Do ảnh hưởng bởi COVID, quá trình quang hợp C4 được nghiên cứu qua hệ thống máy tính

Khi phòng thí nghiệm đóng cửa do COVID, các nhà nghiên cứu RIPE từ Đại học Essex đã chuyển sang các phương pháp tính toán để tìm ra cách thực vật C4 như ngô biểu hiện một số enzym quan trọng trong các tế bào chuyên biệt. Nguồn: Brian Stauffer, Đại học Illinois.

Khi đóng cửa phòng thí nghiệm do COVID vào tháng 3, một nhóm từ Đại học Essex đã chuyển sang các phương pháp tiếp cận tính toán nghiên cứu điều gì khiến một số loài thực vật thích nghi tốt hơn để biến đổi ánh sáng và CO₂ thành nông sản thông qua quang hợp. Họ đã công bố phát hiện của mình trên tạp chí Frontiers of Plant Science.

Có hai loại quang hợp: C3 và C4. Hầu hết các loại cây lương thực phụ thuộc vào quá trình quang hợp C3 nơi cacbon được cố định thành đường bên trong tế bào được gọi là 'trung bì' nơi có nhiều oxy. Tuy nhiên, oxy có thể cản trở quá trình quang hợp. Cây C4 đã phát triển các tế bào vỏ bọc chuyên biệt để tập trung CO₂, làm cho quá trình quang hợp C4 hiệu quả hơn đến 60%.

Trong nghiên cứu này, các nhà khoa học muốn tìm hiểu cách mà cây trồng C4 có thể biểu hiện một số enzym quan trọng bên trong các tế bào vỏ bọc thay vì trung bì.

TS. Chidi Afamefule đang nghiên cứu về việc tăng hiệu quả quang hợp (RIPE) tại Đại học Essex cho biết: "Mục tiêu cuối cùng là hiểu được những cơ chế để chúng ta có thể cải thiện quá trình quang hợp C3 trong các loại cây lương thực như đậu đũa và sắn – thực phẩm chính cho nông dân sản xuất nhỏ ở châu Phi cận Sahara".

RIPE đặt mục tiêu thúc đẩy sản xuất lương thực bằng cách cải thiện quá trình quang hợp với sự hỗ trợ từ Quỹ Bill & Melinda Gates, Quỹ Nghiên cứu Nông nghiệp và Thực phẩm và Vương quốc Anh, Văn phòng Khối thịnh vượng chung & Phát triển. Dự án RIPE và các nhà tài trợ cam kết đảm bảo Tiếp cận Toàn cầu và cung cấp các công nghệ từ dự án cho những người nông dân cần chúng nhất.

Nhóm nghiên cứu đã so sánh DNA của 4 loại cây cỏ C3 (bao gồm lúa mạch và lúa) và 4 loại cây cỏ C4 (bao gồm ngô và lúa miến). Mục tiêu của họ là xác định các vùng DNA có thể kiểm soát sự biểu hiện của 4 loại enzyme liên quan đến quá trình quang hợp. Nghiên cứu này có thể là so sánh đầu tiên về biểu hiện của các enzym này (SBPase, FBPase, PRK và GAPDH) trong cây C3 và C4.

Afamefule, người dẫn đầu nghiên cứu trong thời kỳ đại dịch cho biết: "Thật tuyệt khi tìm thấy một 'bộ điều chỉnh chính' hoạt động trong tất cả các enzym này, dù trước đây chúng tôi không tìm thấy nó và nghi ngờ nó không tồn tại".

Thay vào đó, họ phát hiện ra cây C4 có một số "chất hoạt hóa" trong DNA để kích hoạt biểu hiện trong vỏ bọc và "chất kìm hãm" hạn chế biểu hiện ở trung bì. Họ hy vọng rằng có thể sử dụng mã di truyền này để giúp các cây C3 kém hiệu quả quang hợp tốt hơn trong tương lai.

Christine Raines, giảng dạy tại Bộ môn Khoa học Đời sống tại Essex, cho biết: “Đã có những nỗ lực đang được tiến hành để giúp cây C3 hoạt động giống như cây C4. Những nghiên cứu như thế này giúp chúng tôi xác định những mảnh nhỏ bên trong một cỗ máy vô cùng phức tạp đòi hỏi phải hiểu rõ trước khi có thể tinh chỉnh và sắp xếp lại".

Bước tiếp theo là xác thực những phát hiện này trong phòng thí nghiệm và bắt đầu làm việc lại sau thời gian giãn cách xã hội.

Đỗ Thị Thanh Trúc theo Phys.org