Trong nhiều thập kỷ, giới sinh học từng bối rối trước nghịch lý: gen ở các loài thực vật thường giống nhau dù đã tiến hóa tách biệt hàng trăm triệu năm, nhưng phần DNA điều khiển việc bật/tắt gen lại tưởng như biến mất theo thời gian. Nhiều người nghi ngờ liệu thực vật có giữ lại được các trình tự điều hòa này hay không.

Nay, nhóm nghiên cứu tại Cold Spring Harbor Laboratory (CSHL) cùng cộng tác viên toàn cầu đã tìm thấy hơn 2,3 triệu trình tự không mã hóa được bảo tồn (CNSs), trong đó có hơn 3.000 đoạn xuất hiện trước cả sự ra đời của thực vật có hoa. Những đoạn này tập trung gần các gen điều hòa phát triển như HOMEOBOX, và khi bị chỉnh sửa, cây trồng cho thấy sự thay đổi mạnh mẽ về hình thái và tăng trưởng.

Ba nguyên tắc tiến hóa của CNSs được rút ra:

• Thứ tự quan trọng: Dù khoảng cách có thay đổi, thứ tự các đoạn trên nhiễm sắc thể vẫn được giữ nguyên.
• Liên kết mới hình thành: Khi bộ gen tái sắp xếp, CNSs có thể gắn với gen khác.
• Hướng dẫn cổ xưa vẫn tồn tại: Các CNSs cổ đại thường được duy trì sau khi gen nhân đôi, tạo nền tảng cho sự xuất hiện của đặc tính mới.

Nhóm nghiên cứu đã sử dụng công cụ tính toán mới mang tên Conservatory để truy vết các trình tự này trên 284 loài thực vật, mở ra một “bản đồ toàn diện” về DNA điều hòa. Đây không chỉ là kho tàng học thuật mà còn là công cụ thực tiễn cho nông nghiệp: giúp tinh chỉnh cây trồng chống hạn, tăng năng suất và giải quyết khủng hoảng lương thực.

Nhà nghiên cứu Zachary Lippman nhấn mạnh: “Chúng tôi không chỉ tìm thấy CNSs. Chúng tôi phát hiện rằng các trình tự điều hòa mới thường bắt nguồn từ những đoạn cũ, được tái định hình sau khi gen nhân đôi. Đó chính là cách sự mới mẻ xuất hiện.”

Khám phá này mở ra một “cửa sổ mới” nhìn vào tiến hóa qua deep time – thời gian sâu thẳm – được khắc ghi trong DNA thực vật. Nó không chỉ giải mã câu hỏi tồn tại hàng thập kỷ mà còn mở đường cho nông nghiệp tương lai, nơi con người có thể khai thác trí tuệ của hàng trăm triệu năm tiến hóa để nuôi sống thế giới.