"Bắp là cây trồng cực kỳ quan trọng và lõi trái là bộ phận quan trọng nhất tạo ra năng suất cho cây. Biết các gen kiểm soát quá trình tạo tai và cách chúng phối hợp ở cấp độ phân tử là rất quan trọng để tăng năng suất cây trồng", McSteen, trợ lý giáo sư khoa học sinh học tại College of Arts and Science và là nghiên cứu viên chính tại Trung tâm Christopher S. Bond Life Sciences, nói. "Thông tin chúng tôi thu được từ bắp cũng có khả năng áp dụng cho các loại ngũ cốc khác, gồm gạo và lúa mì, vì chúng cũng được tạo hạt."
Các nhà nghiên cứu phát hiện ra một gen có tên là barren stalk2 (hay ba2), ảnh hưởng đến sự phát triển của mô phân sinh ở nách lá, là những tế bào đặc biệt làm thành lõi trái. Khi cây bắp phát triển, những tế bào này hình thành tại các nốt dọc theo thân cây, trông giống như các rãnh nhỏ (hoặc vết lõm) trong thân cây. Khi cây đã sẵn sàng để sinh lõi, những tế bào này bắt đầu phân chia và đâm thành chồi ra khỏi thân cây. Các chồi này sẽ kéo dài để tạo thành lõi sinh hạt bắp. Quá trình này bắt đầu từ việc đưa một loại hormone, gọi là auxin, đến các nốt để thúc đẩy các tế bào tạo ra lõi trái.
Để tìm ra các gen cần thiết tác động đến việc tạo ra lõi trái, các nhà di truyền học nghiên cứu các cây không thể tạo lõi trái như thông thường. Các cây này có đột biến gen ba2 không bao giờ tạo ra lõi trái, nên được đặt tên là "cằn cỗi". Các cây đột biến không có các rãnh để hình thành lõi trái. Điều này cho thấy, gen ba2 đã hoạt động sớm, trước khi chồi tạo lõi trái hình thành. Đột biến ba2 được phát hiện trong một biểu hiện di truyền lớn trong cây bắp không thể tạo ra lõi trái và gen được xác định bằng cách ánh xạ phân tử đến nhiễm sắc thể số 2.
Các biểu hiện di truyền như vậy, trước đây đã cho phép xác định đột biến ở một gen khác, được gọi là barren stalk1 (hoặc ba1), rất cần thiết để tạo ra lõi trái. Loại gen này đóng vai trò chính trong việc truyền tín hiệu phân tử kiểm soát sự phát triển của lõi trái.
Qua nhiều phân tích khác, các nhà khoa học phát hiện gen ba2 tương tác di truyền với gen ba1 và các protein tương ứng để tạo thành một phức hợp. Gen ba2 cũng tương tác với các gen khác để điều chỉnh gen ba1. Những phát hiện này cho thấy, ba2 trong cùng một lộ trình tín hiệu phân tử như ba1 và hai gen hoạt động đồng bộ để điều chỉnh sự phát triển của lõi trái.
"Mục tiêu cuối cùng là xác định tất cả các tác nhân di truyền liên quan đến việc kiểm soát cách thức và thời điểm tạo ra lõi trái bắp. Bằng việc xác định được loại gen mới này, cách chúng tạo thành phức hợp với ba1 để kiểm soát sự phát triển mô phân sinh, chúng ta gặt hái được nhiều kiến thức quan trọng vượt trội so với trước đây," McSteen nói.
McSteen và các đồng nghiệp cũng mô tả hiện trạng nghiên cứu di truyền hormone auxin trong lúa và Arabidopsis, đặc biệt tập trung vào các gen được biết có liên quan đến việc "kích" hormone auxin và đưa nó đến đúng nơi cần ở trong cây.
"Auxin rất quan trọng vì nó kiểm soát tất cả mọi thứ. Hiểu được chức năng của các gen liên quan đến quá trình tổng hợp, vận chuyển và truyền tín hiệu của auxin là rất khó. Giờ đây, với các công cụ chỉnh sửa gen mới, như công nghệ CRISPR, mọi người đều có thể thực hiện việc này", McSteen nói.