Toàn bộ kho báu lúa mì của Anh phải nhờ người Trung Quốc giải mã

Sự kiên trì của Watkins là phi thường và một thế kỷ sau, nó sắp gặt hái được những kết quả đáng kinh ngạc. Một dự án hợp tác giữa Anh và Trung Quốc đã giải trình tự DNA của tất cả 827 loại lúa mì do Watkins thu thập và được nuôi dưỡng tại Trung tâm John Innes gần Norwich trong hầu hết thế kỷ qua.

Một kho báu về nguồn gien lúa mì

Khi làm như vậy, các nhà khoa học đã hình thành một kho báu nguồn di truyền bằng cách xác định các gien chưa từng được biết đến hiện. Nhiều trong số đó đang được sử dụng để tạo ra các giống lúa mì khỏe mạnh với năng suất được cải thiện có thể giúp nuôi sống dân số đang gia tăng trên Trái đất.

Các chủng loại hiện đang được phát triển gồm cả lúa mì có thể phát triển trên đất mặn, trong khi các nhà nghiên cứu tại Đại học Nông nghiệp Punjab đang nỗ lực cải thiện khả năng kháng bệnh từ hạt giống mà họ nhận được từ Trung tâm John Innes. Một số chủng loại khác có thể làm giảm nhu cầu phân đạm và điều này rất ý nghĩa vì việc sản xuất phân đạm là nguồn phát thải carbon chính.

Simon Griffiths, nhà di truyền học tại Trung tâm John Innes và là đồng chủ nhiệm dự án cho biết: “Về cơ bản, chúng tôi đã phát hiện ra một mỏ vàng. Điều này sẽ tạo ra sự khác biệt to lớn đối với khả năng cung cấp lương thực cho thế giới khi thời tiết nóng hơn và ngành nông nghiệp chịu áp lực ngày càng tăng do biến đổi khí hậu”.

Ngày nay, cứ năm calo mà con người tiêu thụ thì có một calo đến từ lúa mì và mỗi năm, ngày càng có nhiều người ăn lúa mì hơn khi dân số thế giới tiếp tục tăng.

Griffiths nói thêm: “Lúa mì là nền tảng của nền văn minh nhân loại. Ở những khu vực như châu Âu, Bắc Phi, nhiều vùng rộng lớn ở Châu Á và sau đó là Bắc Mỹ, việc trồng lúa mì đã nuôi sống các đế chế lớn, từ Ai Cập cổ đại đến sự phát triển của nước Anh hiện đại”.

Lúa mì này có nguồn gốc từ các giống lúa hoang ban đầu được thuần hóa và trồng trọt ở khu Lưỡi liềm màu mỡ ở Trung Đông, cách đây 10.000 năm. Nhiều giống lúa mì này và gien của chúng đã biến mất. Đáng tiếc, quá trình này đã được đẩy nhanh cách đây khoảng một thế kỷ khi khoa học lai tạo thực vật ngày càng phát triển. Khi đó, một số giống lúa mì bị coi là không có giá trị và đã bị loại bỏ.

Griffiths cho biết: “Đó là lý do tại sao bộ sưu tập Watkins lại quan trọng đến vậy. Bộ sưu tập này chứa các giống đã bị mất nhưng sẽ vô cùng có giá trị trong việc tạo ra lúa mì có thể cung cấp năng suất hứa hẹn trong điều kiện khí hậu khắc nghiệt hiện nay đang đe dọa nền nông nghiệp”.

Quá phức tạp và tốn kém nên phải nhờ người Trung Quốc giải mã trong một valy ổ cứng

Đồng chủ nhiệm của dự án, Shifeng Cheng, một giáo sư tại Viện Hàn lâm Khoa học Nông nghiệp Trung Quốc, cho biết: “Chúng ta có thể tìm lại sự đa dạng mới lạ, có giá trị và hữu ích đã bị mất trong lúa mì hiện đại sau 'cuộc cách mạng xanh' vào thế kỷ 20 và có cơ hội đưa chúng trở lại các chương trình nhân giống”.

Các nhà khoa học đã muốn xác định và nghiên cứu các gien lúa mì trong bộ sưu tập Watkins sau khi phát triển việc giải trình tự DNA ở quy mô lớn từ hơn một thập niên trước, nhưng họ đã phải đối mặt với một vấn đề bất thường. Bộ gien của lúa mì rất lớn: nó bao gồm 17 tỉ đơn vị DNA, gần gấp 6 lần so với 3 tỉ cặp bazơ tạo nên bộ gien người.

Griffiths cho biết: “Bộ gien lúa mì chứa đầy các yếu tố tinh vi và điều đó khiến việc giải trình tự trở nên khó khăn hơn và tốn kém hơn. Tuy nhiên, nhờ các đồng nghiệp người Trung Quốc đã thực hiện công việc giải trình tự chi tiết, chúng tôi đã khắc phục được vấn đề đó”.

Griffiths và các đồng nghiệp đã gửi mẫu từ bộ sưu tập Watkins cho Cheng và được hồi đáp ba tháng sau đó bằng một chiếc vali chứa đầy ổ cứng. Những ổ cứng này chứa một petabyte tương đương 1 nghìn Tb hay 1 triệu Gb—dữ liệu đã được nhóm các nhà khoa học Trung Quốc giải mã từ bộ sưu tập Watkins.

Thật đáng kinh ngạc, dữ liệu này cho thấy các giống lúa mì hiện đại chỉ sử dụng 40% sự đa dạng di truyền có trong bộ sưu tập.

Griffiths cho biết: "Chúng tôi đã phát hiện ra rằng bộ sưu tập Watkins chứa đầy những biến thể hữu ích mà lúa mì hiện đại không có".

Những đặc điểm đã mất này hiện đang được các nhà lai tạo thực vật thử nghiệm với mục đích tạo ra một loạt các giống mới mà có thể đã bị lãng quên nếu không có nỗ lực của Arthur Watkins.

Arthur Watkins đã làm quen với nông nghiệp một cách khác thường. Năm 19 tuổi, ông được đưa ra chiến trường trong Thế chiến thứ nhất. Ông đã sống sót và trong nhiều tháng sau khi đình chiến, ông được lệnh ở lại Pháp để làm trợ lý sĩ quan nông nghiệp, có nhiệm vụ giúp những người nông dân địa phương cung ứng lương thực cho quân nhân vẫn đang chờ được đưa về nhà.

Simon Griffiths cho biết, vai trò này đã khơi dậy mối quan tâm của Watkins đối với nông nghiệp và khi trở về Anh, ông đã nộp đơn xin học chuyên ngành này tại Cambridge. Sau khi tốt nghiệp, Watkins đã gia nhập khoa nông nghiệp của trường Cambridge, nơi ông bắt đầu công việc theo suốt cuộc đời mình: thu thập các mẫu lúa mì từ khắp hành tinh.

Griffiths cho biết: "Điều quan trọng là Watkins đã nhận ra rằng khi chúng ta bắt đầu lai tạo các giống lúa mì mới, các gien khi đó được cho là ít hữu ích và bị xóa khỏi các giống vẫn có thể có giá trị trong tương lai".

“Suy nghĩ của ông ấy đi trước thời đại một cách đáng kinh ngạc. Ông nhận ra rằng sự đa dạng di truyền—trong trường hợp này là của lúa mì—đang bị xói mòn và chúng ta rất cần phải ngăn chặn điều đó”.

“Rất ít nhà khoa học nghĩ đến vấn đề này vào thời đó. Watkins rõ ràng đã suy nghĩ rất trước thời đại của mình và thế hệ sau cần biết ơn về điều đó”.