Thành tựu đầu tiên về gen cây trồng

Chương trình này có ý nghĩa trên ba khía cạnh sau đây: Trước hết, lúa ( Oryza sativa)là cây lương thực chủ yếu cho gần một phần ba dân số thế giới. Thứ hai là trình tự hệ gen lúa cung cấp cho nhà nghiên cứu bản đối chiếu so sánh với tất cả các cây ngũ cốc khác. Cuối cùng lúa đại diện đầu tiên về chuỗi thế hệ cây một lá mầm, cấu thành cây có hoa chiếm số kượng lớn nhất và đa dạng nhất của mọi thực vật. Trong khi Công ty Công nghệ nông sinh học Thuỵ Sỹ mang tên Syngenta dùng loài phụ lúa japonica Nipponbare (một giống lúa trồng phổ biến ở Nhật Bản) làm vật mẫu nghiên cứu thi Viện Genomics Bắc Kinh – Trung Quốc lại sử dụng chủng con lai indica (loài phụ chủ yếu trồng phổ biến ở Trung Quốc và nhiều vùng khác) làm nguyên liệu thí nghiệm. Cả hai công trình đều là các phân tích ban đầu nhờ lắp ráp các đoạn kế tiếp nhau của hệ gen. Các tác giả cũng cho rằng trình tự ADN sơ bộ này thường là đủ chính xác để xác định các gen và đánh giá các hệ gen. Kết quả cho thấy trình tự hệ gen có khoảng 362-389 triệu cặp bazơ (Mbp) và số bảo toàn khoảng giữa 33.000 – 44.000 gen.

Hai nghiên cứu quan trọng khác về hệ gen lúa cung cấp bằng chứng độc lập dựa trên việc xây dựng bản đồ vật lý gần hoàn toàn và bản đồ về biểu hiện gen cho rằng các vùng phong phú của hệ gen lúa gồm khoảng 400 Mbp và chứa khoảng 44.700 gen .

Hệ gen lúa bé hơn nhiều so với hệ gen ngô (2500 Mbp - cùng cỡ hệ gen người) và là bé nhỏ so với đại mạch (gấp hai lần genom người) và lúa mì (gấp 5 lần hệ gen người). Từ các đánh giá ban đầu về hệ gen, lúa mì là mục tiêu đầu tiên cho phân tích hệ gen và có thể cùng chứa bộ gen, cùng trật tự gen như hệ gen của các cây ngũ cốc khác. Như vậy lúa có hệ gen lý tưởng, nhờ đó có thể suy ra tính đồng nhất của gen trong lúa mì và ngô cũng như các cây ngũ cốc chủ yếu khác.

Người ta sử dụng hệ gen cây hai lá mầm Arabidopis như là hệ gen so sánh chủ yếu với hệ gen lúa cho thấy mật độ có giới hạn về trật tự bảo toàn gen, về các đoạn lặp trong phần lớn nhiễm sắc thể và toàn hệ gen cũng như sự mất gen có chọn lọc trong quá trình tiến hoá của thực vật có hoa. Từ đó cung cấp cứ liệu tốt để xác định thời điểm và lập bản đồ các sự kiện lặp đoạn trong cả chuỗi thế hệ tiến hoá của cây một lá mầm và cây hai lá mầm và kết hợp các sự kiện này với sự hình thành loài trong quá trình tiến hoá. Thông tin nổi bật nhất từ việc so sánh bộ gen của Arabidopsis và lúa là ở chỗ chúng có nhiều nét chung. 85% gen Arbidopsis có sự tương tự cao về trình tự với gen lúa và trong số đó thì các tình trạng của hệ gen thực vật được xác lập trong Arbidopsis lại tiếp tục được khẳng định trong lúa có quan hệ họ hàng xa. Dẫn liệu về hệ gen lúa luôn luôn gợi tính tò mò và đòi hỏi nghiên cứu tiếp tục. Đối với lúa thì sự phân bổ của các đoạn lặp lại là đáng chú ý nhất. Những sai khác lớn về kích cỡ trong hệ gen cây một lá mầm chủ yếu là do phần kéo dài (phần mở rộng) của các nhóm ADN lặp lại như gen nhảy (transposon) và các yếu tố di động khác mà có thể tự sinh ra các bản sao xuyên suốt từ đầu đến cuối hệ gen. Mặt khác, phần kéo dài tồn tại thành từng cụm nằm rải rác trong chuỗi nuclotit, tách riêng và cô lập đoạn nhiều gen với vùng nghèo gen trong các hệ gen lớn của ngô, đại mạch và lúa mì. Bên trong chuỗi thế hệ cây thảo thì trật tự gen trong các phần bị cô lập này có thể giống nhau nhiều. Như vậy việc hoàn thành toàn diện trình tự hệ gen lúa sẽ bổ sung một nguyên tắc cơ bản để phát hiện gen trong mội cây ngũ cốc cho đến nay đã hoàn thành ba trong số 12 nhiễm sắc thể của Nipponbare và phải đến năm 2004 mới giải mã toàn bộ hệ gen lúa.

Việc xác lập chuyên ngành nghiên cứu hệ gen lúa (rice genomics) chắc chắn rất có giá trị đối với tất cả các cây ngũ cốc và là lý do chính giải thích tại sao lúa được chọn như là một mục tiêu ưu tiên trong nghiên cứu lúa trên phạm vi toàn cầu.