Chiều cao quan trọng đối với cây trồng. Cây trồng ngắn ngày có thể chứa nhiều hạt hơn mà không bị uốn cong dưới sức nặng của cây. Nhưng tất cả các cây cao chịu nước tốt hơn. Giờ đây, các nhà nghiên cứu đã tìm thấy hai gen phối hợp kiểm soát chiều cao của cây lúa: một gen làm tăng tốc độ kéo dài của thân cây, còn gen kia kìm hãm sự phát triển của thân. Nếu hệ thống này tương tự như ở các cây khác, sẽ rất hữu ích trong việc nhân giống nhiều loại cây trồng.

Vào giữa thế kỷ 20, các chuyên gia nhân giống cây trồng thường chọn lọc giống lúa mì và lúa thân ngắn; các cây trồng này dành nhiều dưỡng chất để tạo hạt và ít có khả năng bị đổ trong điều kiện thời có gió hoặc mưa to. Sau đó, các nhà sinh học đã phát hiện ra rằng những giống này, vào những thời điểm nhất định trong quá trình phát triển của chúng, sản sinh ít hoóc môn có tên là gibberellic acid (GA) hoặc không thể phản ứng với các tín hiệu để phát triển thân dài hơn. Tác dụng phụ của những đột biến đó bao gồm những cây non  tại các vùng dễ bị hạn hán đôi khi mọc lên từ mặt đất quá sớm.

Motoyuki Ashikari, nhà di truyền học phân tử thực vật tại trường Đại học Nagoya và các cộng sự đã nghiên cứu các giống lúa sống sót sau trận ngập sâu nhờ phát triển cao nhanh hơn có thể lên đến 25 cm mỗi ngày. Giống lúa nước sâu được trồng tại các vùng đồng bằng, chủ yếu ở Đông Nam Á nơi lũ lụt theo mùa rút chậm với mực nước sâu đến hơn 1m. Nghiên cứu trước đây đã chỉ ra rằng khi cây bị ngập nước, khí etylen tích tụ trong các mô của chúng, kích hoạt sản sinh GA. Trong nghiên cứu này, các nhà khoa học muốn xác định cách GA kích thích sự phát triển thân cây của các giống lúa nước sâu.

Nhóm nghiên cứu đã so sánh ADN của một loại lúa nước sâu với một giống lúa khác chỉ có thể phát triển ở vùng nước nông. Các nhà khoa học đã xác định được hai gen được nhóm đặt tên là ACE1 và DEC1. Các thí nghiệm nhà kính cho thấy tác động của gen: Trong lúa nước sâu, ACE1 hoạt động khi cây ngập nước, kích thích sự phân chia tế bào trong thân cây, giúp cây sinh trưởng. Nhưng giống lúa nước nông điển hình có đột biến gen ACE1, lại không kéo dài thân khi cây bị ngập nước.

Trong những thí nghiệm khác, nhóm nghiên cứu đã chỉ ra rằng DEC1 ngăn chặn sự phát triển của thân cây. DEC1 đã hoạt động trong giống lúa nước nông và vẫn hoạt động khi cây bi ngập nước, về cơ bản kìm hãm sự phát triển của thân cây. Ngược lại, khi lúa nước sâu bị ngập, hệ thống kìm hãm đã được loại bỏ: DEC1 ngừng biểu hiện, tiếp tục cho phép thân cây phát triển.

Laura Dixon, nhà sinh vật học thực vật tại Đại học Leeds cho biết, nếu các chuyên gia nhân giống cây trồng hoặc nhà sinh học phân tử kiểm soát hai gen đó, họ có thể điều chỉnh chiều cao của cây mà không phải điều chỉnh mức GA có lẽ ngay cả trong các loại cây trồng khác ngoài cây lúa. Điều đó có nghĩa là GA sẽ tiếp tục ảnh hưởng đến các bộ phận khác của cây một cách bình thường. Hai gen mới có thể hoạt động giống như một công cụ làm giảm chiều cao của cây.

Hai gen cũng tồn tại trong cây mía, lúa mạch và cỏ Brachypodium distachyon được nghiên cứu. Chúng có thể xuất hiện phổ biến ở các loại cỏ quan trọng khác trong ngành nông nghiệp. Ngô, loại cây trồng quan trọng khác có gen tương đương với ACE1, nhưng chỉ có một gen phần nào giống với DEC1. Tuy nhiên, phạm vi của các loại cây có hai gen này khiến cho phát hiện mới trở nên rất quan trọng.

Gen ACE1 và DEC1 sẽ giúp các chuyên gia nhân giống lúa cải thiện các giống năng suất thấp ứng phó với lũ lụt theo mùa hoặc điều chỉnh các gen từ những giống lúa ngắn ngày. Nếu phương pháp này có hiệu quả với những cây trồng khác, thậm chí nó có thể giúp biến đổi những cây trồng chịu nước cho các khu vực thường xuyên bị lũ lụt do biến đổi khí hậu, bao gồm cả vùng Trung Tây Hoa Kỳ. Những nỗ lực này sẽ phụ thuộc hoàn toàn vào phản ứng của các gen trong những cây trồng mục tiêu, nhưng sẽ tạo ra sự khác biệt lớn cho người nông dân.

N.P.D (NASATI), theo https://www.sciencemag.org/news/2020/07/new-genes-control-plant-height-could-lead-flood-proof-crops, 7/2020