Gene NAL1 có nguồn gôc từ lúa mùa có thể giúp gia tăng năng suất trên các giống lúa cao sản Indica

Gia tăng năng suất cây trồng là yếu tố cần thiết để đảm bảo an ninh lương thực cho các nước đang phát triển thuộc châu Á và châu Phi nơi có các nền kinh tế và dân số đang tăng trưởng mạnh mẽ. Mặc dù cuộc cách mạng xanh đã giúp gia tăng sản lượng lương thực trong những năm 1960 nhưng kể từ đó không có nhiều đột phá trong việc tăng năng suất lúa. 

Trong nghiên cứu của các nhà khoa học Nhật Bản đăng trên tạp chí PNAS, Daisuke Fujita và cộng tác viên đãxác định được một gen qui định số hạt SPIKELET NUMBER (SPIKE) từ một dòng lúa Landrace japonica nhiệt đới giúp tăng cường khả năng tạo hạt trên các giống lúa indica. Việc phân lập gen dựa vào bản đồ di truyền cho thấy genSPIKE có chức năng giống hệt gen NARROW LEAF1 (NAL1), gen NAL1 được ghi nhận có chức năng kiểm soát quá trình hình thành gân lá. 

Các phân tích trên kiểu hình của một dòng gần đẳng gen (near-isogenic line) của giống lúa IR64 cũng như dòng lúa biểu hiện vượt mức gen SPIKE đã cho thấy sự gia tăng số hạt (spikelet), kích thước lá, hệ thống rễ, và số lượng các bó mạch dẫn truyền trong cây. Điều này cho thấy có sự gia tăng nguồn cung cấp chất biến dưỡng và dự trữ (Source size) cũng như khả năng chuyển vị các chất biến dưỡng-đặt biệt ở đây là nguồn carbohydrate đến các cơ quan dự trữ (Sink size). 

Kết quả thu được rất có ý nghĩa, dòng gần đẳng gen (near-isogenic line) gia tăng 13-36% năng suất hạt mà không gây ra các ảnh hưởng bất lợi đáng kể nào trong quá trình hình thành và phát triển hạt. Phân tích sự biểu hiện của gen SPIKE cho thấy gen được biểu hiện trong tất cả các kiểu tế bào như bông lúa, lá, rễ và thân. Sự biểu hiện của gen SPIKE trên hầu hết các cơ quan cây lúa tạo ra sự thay đổi lên kiến trúc kiểu hình của cây. 

Hơn nữa, gen SPIKE cũng giúp tăng năng suất của giống lúa indica IR146 được phóng thích gần đây lên 18%. Gen SPIKE cũng giúp gia tăng số hạt/bông trên các giống lúa indica phổ biến khác. Việc sử dụng gen SPIKE trong việc lai tạo giống lúa có thể góp phần đảm bảo an ninh lương thực, đặc biệt ở các khu vực trồng chủ yếu giống lúa indica như ở Nam Á và Đông Nam Á. Xem chi tiết tại đây.