Các nhà khoa học lần đầu tiên chỉnh sửa thành công DNA của cây yến mạch, cho phép phát triển giống yến mạch chống chịu biến đổi khí hậu
Lần đầu tiên, các nhà khoa học đã chỉnh sửa thành công DNA của cây yến mạch, một bước đột phá có thể thúc đẩy quá trình phát triển giống yến mạch với nhiều chất xơ hơn, năng suất cao hơn và khả năng phục hồi tốt hơn trước biến đổi khí hậu.
Yến mạch, một loại cây trồng chính cho cả nhu cầu tiêu thụ của con người và thức ăn chăn nuôi, là sản phẩm nông nghiệp chủ lực của Canada, đóng góp vào thị trường toàn cầu trị giá 8 tỷ đô la. Sản lượng yến mạch của Canada ước đạt khoảng 900 triệu đô la. Tuy nhiên, mùa sinh trưởng ngắn và những đợt sương giá cuối mùa khó lường khiến nông dân trồng yến mạch tại đây phải đối mặt với những thách thức đáng kể.
Trong một nghiên cứu được công bố trên tạp chí Plant Biotechnology, nhóm tác giả từ Đại học McGill đã mô tả cách họ áp dụng công nghệ chỉnh sửa gen CRISPR‑Cas9 trên cây yến mạch lần đầu tiên. Họ cho biết kỹ thuật này, bao gồm việc “cắt bỏ” và điều chỉnh các phần của gen để tạo ra các biến đổi di truyền chính xác, có thể giúp cải tiến giống yến mạch nhanh chóng và hiệu quả hơn so với chọn giống truyền thống, đồng thời giúp nông dân ứng phó tốt hơn với các thách thức do biến đổi khí hậu.
Trước đây, công nghệ này chưa bao giờ được áp dụng cho yến mạch do bộ gen của chúng rất phức tạp, và các phương pháp chỉnh sửa gen trước đó được cho là không đủ hiệu quả. Nhờ CRISPR‑Cas9, chúng tôi đã thực hiện được những thay đổi di truyền cực kỳ cụ thể trên yến mạch mà theo cách chọn giống truyền thống phải mất hàng năm mới đạt được,” Giáo sư Jaswinder Singh, trưởng nhóm nghiên cứu, cho biết. “Phương pháp của chúng tôi không chỉ rút ngắn thời gian lai tạo mà còn tránh được việc đưa DNA ngoại lai vào cây trồng, giúp chúng an toàn hơn và được người tiêu dùng dễ chấp nhận hơn.”
Nhóm nghiên cứu tập trung vào các gen quyết định những đặc tính quan trọng của yến mạch như sự phát triển của gié hoa, độ trưởng thành của cây và hàm lượng beta‑glucan - một chất được biết đến với lợi ích cho sức khỏe. Họ đã sử dụng phương pháp bắn gen để đưa cấu trúc CRISPR‑Cas9 vào tế bào yến mạch, tạo ra những biến đổi có thể mang lại lợi ích thiết thực trong thực tế.
Một trong những kết quả đáng chú ý nhất là tạo ra kiểu hình sinh dưỡng mới: cây yến mạch phát triển khác biệt, có khả năng tạo ra thức ăn chăn nuôi hoặc thức ăn cho động vật với năng suất cao hơn. Các nhà nghiên cứu cũng phát hiện ra những cá thể yến mạch có thời gian ra hoa thay đổi, cho thấy khả năng lai tạo các giống chín sớm hoặc chín muộn tùy theo yêu cầu của nông dân và điều kiện khí hậu địa phương.
“Bước đột phá này vô cùng quan trọng cho thích ứng với biến đổi khí hậu,” Mehtab Singh, nghiên cứu sinh Tiến sĩ và là tác giả chính của bài báo, cho biết. “Bằng cách phát triển giống yến mạch chín sớm hoặc chống chịu lạnh tốt hơn, chúng tôi đang hỗ trợ nông dân ở các vùng có mùa sinh trưởng ngắn hoặc thời tiết thất thường trồng được cây giống ổn định và bền vững hơn.”
Các nhà nghiên cứu cho biết yến mạch chín nhanh hơn một ngày nào đó có thể giúp giảm nhu cầu sử dụng hóa chất để đẩy nhanh quá trình thu hoạch, giải quyết mối lo ngại về dư lượng và tác động đến môi trường. Tiếp theo, họ dự định nghiên cứu thêm các tính trạng khác như khả năng kháng bệnh và chịu stress, đồng thời thử nghiệm giống yến mạch đã chỉnh sửa gen ngay trong điều kiện ruộng đồng.
Yến mạch, một loại cây trồng chính cho cả nhu cầu tiêu thụ của con người và thức ăn chăn nuôi, là sản phẩm nông nghiệp chủ lực của Canada, đóng góp vào thị trường toàn cầu trị giá 8 tỷ đô la. Sản lượng yến mạch của Canada ước đạt khoảng 900 triệu đô la. Tuy nhiên, mùa sinh trưởng ngắn và những đợt sương giá cuối mùa khó lường khiến nông dân trồng yến mạch tại đây phải đối mặt với những thách thức đáng kể.
Trong một nghiên cứu được công bố trên tạp chí Plant Biotechnology, nhóm tác giả từ Đại học McGill đã mô tả cách họ áp dụng công nghệ chỉnh sửa gen CRISPR‑Cas9 trên cây yến mạch lần đầu tiên. Họ cho biết kỹ thuật này, bao gồm việc “cắt bỏ” và điều chỉnh các phần của gen để tạo ra các biến đổi di truyền chính xác, có thể giúp cải tiến giống yến mạch nhanh chóng và hiệu quả hơn so với chọn giống truyền thống, đồng thời giúp nông dân ứng phó tốt hơn với các thách thức do biến đổi khí hậu.
Trước đây, công nghệ này chưa bao giờ được áp dụng cho yến mạch do bộ gen của chúng rất phức tạp, và các phương pháp chỉnh sửa gen trước đó được cho là không đủ hiệu quả. Nhờ CRISPR‑Cas9, chúng tôi đã thực hiện được những thay đổi di truyền cực kỳ cụ thể trên yến mạch mà theo cách chọn giống truyền thống phải mất hàng năm mới đạt được,” Giáo sư Jaswinder Singh, trưởng nhóm nghiên cứu, cho biết. “Phương pháp của chúng tôi không chỉ rút ngắn thời gian lai tạo mà còn tránh được việc đưa DNA ngoại lai vào cây trồng, giúp chúng an toàn hơn và được người tiêu dùng dễ chấp nhận hơn.”
Nhóm nghiên cứu tập trung vào các gen quyết định những đặc tính quan trọng của yến mạch như sự phát triển của gié hoa, độ trưởng thành của cây và hàm lượng beta‑glucan - một chất được biết đến với lợi ích cho sức khỏe. Họ đã sử dụng phương pháp bắn gen để đưa cấu trúc CRISPR‑Cas9 vào tế bào yến mạch, tạo ra những biến đổi có thể mang lại lợi ích thiết thực trong thực tế.
Một trong những kết quả đáng chú ý nhất là tạo ra kiểu hình sinh dưỡng mới: cây yến mạch phát triển khác biệt, có khả năng tạo ra thức ăn chăn nuôi hoặc thức ăn cho động vật với năng suất cao hơn. Các nhà nghiên cứu cũng phát hiện ra những cá thể yến mạch có thời gian ra hoa thay đổi, cho thấy khả năng lai tạo các giống chín sớm hoặc chín muộn tùy theo yêu cầu của nông dân và điều kiện khí hậu địa phương.
“Bước đột phá này vô cùng quan trọng cho thích ứng với biến đổi khí hậu,” Mehtab Singh, nghiên cứu sinh Tiến sĩ và là tác giả chính của bài báo, cho biết. “Bằng cách phát triển giống yến mạch chín sớm hoặc chống chịu lạnh tốt hơn, chúng tôi đang hỗ trợ nông dân ở các vùng có mùa sinh trưởng ngắn hoặc thời tiết thất thường trồng được cây giống ổn định và bền vững hơn.”
Các nhà nghiên cứu cho biết yến mạch chín nhanh hơn một ngày nào đó có thể giúp giảm nhu cầu sử dụng hóa chất để đẩy nhanh quá trình thu hoạch, giải quyết mối lo ngại về dư lượng và tác động đến môi trường. Tiếp theo, họ dự định nghiên cứu thêm các tính trạng khác như khả năng kháng bệnh và chịu stress, đồng thời thử nghiệm giống yến mạch đã chỉnh sửa gen ngay trong điều kiện ruộng đồng.
Huỳnh Nguyễn Minh Nghĩa - Hcmbiotech, Nguồn: Phys.org
Số lần xem: 18
