Các nhà khoa học từ Đại học Lancaster đã phát hiện ra rằng việc hoán đổi chỉ một axit amin tạo ra enzyme hỗ trợ tốt hơn mà có thể kích hoạt quang hợp hiệu quả hơn ở nhiệt độ cao hơn trong lúa mì.

Các nhà nghiên cứu đang nghiên cứu các phản ứng ở mức độ phân tử trên lúa mỳ đã tiến một bước gần hơn đến mục tiêu tạo ra giống lúa mì chịu nóng.
 

Thiết bị điều khiển nhiệt độ (thermostats) thông minh ra hiệu cho máy lạnh bật khi mặt trời đang chiếu xuống vào mùa hè và khi nào tắt để tiết kiệm năng lượng. Tương tự, cây trồng có Rubisco activase, hay gọi tắt là Rca, kích hoạt enzyme Rubisco khởi động sản xuất năng lượng khi mặt trời đang chiếu sáng và báo hiệu nó dừng lại khi lá thiếu ánh sáng để bảo tồn năng lượng.
 

Nhóm các nhà khoa học từ Đại học Lancaster báo cáo trên Tạp chí The Plant Journal rằng việc hoán đổi chỉ một phân tử của khối tạo dựng trong số 380 phân tử tạo nên Rca trong lúa mì cho phép nó kích hoạt Rubisco nhanh hơn khi nhiệt độ nóng hơn, cho thấy cơ hội bảo vệ cây trồng khỏi nhiệt độ tăng.
 

Elizabete Carmo-Silva, giảng viên cao cấp tại Trung tâm môi trường Lancaster, người giám sát dự án nghiên cứu “Tăng hiệu quả quang hợp” (RIPE) cho biết “Chúng tôi đã lấy Rca (2β) của một loại lúa mì khá tốt trong việc kích hoạt Rubisco ở nhiệt độ thấp hơn và trao đổi chỉ một trong những các axit amin của nó bằng một acid amin được tìm thấy trong Rca (1β) của loại lúa mì khác hoạt động khá tốt ở nhiệt độ cao hơn nhưng không có kích hoạt Rubisco - và kết quả là một dạng mới của 2β Rca, tốt cho cả hai vùng trồng có nhiệt độ nóng và lạnh”.

RIPE là những cây trồng được chỉnh sửa gen để có năng suất cao hơn bằng cách cải thiện quá trình quang hợp, quá trình tự nhiên mà tất cả cây trồng sử dụng để chuyển đổi ánh sáng mặt trời thành năng lượng và sản lượng cây trồng. RIPE được hỗ trợ bởi Quỹ Bill & Melinda Gates, Quỹ Nghiên cứu Nông nghiệp và Thực phẩm Hoa Kỳ (FFAR) và Bộ Phát triển Quốc tế của Chính phủ Anh Quốc (DFID).
 

Đây là thông tin chi tiết: Rca 1β xuất hiện tự nhiên trong lúa mì có axit amin isoleucine, hoạt động trong điều kiện tới 39 độ Celcius, nhưng không giỏi kích hoạt Rubisco, trái lại 2β xuất hiện tự nhiên có axit amin methionine, hoạt động trong điều kiện tới khoảng 30 độ Celcius, và giỏi kích hoạt Rubisco. Tại đây, nhóm nghiên cứu đã tạo ra một phiên bản 2β mới có axit amin isoleucine hoạt động trong điều kiện tới 35 độ Celcius và kích hoạt tốt Rubisco.
 

“Về cơ bản, 1β là enzyme không giá trị và 2β nhạy cảm với nhiệt độ cao hơn” Carmo-Silva nói. “Điều thú vị ở đây là chúng tôi đã chỉ ra cách trao đổi axit amin này có thể khiến Rca hoạt động ở nhiệt độ cao hơn mà không thực sự ảnh hưởng đến hiệu quả kích hoạt Rubisco của nó, điều này có thể giúp cây trồng bắt đầu quá trình quang hợp dưới stress nhiệt độ để tạo ra năng suất cao hơn”.
 

Công trình này được thực hiện trong ống nghiệm trên vi khuẩn E. coli, được hỗ trợ bởi sinh viên nghiên cứu sinh của Trung tâm Môi trường Lancaster đến tác giả đầu tiên Gustaf Degen. Quan trọng hơn, những phát hiện này sẽ hỗ trợ các nỗ lực của RIPE để mô tả và cải thiện Rca của các loại cây lương thực khác như đậu đũa và đậu nành, mỗi loại có nhiều dạng Rca khác nhau.
 

Carmo-Silva nói “Khi theo dõi ở các vùng trồng đậu đũa ở châu Phi, trải dài từ Nam Phi với nhiệt độ trung bình khoảng 22 độ Celcius đến khoảng 30 độ ở Nigeria, và các vùng xa hơn về phía bắc lên tới 38 độ”. “Nếu chúng ta có thể giúp kích hoạt Rubisco hiệu quả hơn ở những nhiệt độ này, điều đó thực sự rất quan trọng và có thể giúp chúng ta thu hẹp khoảng cách giữa năng suất tiềm năng và năng suất thực tế cho những người nông dân sống dựa vào những cây trồng này để duy trì nguồn thực phẩm và cuộc sống của họ”.

Nguyễn tiến Hải theo Sciencedaily.