Một nhóm các nhà di truyền học Trung Quốc đã tạo ra một giống lúa có khả năng tự chữa lành tổn hại do nhiệt gây ra ở cấp độ tế bào nhanh hơn, qua đó giúp duy trì năng suất cây trồng trong bối cảnh nóng lên toàn cầu khiến những cơn sóng nhiệt đang ngày càng phổ biến hơn.

Nguồn ảnh: RK1979/SHUTTERSTOCK.COM

“Đây là một tin thú vị”, Maria Ermakova, nhà nghiên cứu về cải thiện quá trình quang hợp ở thực vật, Đại học Quốc gia Australia, cho biết. Việc chỉnh sửa gene để cải thiện quá trình quang hợp đã được thực hiện trên 3 loại thực vật – hình mẫu phổ biến nhất là cây mù tạt, còn lại là thuốc lá và lúa, từ đó cho thấy bất kỳ loại cây trồng nào cũng có thể chỉnh sửa. Công trình này đã đi ngược lại với hiểu biết thông thường của các nhà khoa học về quang hợp, một số nhà sinh học thực vật thắc mắc các gene được thêm vào như thế nào để có thể đạt được lợi ích trên. Peter Nixon, một nhà hóa sinh học thực vật ở Đại học Hoàng gia London, dự đoán nghiên cứu này sẽ “thu hút đáng kể sự chú ý của giới nghiên cứu thực vật”.

Khi thực vật tiếp xúc với ánh sáng, một phức hợp protein gọi là photosystem II (PSII) sẽ cung cấp năng lượng cho các electron, từ đó thúc đẩy quá trình quang hợp. Tuy nhiên, nhiệt độ hoặc ánh sáng mạnh có thể phá hủy một protein quan trọng là D1, làm gián đoạn hoạt động của PSII cho đến khi cây tự chèn thêm một protein D1 mới. Quá trình này sẽ diễn ra nhanh chóng hơn nếu thực vật tạo ra nhiều protein D1. Phần lớn các nhà sinh học cho rằng protein D1 được tạo ra tại lục lạp, cơ quan thực hiện chức năng quang hợp có DNA riêng, trong đó có một gene của D1. Tuy nhiên, bộ gene của lục lạp khó chỉnh sửa hơn nhiều so với các gene trong nhân tế bào thực vật.  

Nhóm nghiên cứu do nhà sinh học phân tử thực vật Fang Qing Guo ở Viện Khoa học Trung Quốc dẫn dắt cho rằng, protein D1 do một gene trong nhân tế bào tạo ra cũng có hiệu quả tương tự - thậm chí hiệu quả hơn, vì sự tổng hợp trong tế bào chất thay vì lục lạp sẽ được bảo vệ khỏi các “sản phẩm phụ” của phản ứng quang hợp. Họ đã thử nghiệm ý tưởng này trên loài cây thuộc họ mù tạt Arabidopsis thaliana. Họ đã lấy gene D1 trong lục lạp của cây, ghép với một đoạn DNA đã trải qua áp lực nhiệt, sau đó chuyển đến nhân tế bào.

Họ nhận thấy, những cây Arabidopsis trưởng thành từ hạt giống đã qua chỉnh sửa có thể chịu được nhiệt độ rất cao trong phòng thí nghiệm: 8 tiếng rưỡi ở nhiệt độ 41°C (điểm chết của phần lớn các loài thực vật). Những cây thuốc lá và lúa được chỉnh sửa bằng gene của cây Arabidopsis cũng cho hiệu quả tương tự. Quá trình quang hợp và sinh trưởng của 3 loại cây trên cũng suy giảm ít hơn so với các cây đối chứng còn sống. Năm 2017, khi nhiệt độ ở Thượng Hải vượt mức 36°C trong vòng 18 ngày, lúa chuyển gene được trồng thử nghiệm đạt sản lượng cao hơn 8-10% so với giống đối chứng, nhóm nghiên cứu đã công bố kết quả này trên tạp chí Nature Plants.

Phần lớn các nhà khoa học đều bất ngờ trước kết quả trên. Cả ba loại cây trồng biến đổi gene quang hợp nhiều hơn - tỉ lệ ở cây thuốc lá tăng 48% - và phát triển hơn so với những cây đối chứng. Trên cánh đồng, lúa chuyển gene đã tăng 20% sản lượng. “Điều này thực sự khiến chúng tôi ngạc nhiên”, Guo nói. “Tôi cảm thấy chúng tôi đã câu được con cá lớn”.

Donald Ort, nhà nghiên cứu lâu năm về quang hợp ở Đại học IIlinois, Urbana-Champagne cho biết nhóm nghiên cứu đã đưa ra những bằng chứng đáng tin cậy về lợi ích thu được từ những cây trồng chuyển gene nhưng ông không tin protein D1 do gene nhân tế bào tạo ra có thể sửa chữa PSII trong lục lạp. “Cần giữ thái độ hoài nghi với bất cứ điều gì hứa hẹn tiềm năng. Cần thực hiện thêm nhiều thí nghiệm để tìm hiểu tại sao protein D1 có thể làm được điều đó”.□

Thanh An - Tiasang, theo Sciencemag.