Dân số thế giới được kì vọng sẽ đạt 7,9 tỷ người vào năm 2050 và đạt đỉnh quanh mức 10,4 tỷ người vào thập niên 2080s. Để đảm bảo nguồn cung cấp lương thực cho thế giới là vấn đề không hề đơn giản vì biến đổi khí hậu đang làm trầm trọng thêm các tác động của các căng thẳng sinh học và phi sinh học trên cây trồng, trong đó có cây lúa gạo là lương thực chính nuôi sống hơn một nửa dân số toàn cầu và chiếm hơn 75% nguồn cung cấp calo ở một số nước đang phát triển (Bin Rahman & Zhang, 2016).

Vì vậy, việc chuyển đổi hệ thống sản xuất lúa gạo hiện tại theo hướng toàn diện, hiệu quả và có khả năng phục hồi tốt khi chịu các căng thẳng do môi trường có ý nghĩa đặc biệt quan trọng đối với an ninh lương thực.

Khả năng phục hồi của cây lúa khi gặp căng thẳng sinh học: trong quá trình sinh trưởng và phát triển, các bộ phận khác nhau của cây lúa dễ bị nhiễm nhiều mầm bệnh, bao gồm vi khuẩn, nấm, vi rút, tuyến trùng và côn trùng gây hại, gây giảm năng suất toàn cầu 30% (Savary và et al., 2019). Hệ thống miễn dịch tự nhiên trong cây trồng đã được nghiên cứu để tăng tính đề kháng của thực vật trong mục đích giảm thiểu việc sử dụng thuốc BVTV có tác động xấu với môi trường. Khả năng miễn dịch bẩm sinh của lúa, bao gồm miễn dịch kích hoạt bởi các mẫu phân tử mầm bệnh (pathogen associated molecular patterns - PAMP), hệ miễn dịch kích thoạt bởi mầm bệnh ( pathogen triggered immunity - PTI) và miễn dịch kích hoạt bởi phân tử effector (effector‐triggered  immunity - ETI), và chọn giống lúa kháng bệnh đang được nghiên cứu để ứng phó theo các cách khác nhau (Liu & Wang, 2016; J. Yin và et al., 2021).

Các cơ chế miễn dịch bẩm sinh ở thực vật (Sun et al, 2016).

Khả năng phục hồi của cây lúa khi gặp căng thẳng phi sinh học: Với những tiến bộ nhanh chóng trong công nghệ giải trình tự gen và phân tích nghiên cứu liên kết gen (GWAS), chúng ta đã chứng kiến những tiến bộ lớn trong việc làm sáng tỏ các cơ chế tự nhiên giúp cây lúa chống chịu và phục hồi tốt với các điều kiện phi sinh học. Gần đây, một số gen chống chịu với các yếu tố phi sinh học mới đã được phát hiện như: gen HAN1 (Mao et al, 2019) và gen COLD11 (Yang, et al., 2022) quy định khả năng chịu lạnh, gen OsALs quy định kích thước hạt giống và  khả năng chịu hạn (Ma et al., 2022), gen OsLG3 để chịu hạn (Xiong  et al.,2018), gen DRO1 cho khả năng chịu mặn (Kitomi et al. 2020) và gen NOMT (naringenin 7-O-methyltransferase) để kháng bệnh nấm (Murata et al.2020).

Cả căng thẳng phi sinh học và sinh học đều ảnh hưởng đến cân bằng nội môi và tín hiệu của hormone thực vật. Trong khi đó, hormone thực vật cũng ảnh hưởng đến phản ứng của thực vật với các yếu tố gây căng thẳng khác nhau. Do đó, việc thay đổi cân bằng nội môi và tín hiệu hormone thực vật có khả năng nâng cao năng suất và khả năng thích nghi áp dụng khi cây trồng khi bị căng thẳng (Eshed &; Lippman, 2019). Song et al. (2022) đã xác định sức đề kháng đối với các căng thẳng phi sinh học (như nhiệt, hạn hán, lũ lụt, muối và chất dinh dưỡng) và căng thẳng sinh học (như nấm và vi rút) của cây trồng phụ thuộc vào yếu tố phản ứng auxin. Chen et al. (2022) đã xác định vai trò của OsNCED3, một gen sinh tổng hợp ABA, trong khả năng kháng nảy mầm trước thu hoạch lúa và phát triển hạt trong lúa. Biểu hiện quá mức của OsNCED làm tăng tỷ lệ ABA/GA trong phôi, tăng cường sức đề kháng nảy mầm trước thu hoạch và tăng kích thước và trọng lượng hạt, trong khi loại bỏ OsNCED làm ngược lại.

Triển vọng tương lai của cây lúa phục hồi

Để đảm bảo sản xuất lúa đáp ứng nhu cầu của dân số ngày càng tăng trong điều kiện khí hậu thay đổi một cách bền vững, gạo trong tương lai chắc chắn phải có khả năng chống chịu với môi trường với phản ứng vừa phải và năng suất tốt khi được trồng trong điều kiện có nhiều yếu tố căng thẳng. Các yếu tố môi trường là nhiều mặt, rõ ràng và chúng có tác động hiệp đồng đến sản xuất lúa, ở mọi giai đoạn sinh trưởng và phát triển của lúa. Hiện tại, phần lớn các nghiên cứu có liên quan đã được thực hiện trên một yếu tố căng thẳng duy nhất và trong điều kiện môi trường được kiểm soát. Trong qua trình xây dựng mô hình cây trồng, cần chú ý đặc biệt đến việc đảm bảo sự cân bằng giữa khả năng phục hồi, ứng phó căng thẳng và sinh trưởng & phát triển.

Tham khảo từ: DOI: 10.1111/pce.14565