Phần lớn bộ rễ lúa nằm khuất dưới đất. Nhưng chính nơi khó quan sát ấy lại quyết định cây lấy nước, chất dinh dưỡng và phản ứng thế nào khi môi trường trở nên bất lợi. Với nhà nghiên cứu sinh học thực vật TS Nguyễn Thị Trang, câu hỏi được thu hẹp hơn nữa: trong mạng lưới rất nhiều gen và hormone cùng điều khiển bộ rễ, gen OsGER4 thực sự làm gì?

Đó không phải câu hỏi có thể trả lời bằng một thí nghiệm duy nhất. Công trình tiến sĩ mà TS Nguyễn Thị Trang bảo vệ tại Trường Đại học Khoa học và Công nghệ Hà Nội (USTH) cuối năm 2025 nối nhiều lớp bằng chứng: xử lý hormone, làm mất chức năng của gen, tăng biểu hiện gen và đặt cây lúa vào điều kiện nhiệt độ cao. Kết quả dần làm rõ vai trò của OsGER4 đối với rễ chùm và rễ bên của cây lúa.

Một gen được nhìn qua nhiều phép thử

Rễ chùm mọc từ phần gốc thân và tạo nên phần khung quan trọng của hệ rễ lúa. Từ đó phát triển thêm các rễ bên, làm tăng diện tích tiếp xúc với đất. Hệ thống này liên quan trực tiếp đến khả năng hút nước, khoáng chất và phản ứng của cây trước những điều kiện bất lợi.

OsGER4 xuất hiện trong một công trình công bố trên The Plant Journal năm 2022 của nhóm nghiên cứu tại USTH và Viện Công nghệ sinh học. Ở nghiên cứu này, TS Nguyễn Thị Trang khi đó tham gia với vai trò đồng tác giả, không phải tác giả đứng đầu. Nhóm thử axit jasmonic, một hormone thực vật thường tham gia phản ứng với stress, trên 155 giống lúa rồi sử dụng phân tích liên kết toàn hệ gen để tìm những vùng di truyền liên quan đến thay đổi số lượng rễ chùm. OsGER4 là một trong những gen được xác định có liên hệ mạnh với quá trình này.

Điểm quan trọng là nghiên cứu không dừng ở tương quan. Khi OsGER4 bị bất hoạt, những dòng lúa đột biến tạo ít rễ chùm hơn trong điều kiện xử lý axit jasmonic. Điều đó cung cấp bằng chứng thực nghiệm rằng gen này thực sự tham gia vào quá trình phát triển rễ chứ không chỉ tình cờ xuất hiện bên cạnh một đặc điểm quan sát được.

Nhà nghiên cứu sinh học thực vật TS Nguyễn Thị Trang trình bày kết quả luận án trước Hội đồng tại USTH ngày 19/12/2025. Ảnh: USTH.

Đến năm 2023, TS Nguyễn Thị Trang đứng tên đầu một công bố trên Functional & Integrative Genomics, chuyển câu hỏi sang một điều kiện khác: nhiệt độ cao.

Nhóm sử dụng các dòng lúa bị mất chức năng OsGER4 và so sánh với giống đối chứng Kitaake. Khi chịu stress nhiệt, các dòng đột biến osger4 hình thành ít rễ chùm hơn đáng kể; sự phát triển của rễ bên cũng giảm. Phân tích vùng điều hòa của gen còn cho thấy những yếu tố liên quan đến tín hiệu ABA và phản ứng với stress nước.

Những kết quả ấy không đồng nghĩa đã tạo được một giống lúa “chịu nóng”. Đây là khác biệt cần giữ rất rõ. Nghiên cứu đang kiểm tra chức năng của một gen trong những dòng lúa và điều kiện thí nghiệm cụ thể. Nó chưa chứng minh cây mang OsGER4 hoạt động mạnh hơn sẽ cho năng suất cao hơn ngoài đồng ruộng hay chống chịu tốt hơn trước mọi dạng thời tiết bất lợi.

Từ hormone đến những “cửa nối” giữa tế bào

Một công trình khác do TS Nguyễn Thị Trang đứng tên đầu, đăng trên Journal of Plant Biology năm 2024, đi sâu vào mối liên hệ giữa OsGER4 và auxin. Auxin là một hormone thực vật giữ vai trò quan trọng trong việc cây tạo rễ và định hướng sự phát triển của nhiều mô.

Ở các dòng đột biến mất chức năng OsGER4, số rễ chùm tiếp tục thấp hơn cây đối chứng khi được xử lý auxin. Nhóm đồng thời phát hiện protein OsGER4 định vị tại plasmodesmata, những kênh rất nhỏ nối các tế bào thực vật với nhau và có thể tham gia quá trình vận chuyển tín hiệu, trong đó có auxin. Từ dữ liệu này, các tác giả đề xuất OsGER4 có thể tham gia điều tiết dòng auxin tới những vùng đang hình thành rễ.

Ở đây cũng cần giữ nguyên mức độ thận trọng của công bố: nhóm nghiên cứu dùng từ “có thể”. Kết quả về vị trí protein và kiểu hình của cây đột biến tạo ra một cơ chế hợp lý để tiếp tục kiểm tra, chứ chưa biến OsGER4 thành chiếc “công tắc” duy nhất quyết định bộ rễ.

Ba cách nhóm nghiên cứu kiểm tra OsGER4

- Làm mất chức năng gen: các dòng osger4 tạo ít rễ chùm hơn trong một số điều kiện xử lý hormone và stress nhiệt.

- Theo dõi nơi gen hoạt động: OsGER4 được ghi nhận tại các mô liên quan đến quá trình hình thành rễ chùm và rễ bên.

- Tăng biểu hiện gen: trong luận án tiến sĩ, các dòng biểu hiện OsGER4 ở mức cao hơn tạo thêm rễ chùm dưới stress nhiệt so với đối chứng thí nghiệm.

Ba nhóm bằng chứng củng cố vai trò của OsGER4 với kiến trúc bộ rễ, nhưng chưa phải bằng chứng về năng suất hay khả năng chống chịu ngoài đồng ruộng.

Một kết quả âm cũng giúp trả lời câu hỏi

Điểm đáng chú ý trong luận án của TS Nguyễn Thị Trang nằm ở cách đặt hai chiều của cùng một phép thử cạnh nhau.

Khi OsGER4 bị mất chức năng, cây tạo ít rễ chùm hơn dưới nhiệt độ cao. Ngược lại, các dòng chuyển gen biểu hiện OsGER4 ở mức cao hơn lại tăng hình thành rễ chùm trong cùng nhóm điều kiện. Luận án cũng ghi nhận mất chức năng gen làm giảm phát triển rễ bên.

Đặt hai kết quả đối nghịch ấy cạnh nhau giúp bằng chứng về chức năng của gen chắc hơn so với việc chỉ quan sát một dòng cây. Tuy nhiên, chính bản tóm tắt luận án cũng nói cần tiếp tục nghiên cứu các dòng biểu hiện quá mức OsGER4 dưới những dạng stress và điều kiện hormone khác.

Nhà nghiên cứu sinh học thực vật TS Nguyễn Thị Trang, áo trắng cầm hoa ở giữa ảnh, cùng Hội đồng sau lễ bảo vệ luận án tiến sĩ tại USTH ngày 19/12/2025. Ảnh: USTH.

Ngày 19/12/2025, nhà nghiên cứu sinh học thực vật TS Nguyễn Thị Trang bảo vệ luận án “Nghiên cứu chức năng của gen OsGER4 ở cây lúa trong sự phát triển rễ dưới điều kiện stress phi sinh học” tại USTH. Hội đồng bỏ 7/7 phiếu tán thành. USTH cho biết trong thời gian thực hiện luận án, nữ tiến sĩ có sáu công bố khoa học, năm bài thuộc các tạp chí quốc tế trong danh mục SCIE, Q1 và Q2.

Con số công bố cho biết khối lượng nghiên cứu, nhưng phần đáng đọc hơn nằm ở đường đi của câu hỏi. Từ vai trò đồng tác giả trong nghiên cứu về axit jasmonic năm 2022, TS Nguyễn Thị Trang trở thành tác giả đứng đầu ở các công trình khảo sát OsGER4 dưới stress nhiệt năm 2023 và cơ chế liên quan auxin năm 2024. Luận án sau đó ghép các lớp dữ liệu này thành một câu hỏi lớn hơn về cách bộ rễ lúa phản ứng trước stress phi sinh học.

Bộ rễ của cây lúa Oryza sativa. Ảnh chỉ dùng minh họa cấu trúc rễ, không phải mẫu lúa trong nghiên cứu của TS Nguyễn Thị Trang. Ảnh: Debdas Gain/Wikimedia Commons, CC BY-SA 4.0.

Chưa thể đi thẳng từ một gen ra cánh đồng

Những từ như chỉnh sửa gen, chịu nóng hay chọn giống rất dễ đẩy một nghiên cứu cơ bản thành lời hứa ứng dụng. Với công trình này, khoảng cách đó vẫn còn đáng kể.

Các thí nghiệm được thiết kế để trả lời chức năng của OsGER4 ở cấp độ phân tử và kiểu hình bộ rễ. Chúng chưa cho biết việc điều chỉnh gen này sẽ tác động thế nào tới năng suất hạt, chất lượng gạo, khả năng sinh trưởng trọn vụ hay tính ổn định trên những giống lúa khác nhau khi đưa ra đồng ruộng.

Stress nhiệt cũng chỉ là một phần trong các điều kiện bất lợi cây lúa có thể gặp. Hạn, mặn, thiếu dinh dưỡng hay sự kết hợp của nhiều yếu tố có thể kích hoạt những mạng lưới sinh học khác nhau. Ngay bản tóm tắt luận án cũng xác định cần thêm nghiên cứu để hiểu đầy đủ hơn vai trò của những dòng biểu hiện OsGER4 ở các dạng stress khác.

Vì thế, giá trị hiện tại của nghiên cứu không nằm ở một giống lúa mới đã sẵn sàng cho nông dân. Nó nằm ở việc làm rõ thêm một mắt xích trong hệ thống điều khiển bộ rễ: khi OsGER4 bị loại bỏ, rễ thay đổi ra sao; khi gen được biểu hiện mạnh hơn, điều gì xảy ra; và các hormone của cây liên quan với gen ấy như thế nào.

Với một cơ quan nằm sâu dưới đất như bộ rễ, những câu trả lời như vậy có thể chưa tạo ra sản phẩm nhìn thấy ngay. Nhưng chúng xác định rõ hơn những cơ chế mà các bước chọn tạo giống sau này có thể tiếp tục kiểm chứng, thay vì bắt đầu từ một giả định chưa được thử nghiệm.