - một hoócmon thực vật. Gen này quyết định phản ứng của cây lúa ở vùng nước sâu thông qua một gen tương ứng có cùng chức năng. Khi bị ngập nước, cây lúa tích tụ ethylene, một loại hoóc môn thực vật dạng khí. Cây lúa ngập nước khuếch đại tín hiệu chuyển tiếp, trong đó gen SD1 được kích hoạt bởi một yếu tố phiên mã đáp ứng ethylene hay OsEIL1a.

Protein SD1 trực tiếp làm tăng khả năng tổng hợp gibberellin, chủ yếu là một trong những loại gibberellin hay GA4 thúc đẩy sự tăng trưởng theo chiều dọc ở cây trồng. Phân tích sâu hơn cho thấy biến thể chức năng này phát triển đầu tiên trong lúa hoang dã, tổ tiên của cây lúa và là mục tiêu lựa chọn trong quá trình thuần hóa để lúa canh tác thích nghi với môi trường nước sâu ở Băng-la-đét.

Gen SD1 được biết đến với tên gọi “gen của cuộc cách mạng xanh” trong đó gen tương ứng bị mất chức năng của SD1 khiến cho cây có chiều cao thấp, cung cấp khả năng kháng bệnh và tăng chỉ số thu hoạch, tạo ra năng suất hạt lớn hơn theo các hệ thống nông nghiệp đầu vào cao.

Gen phiên mã có thêm chức năng của cùng một gen cho phép lúa nước sâu thích ứng với lũ lụt nhờ tăng chiều cao của cây lúa. SD1 hoạt động với nhiều vai trò khác nhau trong lúa canh tác làm tăng khả năng dẻo dai vốn có của cây đối với môi trường.

Kuroha cho rằng: "Các sự kiện thời tiết khắc nghiệt do biến đổi khí hậu có thể ảnh hưởng đến sản xuất lương thực trên toàn thế giới. Người nông dân sẽ cần phải đa dạng hóa các phương thức canh tác và biến thể di truyền bí ẩn được tìm thấy trong các gen của cây lúa hoang dã sẽ cung cấp các giải pháp thích ứng cho các cây trồng có khả năng mau phục hồi trước tác động của môi trường".

Nguồn: NASATI