Kỹ thuật "đột biến hô hấp" hứa hẹn trước mắt có thể tạo ra các "siêu" lúa, cũng như cây trồng nhờ việc lai 10 hoặc hơn các giống lúa ưu tú với nhau để tạo ra một giống lúa ưu việt. "Năng suất lý thuyết có thể đạt 30 tấn/ha thậm chí cao hơn, không bị sâu bệnh và rất ngon", PGS Trần Đăng Xuân, Trưởng phòng thí nghiệm Sinh lý thực vật và Hóa sinh, Đại học Hiroshima (Nhật Bản) tiết lộ sau hơn 10 năm ông cùng nhóm nghiên cứu theo đuổi các thí nghiệm để lai tạo giống lúa có thể giúp liên kết các đặc tính tốt nhất của cây lúa.
PGS Trần Đăng Xuân (giữa) đang hướng dẫn tại Phòng thí nghiệm.
PGS Xuân cho biết, thay vì áp dụng các lý thuyết di truyền phổ biến của Mendel, ông và các cộng sự đã thực hiện các thí nghiệm đột biến trên lúa theo phương pháp ngược lại. Đó là xử lý đột biến bằng hóa học, nhưng khác với thông thường là sử dụng nồng độ rất thấp và trong một thời gian dài.
Kết quả khi áp dụng kỹ thuật "đột biến hô hấp", các đặc tính kháng bệnh, năng suất cao, phẩm chất tốt... từ nhiều giống lúa dường như được liên kết lại với nhau và không tạo nên sự phân ly, hoặc có phân ly với tỷ lệ rất ít. Bằng phương pháp lai tạo thông thường, hiện tại chưa thể lai đồng thời nhiều giống lúa với nhau, đặc biệt trên 10 giống có nền di truyền khác xa nhau, vì sẽ tạo ra sự phân ly lớn và phức tạp.
Điểm đột phá, liên kết gene cho phép di truyền theo giống mẹ, chứ không phải từ giống bố như thông thường. Lúa có một số gene nằm trong tế bào chất có thể di truyền theo giống mẹ, nhưng phần lớn không phải là các gene quan trọng, vì các gene này thường nằm trong nhân tế bào.
Lý thú hơn, sự đột biến cho phép lai không giới hạn các giống lúa với nhau để tạo ra một giống lúa theo lý thuyết mang tất các các gene ưu tú của các giống tham gia lại tạo, chỉ trong một thời gian ngắn. Những điểm này trong kỹ thuật chọn giống hiện chưa nơi nào làm được.
Thông thường trong lai giống, các giống bố phải mang các tính trạng tốt và cần thiết cho mục đích chọn giống, nhưng vì các tính trạng do nhiều gene tương tác và quyết định, nên việc chọn giống thông thường rất phức tạp và mất nhiều thời gian.
Ngược lại chọn giống áp dụng bằng kỹ thuật phân tử tiết kiệm thời gian, nhưng sự bền vững và tính hiệu quả vẫn là một nan giải. Vì vậy kỹ thuật "hô hấp đột biến" đang thể hiện những ưu việt trong lai tạo giống.
Phát hiện gene "lãnh đạo" ở cây lúa
PGS Trần Đăng Xuân còn phát hiện trong cây lúa cũng có một hoặc nhiều gene đóng vai trò như gene "lãnh đạo" hoặc gene "trung tâm", có khả năng liên kết với tất cả các gene khác khi "đột biến hô hấp" xảy ra.
Ông chia sẻ, áp dụng kỹ thuật mới này cho phép khả năng kết tụ các gene quan trọng trong cây lúa, bất kể từ bố hoặc từ mẹ vào một cá thể để tạo ra các giống "siêu" lúa với những phẩm chất ưu tú vượt trội.
PGS Trần Đăng Xuân với các thí nghiệm về gene của cây lúa. Ảnh: Đại học Hirosima.
Tuy nhiên PGS Xuân cũng lưu ý để đạt thành công này còn mất rất nhiều thời gian, có thể lên tới vài chục năm. Nếu thành công, chỉ cần Việt Nam sản xuất cũng đủ lúa gạo cho toàn châu Á, thậm chí cả thế giới.
Sự không phân ly của các tính trạng trên cây lúa có khả năng tạo nên sự đột phá trong lai tạo lúa và cây trồng, giải quyết vấn đề thiếu lương thực do biến đổi khí hậu, dân số gia tăng và diện tích gieo trồng đang bị thu hẹp lại của nhiều nơi trên thế giới.
Vì thế ông và nhóm nghiên cứu đang tiếp tục theo đuổi để cung cấp đầy đủ các bằng chứng khoa học rõ ràng và thuyết phục trước khi chính thức công bố trên các tạp chí khoa học danh tiếng.
Nhóm nghiên cứu đang tập trung xem xét kỹ điều gì đã xảy ra trong bộ gene cây lúa, DNA, RNA và tế bào, để tạo nên sự liên kết gần như tuyệt đối xoay quanh một số gene "trung tâm" khi đột biến hô hấp xảy ra, ngược lại với các phương pháp đột biến thông thường.
"Đột phá này sẽ phải nghiên cứu rất kỹ trong nhiều năm, thậm chí cần vài chục năm", PGS Xuân nói và mơ ước một ngày nào đó, khi vị trí của gene trung tâm hoặc gene "lãnh đạo" trong con người có thể được tìm ra và tạo nên sự liên kết gene của con người. Ví dụ tạo nên một con người tương lai vừa thông minh tài giỏi, sức khỏe, sống lâu, hình thức đẹp... vượt trội so với loài người hiện tại.
Từ những thành công qua các thí nghiệm đã thực hiện PGS Xuân có niềm tin về một ngày nào đó các "siêu" lúa và cây trồng, thậm chí cả động vật cũng có thể tạo nên dễ dàng để phục vụ cho nhu cầu ngày càng tăng của con người là có cơ sở.
PGS. TS Trần Đăng Xuân là nhà khoa học người Việt đang sinh sống và làm việc tại Nhật Bản. Hiện ông hoạt động trong lĩnh vực nghiên cứu chủ yếu về nhân giống cây trồng, bộ gene, khoa học cỏ dại, sản xuất nông nghiệp bền vững, hóa học hữu cơ, hóa học phân tích, năng lượng sinh khối...
Ông có hơn 110 công trình đăng trên các tạp chí khoa học quốc tế trong danh mục ISI và 130 bài trong danh mục Scopus, với điểm H-index là 24.
Ông từng đoạt một số giải thưởng như Sao Tháng Giêng khi còn là sinh viên, đồng giải thưởng công trình xuất sắc nhất của Hội Khoa học Cỏ dại Nhật Bản năm 2010, giải thưởng Kusunoki của tỉnh Miyazaki, Nhật Bản năm 2008, giải thưởng nghiên cứu môi trường của Dầu mỏ Showa năm 2003.
Đặc biệt trong hai năm liên tiếp 2017 và 2018, PGS. TS Xuân đã hai lần nhận giải thưởng Phoenix Outstanding Researcher Award dành cho các nhà khoa học trẻ dưới 45 tuổi của Đại học Hiroshima.
Ông là một trong 100 nhà khoa học trẻ của Việt Nam tại nước ngoài tham gia chương trình Đổi mới Sáng tạo do Chính phủ Việt Nam, Bộ Khoa học Công nghệ, và Bộ Kế hoạch Đầu tư tổ chức vào tháng 8/2018 tại Việt Nam.