Vào những năm 1920 và 1930, một nhà thực vật học người Anh tên là Arthur Ernest Watkins đã thu thập hơn 1.000 loại lúa mì làm bánh mì từ 32 quốc gia trên toàn thế giới.
Trong một nghiên cứu gần đây, các nhà khoa học đề xuất rằng bộ sưu tập hạt giống của ông – được bảo quản cẩn thận trong hơn một thế kỷ – có thể nắm giữ chìa khóa để củng cố nền nông nghiệp lúa mì hiện đại và nuôi sống dân số thế giới đang ngày càng tăng. Phát hiện của họ đã được công bố trên tạp chí Nature vào tháng 6 năm 2024.
Khi Watkin trở về từ Pháp sau Thế chiến thứ nhất, nơi ông làm việc với tư cách là một sĩ quan nông nghiệp trợ lý, ông và các đồng nghiệp đã dự đoán rằng những tiến bộ khoa học trong việc lai tạo thực vật sẽ làm giảm đáng kể sự đa dạng của cây trồng. Do đó, ông được giao nhiệm vụ bảo vệ các giống bản địa – các giống lúa mì địa phương – từ khắp nơi trên thế giới. Cho đến nay, bộ sưu tập lúa mì mà ông tập hợp được là bộ sưu tập lúa mì lịch sử toàn diện nhất trên thế giới.
Ngày nay, những gì Watkins dự đoán cách đây một thế kỷ phần lớn đã diễn ra. “Cách mạng xanh” của thế kỷ XX đã mang lại sự gia tăng đáng kể về sản lượng ngũ cốc nhờ vào sự phát triển của các giống năng suất cao, đặc biệt là lúa mì và lúa gạo. Nhưng năng suất không phải là đặc điểm duy nhất thay đổi do các kỹ thuật lai tạo hiện đại.
Shifeng Cheng , tác giả chính của nghiên cứu và là Giám đốc Trung tâm Di truyền học Thực vật tại Viện Di truyền học Nông nghiệp ở Thâm Quyến, Viện Hàn lâm Khoa học Nông nghiệp Trung Quốc, cho biết: “Trong 100 năm qua, năng suất lúa mì đã tăng lên, nhưng các giống lúa mì hiện đại của chúng ta khá mong manh với sự suy giảm và đồng nhất đáng kể về đa dạng di truyền”.
“Chúng ta đã mất protein, hàm lượng dinh dưỡng, rất nhiều đặc tính tốt. Và đó là vấn đề lớn để đảm bảo an ninh lương thực trước tình hình biến đổi khí hậu toàn cầu”, Cheng nói thêm.
Lúa mì hiện đại chủ yếu có nguồn gốc từ Trung và Tây Âu và chỉ xuất phát từ hai nhóm tổ tiên – rất ít vì riêng bộ sưu tập Watkins đã đại diện cho bảy nhóm tổ tiên. Vấn đề với sự thiếu đa dạng là nó khiến cây trồng dễ bị tổn thương hơn trước hầu hết mọi thứ.
“Nếu có một số loại sâu bệnh, dịch bệnh hoặc hiện tượng biến đổi khí hậu không thể đoán trước, nhiều loại lúa mì của chúng ta sẽ bị xóa sổ trong những năm sinh trưởng”, Cheng giải thích. “Chúng ta cần quay trở lại lịch sử, quay trở lại sự đa dạng đã mất”.
Để làm được điều này, nhóm các nhà khoa học quốc tế Trung Quốc và Anh đã chuyển sang bộ sưu tập Watkins để khám phá lại sự đa dạng của lúa mì trong lịch sử. Cheng nói thêm: “Sự đa dạng tạo ra sự phức tạp cho sự mạnh mẽ và đổi mới”.
Duy trì bộ sưu tập lúa mì thực sự là một nỗ lực to lớn: hạt giống cần được trồng, chăm sóc và thu hoạch ít nhất 5 năm một lần. Trong số 1000 giống bản địa mà Watkins đã thu thập từ các nước châu Âu, châu Á và Bắc Phi, 827 giống đã sống sót để chứng kiến nghiên cứu bắt đầu từ 12 năm trước.
Các nhà khoa học đã tỉ mỉ phân tích lúa mì, có bộ gen được cho là lớn hơn bộ gen người gấp năm lần và phát hiện ra rằng bộ sưu tập lúa mì Watkins có sự đa dạng di truyền cao hơn 67 phần trăm so với các giống lúa mì hiện đại.
“Lúa mì Watkins được thu hoạch cách đây 100 năm, nhưng mỗi loại lúa mì đã được trồng và nuôi sống con người trong hàng trăm hoặc thậm chí hàng nghìn năm,” Cheng giải thích. “Chúng thích nghi tốt với môi trường địa phương, có thể chịu được những khó khăn về môi trường và duy trì nguồn đa dạng phong phú, chưa được sử dụng hết.”
Nhóm nghiên cứu đã mô tả và dự đoán 137 đặc điểm từ các giống bản địa vào một bản đồ biến thể bộ gen – thứ mà Cheng gọi là “từ điển gen” có thể giúp các cộng đồng lúa mì lai tạo lại sự đa dạng di truyền hữu ích cổ xưa vào các giống lúa mì hiện đại. Một số đặc điểm đã mất mà các nhà khoa học xác định được bao gồm hiệu quả sử dụng nitơ cao hơn, khả năng kháng sên và khả năng phục hồi trước sâu bệnh.
“Nếu chúng ta có nhiều sự đa dạng, khi một căn bệnh mới xuất hiện, có thể có một giống may mắn là có khả năng kháng lại căn bệnh đó. Đó là hệ sinh thái mà chúng ta cần”, Cheng nói. “Chúng ta cần sự đa dạng để có thể ứng phó với những sự kiện không thể đoán trước”.
Sự đa dạng di truyền có thể giúp lúa mì cứng cáp hơn và giúp sản lượng lúa mì trên thế giới có nhiều khả năng phục hồi hơn sau dịch bệnh, sâu bệnh, vi khuẩn và biến đổi khí hậu.
Các nhà khoa học đã lai 119 giống từ bộ sưu tập Watkins với lúa mì hiện đại để tạo ra một bộ sưu tập mới gồm 12.000 giống, hiện đang được lưu trữ tại Đơn vị Tài nguyên Chất mầm tại Trung tâm John Innes và được đưa vào Trung Quốc để thực hiện thêm các thí nghiệm. Tuy nhiên, Cheng cho biết vẫn còn một khoảng cách cần lấp đầy giữa những kết quả này và các nhà lai tạo hiện đại.
“Chúng tôi đã thử nghiệm các tác động về mặt di truyền và kiểu hình”, Cheng giải thích, “Nhưng người nông dân không nhất thiết phải quan tâm. Họ có thể hỏi, ‘công trình của anh có thể giúp gì cho tôi?’ Để tạo ra tác động thực tế, chúng tôi cần xây dựng mối liên hệ giữa các nhà khoa học và người nông dân, giữa nghiên cứu cơ bản và lai tạo ứng dụng, để cung cấp kết quả của chúng tôi cho người nông dân”.
Để thực hiện nhiệm vụ này, nhóm đã tạo ra một Bộ công cụ học thuật và nhân giống miễn phí để giúp những người nhân giống đưa những phát hiện của họ vào thực tế, nhưng Cheng cho rằng vẫn còn một chặng đường dài phía trước. Vì nghiên cứu của họ liên quan đến rất nhiều dữ liệu cần được xử lý, nên ông hy vọng rằng trí tuệ nhân tạo có thể hỗ trợ những nỗ lực trong tương lai.
Cuối cùng, bộ sưu tập Watkins mang đến tia hy vọng cho sự phát triển và ứng dụng lúa mì cứng cáp hơn để nuôi sống dân số ngày càng tăng của thế giới một cách bền vững hơn.
Cre: UkrAgroConsult – Biên soạn bởi Edu Trade
