Khám phá này cho phép các loại cây trồng được nhân giống thích nghi hơn với những thay đổi của điều kiện khí hậu, như khan hiếm nước và giúp đảm bảo an ninh lương thực trong tương lai.

Phát hiện này đã được công bố trên tạp chí Science, mô tả một cơ chế phân tử mới được phát hiện bởi các nhóm hợp tác nghiên cứu tại các trường đại học của Nottingham và Durham, với nguồn kinh phí được tài trợ bởi một giải thưởng chung từ BBSRC.

Rễ là bộ phận rất quan trọng giúp cây lấy nước và chất dinh dưỡng hòa tan từ đất. Nước rất cần thiết cho sự phát triển của cây, nhưng biến đổi khí hậu khiến cho việc đất giữ được độ ẩm ít hơn thậm chí còn khó khăn hơn. Thực vật có thể thích nghi với các điều kiện độ ẩm đất khác nhau bằng cách thay đổi hình thái rễ của chúng, nhưng cho đến nay, người ta không hiểu làm thế nào để điều đó được thực hiện.

Các nhánh rễ chỉ hình thành khi tiếp xúc trực tiếp với độ ẩm của đất bằng cách sử dụng phản ứng thích nghi gọi là "hydropatterning". Giáo sư Malcolm Bennett của Đại học Nottingham và Giáo sư Ari Sadanandom từ Khoa Khoa học Sinh học tại Đại học Durham, đã phát hiện ra rằng hydropatterning được điều khiển bởi một gen có tên ARF7. Nhóm nghiên cứu quan sát thấy rễ cây thiếu gen ARF7 không còn khả năng thích nghi. Các nhà nghiên cứu kết luận rằng khi rễ tiếp xúc với độ ẩm, ARF7 vẫn hoạt động và thúc đẩy sự phân nhánh của rễ, nhưng khi tiếp xúc với không khí, ARF7 bị biến đổi và bất hoạt, ngăn chặn sự phân nhánh của rễ.

Giáo sư Sadanandom giải thích: "Thực vật tương đối bất động và do đó sự tăng trưởng và phát triển của chúng phụ thuộc rất nhiều vào môi trường của chúng. Nghiên cứu của chúng tôi đã xác định được loại protein đặc biệt có thể thay đổi và thậm chí làm bất hoạt sự phân nhánh của rễ dẫn đến hạn chế sự tăng trưởng và phát triển của cây.

"Điều này cực kỳ thú vị vì đã mở ra hướng giúp thích nghi với sự tương tác protein này và có khả năng phát triển các loại cây có thể tiếp tục ra rễ ngay cả trong điều kiện đầy thách thức như khan hiếm nước".

Giáo sư Bennett kết luận: "Nước rất quan trọng đối với sự tăng trưởng, phát triển của thực vật và cuối cùng là sự sống sót của chúng. Bằng cách nghiên cứu cách thức rễ cây thay đổi sự phân nhánh của chúng để đáp ứng với nguồn nước có sẵn trong đất, chúng tôi đã phát hiện ra một cơ chế phân tử mới. Điều này đã đem lại một bước tiến lớn và mở đường cho các nhà lai tạo phát triển giống cây trồng mới thích nghi tốt hơn với biến đổi khí hậu và giúp đảm bảo an ninh lương thực toàn cầu".

An ninh lương thực là một vấn đề cấp bách toàn cầu. Sản lượng nông sản phải tăng gấp đôi vào năm 2050 để theo kịp tốc độ tăng dân số toàn cầu. Mục tiêu này thậm chí còn thách thức hơn những tác động do biến đổi khí hậu đối với nguồn nước và nỗ lực giảm lượng phân bón để làm cho môi trường nông nghiệp trở nên bền vững hơn. Trong cả hai trường hợp, phát triển cây trồng với cải thiện hiệu quả hấp thụ nước và dinh dưỡng sẽ đem lại giải pháp trong điều kiện biến đổi khí hậu.

Mai Thanh Trúc theo Ssciencedaily.