VinUni dự kiến giải trình tự bộ gen của 1.000 mẫu lúa Việt Nam để hỗ trợ chọn giống thích ứng với khí hậu

Bản đồ di truyền về đa dạng lúa Việt Nam

Viện Nghiên cứu Dữ liệu lớn thuộc Đại học VinUni (VIBD) đã giới thiệu VN1K-RICE, dự án giải trình tự toàn bộ bộ gen của 1.000 mẫu lúa Việt Nam, bắt đầu với bộ sưu tập cốt lõi gồm 150 mẫu. Các nhà nghiên cứu dự định kết hợp thông tin di truyền với đánh giá tại ba vùng sinh thái để xác định những giống lúa phù hợp với hạn hán, đất nhiễm mặn, nắng nóng và ngập lụt, đồng thời nghiên cứu chất lượng hạt gạo và lượng phát thải khí nhà kính.

Dự án được giới thiệu tại Hội nghị chuyên đề quốc tế về ứng dụng công nghệ gen trong nông nghiệp, SAGA 2026, và thuộc chương trình nghiên cứu AgriOmics-AI của VIBD giai đoạn 2026-2030. Các sản phẩm dự kiến gồm cơ sở dữ liệu bộ gen lúa, bộ gen tham chiếu chất lượng cao cho các giống lúa truyền thống Việt Nam và dữ liệu về hoạt động của gen.

Nghiên cứu kết hợp hai loại bằng chứng: thông tin được mã hóa trong DNA của cây và khả năng sinh trưởng thực tế của cây đó. Việc kết nối hai nguồn dữ liệu có thể giúp các nhà chọn giống tìm ra vật liệu hữu ích trong các bộ sưu tập lúa truyền thống và lúa hoang của Việt Nam, trong đó có những cây mang đặc tính quý cho canh tác trong điều kiện khắc nghiệt.

Giáo sư Vũ Hà Văn, Giám đốc khoa học của VIBD, chủ trì dự án VN1K-RICE. Giáo sư Robert Henry, Giám đốc sáng lập Liên minh Queensland về Đổi mới Nông nghiệp và Thực phẩm thuộc Đại học Queensland, Australia, đồng thời là giảng viên liên kết tại VinUni, là đồng chủ trì dự án.

Vì sao bắt đầu với 150 mẫu?

150 mẫu ban đầu chiếm 15% trong tổng số 1.000 mẫu dự kiến. Các nhà nghiên cứu sẽ bắt đầu với nhóm cốt lõi này trước khi mở rộng quy mô giải trình tự. Các mẫu được chọn bao gồm lúa nước vùng trũng, lúa cạn, lúa ở khu vực ven biển nhiễm mặn và vùng đất chịu ảnh hưởng của triều cường, cùng với các mẫu lúa hoang.

Mỗi môi trường đặt ra những áp lực khác nhau cho cây lúa. Một giống trồng ở vùng ven biển nhiễm mặn có thể mang những đặc tính hữu ích khác với giống lúa cạn. Lấy mẫu ở nhiều môi trường như vậy giúp các nhà nghiên cứu khảo sát phạm vi đa dạng lúa rộng hơn của Việt Nam.

Dự án sẽ giải trình tự toàn bộ bộ gen, tức tập hợp đầy đủ các chỉ dẫn di truyền chứa trong DNA của mỗi mẫu. Khác biệt trong các chỉ dẫn này góp phần hình thành những đặc tính như hương thơm, độ dẻo của hạt gạo, khả năng kháng bệnh và chịu đựng các áp lực môi trường.

1.000 mẫu là mục tiêu giải trình tự của dự án. Nghiên cứu bắt đầu với bộ sưu tập cốt lõi nhỏ hơn, qua đó mở rộng từ một nhóm khởi đầu xác định rõ thay vì xem toàn bộ bộ sưu tập là bước đầu tiên duy nhất.

Đưa các bộ sưu tập lúa được lưu giữ vào nghiên cứu

Các bộ sưu tập lúa truyền thống và lúa hoang của Việt Nam được lưu giữ tại những đơn vị như Trung tâm Tài nguyên thực vật, Viện Lúa Đồng bằng sông Cửu Long, Đại học Cần Thơ và Học viện Nông nghiệp Việt Nam. Những bộ sưu tập này bảo tồn nguồn vật liệu để các nhà khoa học nghiên cứu và sử dụng trong chọn giống.

Phần lớn các giống lúa này chưa được giải trình tự toàn bộ bộ gen. Việt Nam cũng chưa có hạ tầng dữ liệu hệ gen cấp quốc gia, hạn chế khả năng xác định các khác biệt di truyền hữu ích và nghiên cứu chúng trên nhiều bộ sưu tập.

VN1K-RICE hướng tới kết nối nguồn vật liệu được bảo tồn với dữ liệu mà các nhà nghiên cứu có thể phân tích và chia sẻ. Khi đó, mẫu hạt giống được lưu trữ có thể được nghiên cứu cùng hồ sơ DNA và các số liệu đo đặc tính của cây. Điều này giúp tìm kiếm vật liệu triển vọng dễ dàng hơn, chẳng hạn giống lúa vừa có chất lượng hạt gạo tốt vừa chịu mặn.

Dự án được phát triển cùng các cơ quan trong nước đang lưu giữ nguồn gen và các đối tác quốc tế. Các mục tiêu chọn giống của dự án cũng gắn với chiến lược phát triển ngành lúa gạo Việt Nam đến năm 2030, tầm nhìn đến năm 2050, đặc biệt là hướng tới chất lượng, thích ứng khí hậu và giảm phát thải.

Thông báo chính thức của VinUniversity nêu tên bốn đơn vị lưu giữ các bộ sưu tập, xác nhận việc hợp tác với các đơn vị trong nước nắm giữ nguồn gen và các đối tác quốc tế, đồng thời liên kết hạ tầng dữ liệu hệ gen quốc gia dự kiến xây dựng với chiến lược này. Thông báo cũng đề cập sự tham gia của các bộ, viện nghiên cứu, trường đại học và đại diện địa phương trên cả nước, cùng các chuyên gia quốc tế.

Vì sao bộ gen tham chiếu của Việt Nam quan trọng?

Bộ gen tham chiếu là một trình tự di truyền chi tiết được dùng làm chuẩn đối chiếu. Các nhà nghiên cứu so sánh bộ gen của những mẫu lúa khác với trình tự này để xác định khác biệt và tìm hiểu khác biệt nào có thể liên quan đến các đặc tính hữu ích.

VN1K-RICE dự kiến xây dựng bộ gen tham chiếu dành riêng cho lúa truyền thống Việt Nam. Các trình tự tham chiếu có quan hệ gần với cây đang được nghiên cứu có thể giúp phân tích vật liệu di truyền bản địa chính xác hơn và xác định những vùng cần khảo sát.

Robert Henry, đồng chủ trì dự án kiêm Giám đốc sáng lập Liên minh Queensland về Đổi mới Nông nghiệp và Thực phẩm, giải thích vì sao nhóm muốn xây dựng các trình tự tham chiếu phản ánh đa dạng bản địa. Theo nội dung được dịch từ tiếng Việt, ông nói:

Một bộ gen duy nhất không thể đại diện cho toàn bộ đa dạng di truyền của một loài. Các nhà khoa học cần những bộ gen tham chiếu có quan hệ gần với vật liệu đang được nghiên cứu.

Với các nhà chọn giống Việt Nam, lợi ích thiết thực là có khung đối chiếu được xây dựng dựa trên những giống lúa gần với vật liệu nghiên cứu của họ hơn. Các bộ gen tham chiếu dự kiến xây dựng và bộ sưu tập rộng hơn gồm 1.000 trình tự phục vụ những mục đích liên quan: một bên cung cấp chuẩn đối chiếu chi tiết, bên kia ghi nhận đa dạng khác biệt giữa các mẫu.

Kiểm chứng ý nghĩa của DNA trên đồng ruộng

Nhóm nghiên cứu dự định kết hợp trình tự bộ gen với việc đánh giá các đặc tính của lúa tại ba vùng sinh thái. Các phép đo tập trung vào chất lượng thực phẩm, dinh dưỡng, áp lực môi trường, khả năng kháng bệnh và lượng phát thải khí nhà kính trong quá trình canh tác.

Để đánh giá chất lượng hạt gạo, các nhà nghiên cứu sẽ khảo sát độ dẻo và hương thơm, cùng hàm lượng vi chất dinh dưỡng và protein. Về điều kiện sinh trưởng, họ sẽ đánh giá khả năng chịu hạn, chịu mặn, chịu nóng và chịu ngập. Khả năng kháng các bệnh lúa phổ biến cũng nằm trong kế hoạch nghiên cứu.

Đặc tính là một yếu tố có thể quan sát hoặc đo lường. Bằng cách so sánh đặc tính với các khác biệt DNA trong bộ sưu tập, các nhà khoa học có thể tìm những vùng di truyền liên quan đến một kết quả cụ thể, chẳng hạn khả năng chịu mặn cao hơn hoặc hương thơm đặc trưng.

Các phép đo thực địa đóng vai trò thiết yếu trong quá trình này. Chúng kết nối trình tự di truyền với khả năng sinh trưởng mà các nhà chọn giống quan tâm: cây phát triển thế nào khi gặp áp lực, hạt gạo có đặc điểm gì và lượng khí nhà kính phát thải trong quá trình canh tác là bao nhiêu.

Nghiên cứu phát thải bổ sung một mục tiêu chọn giống bên cạnh chất lượng hạt gạo và khả năng chống chịu. Các nhà nghiên cứu dự định khảo sát những vùng di truyền có thể góp phần giảm phát thải bằng cách xem xét mối liên hệ giữa DNA và các số liệu thu thập trong quá trình canh tác.

Thông tin di truyền có thể định hướng chọn giống ra sao?

Các nhà chọn giống có thể dùng kết quả của dự án để sàng lọc vật liệu lúa nhằm tìm những khác biệt DNA hữu ích trước khi chọn cây làm vật liệu lai. Chẳng hạn, một giống truyền thống có khả năng chịu mặn cao có thể cung cấp nguồn gen để phát triển giống lúa phù hợp với đất nhiễm mặn.

Một giống có hương thơm được ưa chuộng hoặc chất lượng hạt gạo đặc trưng có thể cung cấp vật liệu để cải thiện các giống đang được canh tác. Phân tích DNA sẽ giúp các nhà nghiên cứu xác định cây mang những đặc tính họ muốn khảo sát, song song với quá trình lai tạo và đánh giá qua nhiều thế hệ.

Dự án cũng hướng tới phát triển các dòng gần đẳng gen. Đây là những dòng lúa có nền di truyền gần như giống nhau nhưng khác biệt tại một vùng đích cụ thể. So sánh các dòng này giúp nhà nghiên cứu kiểm tra vai trò của vùng đó, đồng thời giữ phần lớn cấu trúc di truyền còn lại của cây tương tự nhau.

Các dòng như vậy giúp khảo sát tập trung hơn một gen triển vọng. Nếu những cây có nền di truyền gần như giống nhau khác biệt về một đặc tính đo được, các nhà khoa học có thể nghiên cứu kỹ hơn vùng đích và đánh giá tính hữu ích của nó trong chọn giống.

Dấu chuẩn DNA là một ứng dụng khác được lên kế hoạch. Dấu chuẩn là một đặc điểm có thể nhận diện trong trình tự DNA và được các nhà nghiên cứu theo dõi. Dấu chuẩn có thể hỗ trợ việc nhận diện, chọn lọc và xác minh các giống lúa có đặc tính quý, giúp cơ sở dữ liệu bộ gen hữu ích vượt ra ngoài công việc giải trình tự ban đầu.

Công cụ AI và cơ sở dữ liệu dùng chung

Trí tuệ nhân tạo sẽ hỗ trợ xử lý khối lượng lớn dữ liệu di truyền, tìm mối liên hệ giữa gen và đặc tính, dự đoán chức năng gen và xác định các hướng nghiên cứu triển vọng. Mục tiêu là chuyển các trình tự thành thông tin có thể định hướng những thí nghiệm tiếp theo và quyết định chọn giống.

Thông báo chính thức nêu rõ việc sử dụng các mô hình ngôn ngữ hệ gen để chú giải gen và dự đoán kiểu hình từ trình tự: xác định chức năng gen và dự đoán đặc tính cây trồng dựa trên trình tự di truyền.

Dự án cũng dự kiến tạo ra dữ liệu về hoạt động của gen. Trình tự bộ gen ghi lại các chỉ dẫn di truyền; dữ liệu hoạt động của gen giúp các nhà nghiên cứu tìm hiểu cách những chỉ dẫn đó được sử dụng. Kết hợp các dạng thông tin này có thể cung cấp thêm cách để khảo sát những đặc tính được đo ở cây lúa.

Theo đề xuất dự án được mô tả trong thông báo, các sản phẩm dự kiến gồm dữ liệu hệ gen của 1.000 giống lúa, một bộ gen tham chiếu chất lượng cao cho lúa truyền thống và dữ liệu phiên mã, hay RNA-seq, phục vụ chú giải gen. Những dữ liệu này sẽ được kết hợp với thông tin về đặc tính cây trồng và môi trường trong cơ sở dữ liệu quốc gia về đa hình đơn nucleotide, hay SNP. Các nhà nghiên cứu sẽ dùng nguồn dữ liệu này để lập danh mục những vùng di truyền và gen ứng viên liên quan đến chất lượng hạt gạo, khả năng chịu áp lực và phát thải thấp.

VIBD dự kiến mở cơ sở dữ liệu bộ gen và các công cụ AI cho cộng đồng nghiên cứu. Việc chia sẻ quyền truy cập sẽ cho phép các nhóm khác sử dụng bộ sưu tập, đối chiếu kết quả và mở rộng nghiên cứu với các vật liệu bổ sung.

Vũ Hà Văn, Giám đốc khoa học của VIBD và nhà khoa học chủ trì VN1K-RICE, mô tả mục tiêu hợp tác này. Theo nội dung được dịch từ tiếng Việt, ông nói:

Bộ gen tham chiếu hay cơ sở dữ liệu SNP chỉ thực sự có giá trị khi được nhiều nhóm nghiên cứu sử dụng và mở rộng. Đó là lý do chúng tôi phát triển VN1K-RICE cùng các đơn vị nắm giữ nguồn gen ở Việt Nam và các đối tác quốc tế.

SNP là những khác biệt tại từng vị trí trong trình tự DNA. Cơ sở dữ liệu về các khác biệt này cung cấp những điểm nhận diện để các nhà nghiên cứu đối chiếu giữa các cây, qua đó khảo sát đa dạng và theo dõi các đặc điểm di truyền liên quan đến tính trạng.

Kế hoạch đến năm 2030

AgriOmics-AI, chương trình lớn hơn bao gồm VN1K-RICE, được triển khai trong giai đoạn 2026-2030. Chương trình kết hợp hệ gen học và AI để nghiên cứu, bảo tồn và khai thác nguồn gen bản địa của Việt Nam trong các lĩnh vực cây trồng, vật nuôi, thủy sản và vi sinh vật có ích.

Trong khuôn khổ chương trình này, VN1K-RICE có lộ trình công việc cụ thể: bắt đầu với 150 mẫu lúa cốt lõi, mở rộng lên 1.000 mẫu, xây dựng bộ gen tham chiếu và kết nối dữ liệu di truyền với các đặc tính được đo lường. Các sản phẩm dự kiến gồm bộ sưu tập trình tự, bộ gen tham chiếu và dữ liệu hoạt động của gen.

Thông báo không nêu ngày hoàn thành cụ thể cho dự án lúa, thời điểm mở cơ sở dữ liệu hay lộ trình công bố các giống lúa mới. Thông báo cũng không đưa ra lịch công bố dữ liệu hoạt động của gen hoặc công cụ AI. Công việc thực tế trước mắt tập trung vào xây dựng các công cụ nghiên cứu và cơ sở bằng chứng để các chương trình chọn giống có thể sử dụng.

Trong sản xuất nông nghiệp, lợi ích kỳ vọng là giúp lựa chọn vật liệu lúa có cơ sở thông tin tốt hơn: tìm giống chịu mặn, bảo tồn đặc tính hạt gạo được ưa chuộng và khảo sát các phương án giảm phát thải. Tiến độ sẽ phụ thuộc vào việc kết nối phát hiện về DNA với khả năng sinh trưởng của các cây được đánh giá trong dự án.

Điểm chính

• VIBD thuộc VinUni dự kiến giải trình tự 1.000 mẫu lúa Việt Nam, bắt đầu với 150 mẫu, tương đương 15% mục tiêu.
• Bộ sưu tập bao gồm các môi trường canh tác khác nhau và có cả lúa hoang.
• Các nhà nghiên cứu sẽ xây dựng bộ gen tham chiếu cho lúa truyền thống Việt Nam và đánh giá đặc tính cây trồng tại ba vùng sinh thái.
• Các phép đo sẽ bao gồm chất lượng hạt gạo, dinh dưỡng, khả năng chịu áp lực, kháng bệnh và lượng phát thải khí nhà kính.
• Các công cụ dự kiến gồm cơ sở dữ liệu bộ gen có thể truy cập, công cụ AI, dấu chuẩn DNA và các dòng lúa phục vụ kiểm tra những vùng di truyền đích.
• Dữ liệu dự kiến gồm thông tin RNA-seq về hoạt động của gen và cơ sở dữ liệu SNP quốc gia kết hợp thông tin di truyền, đặc tính cây trồng và môi trường; chưa có lịch công bố dữ liệu, cơ sở dữ liệu hoặc công cụ AI.
• VN1K-RICE thuộc chương trình AgriOmics-AI giai đoạn 2026-2030.