Bằng cách điều khiển con đường CHLORAD, các nhà khoa học có thể điều chỉnh cách thực vật phản ứng với môi trường của chúng. Ví dụ, khả năng chịu đựng stress, chẳng hạn khả năng chống chịu mặn cao của cây có thể được cải thiện.

Các nhà nghiên cứu hy vọng kết quả của họ, đã được đăng trên tạp chí Science, sẽ mở đường cho các chiến lược nghiên cứu cải tiến giống cây trồng theo hướng mới, điều này sẽ rất quan trọng bởi vì chung ta đối diện với việc phải đảm bảo an ninh lương thực cho số dân dự kiến ​​sẽ đạt gần 10 tỷ vào năm 2050.

Con đường CHLORAD giúp điều chỉnh cấu trúc bên trong tế bào thực vật đó là lục lạp. Lục lạp là bào quan đặc trưng cho thực vật. Với nhiều chức năng khác nhau như trao đổi chất, tăng trưởng và dẫn truyền tín hiệu, lục lạp liên quan đối với quá trình quang hợp, đây là quá trình mà năng lượng ánh sáng mặt trời được tổng hợp để cung cấp năng lượng cho các hoạt động sống của tế bào. “degradation” nghĩa là "Sự thoái hóa protein được liên kết lục lạp".

Giáo sư Paul Jarvis, chủ trì nghiên cứu, cho biết: “Hai thập kỷ qua, kể từ khi xác định được bộ máy nội dẫn protein lục lạp, chuyển các protein mới vào lục lạp, thì việc phát hiện ra con đường CHLORAD của chúng tôi lần đầu tiên cho thấy các protein không mong muốn sẽ được loại ra khỏi lục lạp từng đơn vị một”.

Nhà nghiên cứu, Tiến sỹ Qihua Ling, cho biết: “Các nghiên cứu trước đây của chúng tôi cho thấy protein trong màng lục lạp được tiêu hóa bởi một hệ thống thoái hóa protein bên ngoài lục lạp. Vì vậy, câu hỏi đặt ra là: Làm thế nào các protein lục lạp được ly trích ra từ màng thúc đấy cho sự kiện này xảy ra? Việc phát hiện ra hệ thống CHLORAD của chúng tôi giúp trả lời câu hỏi này và chúng tôi đã xác định được hai loại protein mới hoạt động trong quá trình này”.

Đồng nghiên cứu, Tiến sĩ William Broad, nói thêm: “Lục lạp là một bào quan eukaryote, có nguồn gốc từ vi khuẩn quang tổng hợp từ hơn một tỷ năm trước bởi một quá trình gọi là nội cộng sinh (endosymbiosis). Đáng chú ý, hệ thống CHLORAD có chứa một hỗn hợp bao gồm các thành phần có nguồn từ eukaryote và cả vi khuẩn. Điều này cung cấp cho chúng ta một dẫn chứng hấp dẫn về cách thức các tế bào chủ eukaryote đã phát triển dần dần, đồng thời lựa chọn các công cụ có sẵn theo những phương cách mới, để chi phối các bào quan nội cộng sinh của chúng”.

Peter Burlinson, ở Frontier Bioscience Lead thuộc Hội đồng nghiên cứu Sinh học và công nghệ sinh học (Biotechnology and Biological Sciences Research Council), đã cho rằng: “Việc phát hiện về con đường sinh hóa này là một ví dụ điển hình nhất mà từ nghiên cứu cơ bản về sinh lý thực vật có thể cho ta thấy tiềm năng về các hướng nghiên cứu mới để giúp phát triển các giống cây trồng”.

Do đó, lục lạp rất cần thiết, không chỉ cho thực vật mà còn cho vô số hệ sinh thái phụ thuộc vào thực vật và cho nông nghiệp.

Lục lạp bao gồm hàng ngàn protein khác nhau, hầu hết được tạo ra ở nơi khác trong tế bào và được nội dẫn bởi các bào quan. Tất cả các protein này phải được kiểm soát rất chặc chẽ để đảm bảo rằng các hoạt động của bào quan được diễn ra bình thường. Con đường CHLORAD hoạt động bằng cách loại bỏ và xử lý các protein lục lạp không cần thiết hoặc bị hư hỏng; do đó tên CHLORAD, là viết tắt của cụm từ “chloroplast-associated protein” trồng có năng suất và khả năng phục hồi tốt hơn. Điều này cho thấy giá trị của khoa học cơ bản trong việc góp phần giải quyết các thách thức toàn cầu quan trọng bao gồm dân số toàn cầu đang gia tăng, các yếu tố stress do môi trường và tăng cường đảm bảo an ninh lương thực.

Đến năm 2050, với mức sản xuất lương thực hiện nay phải tăng ít nhất 70% để đáp ứng nhu cầu của dân số thế giới ngày càng tăng và xu hướng ăn uống nhiều sản phẩm động vật, trong khi 38% đất đai của thế giới và 70% lượng nước ngọt đã được sử dụng cho nông nghiệp. Các yếu tố stress phi sinh học, bao gồm hạn hán, nhiệt độ thấp và cao, độ mặn của đất, thiếu hụt chất dinh dưỡng và kim loại độc hại là nguyên nhân hàng đầu làm giảm năng suất, năng suất cây trồng giảm 50-80% tùy theo vụ mùa và vị trí địa lý.

Do đó, việc phát triển các loại cây trồng chống chịu lại với stress có thể giúp cho năng suất được ổn định trong điều kiện khắc nghiệt là một chiến lược quan trọng để đảm bảo an ninh lương thực trong tương lai. Nhu cầu này đặc biệt cấp bách khi nhìn nhận ra rằng tần suất gia tăng của điều kiện thời tiết bất lợi kèm theo biến đổi khí hậu toàn cầu sẽ gây ra các stress môi trường nghiêm trọng hơn, dịch bệnh cây thường xuyên hơn và năng suất, chất lượng nông sản sẽ bị giảm hơn.

Nguyễn Thị Quỳnh Thuận theo Sciencedaily.