Kỹ thuật tạo ra siêu thực phẩm tiếp theo: công nghệ bti khai phá tiềm năng canh tác quy mô lớn cây mâm xôi vàng

Quả mâm xôi vàng có vị giống như sự kết hợp giữa dứa và xoài, chứa nhiều chất dinh dưỡng như một loại siêu thực phẩm và ngày càng phổ biến trong các cửa hàng tạp hóa ở Mỹ. Nhưng những cây cho ra loại quả màu vàng cam tươi sáng này lại mọc hoang dại và khó kiểm soát do đạt đến chiều cao qua cao khiến việc canh tác quy mô lớn trở nên không khả thi.

Các nhà nghiên cứu tại Viện Boyce Thompson (BTI) đã giúp giải quyết vấn đề đó. Sử dụng công nghệ chỉnh sửa gen CRISPR, một nhóm cộng tác bao gồm giáo sư Joyce Van Eck của BTI đã tạo ra những cây mâm xôi vàng nhỏ gọn, ngắn hơn 35% so với giống cây dại, giúp chúng có thể được sử dụng trong nông nghiệp thương mại.

“Cây mâm xôi vàng có tiềm năng rất lớn như một loại cây trồng giàu dinh dưỡng, nhưng đặc điểm sinh trưởng lớn và rậm rạp của nó đã cản trở sản xuất thương mại”, ông Van Eck cho biết. “Những giống cây nhỏ gọn mới này có thể được trồng với mật độ cao hơn, không cần cọc đỡ hoặc giàn leo phức tạp và dễ chăm sóc và thu hoạch hơn nhiều”.

Nghiên cứu, được công bố trên tạp chí Plants, People, Planet, chứng minh cách các giải pháp dựa trên khoa học thực vật có thể nhanh chóng cải thiện các loại cây trồng ít được hưởng lợi từ các chương trình lai tạo truyền thống.

Từ hoang dã đến quá trình canh tác: Có nguồn gốc từ vùng Andes ở Nam Mỹ, cây mâm xôi vàng (Physalis peruviana) đã được tiêu thụ từ nhiều thế kỷ nay nhưng trải qua quá trình thuần hóa rất ít. Hiện nay, Colombia sản xuất hơn 20.000 tấn mỗi năm, trong đó 40% được xuất khẩu để đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng trên toàn cầu.

Nhóm nghiên cứu đã tận dụng kiến ​​thức từ các loại cây họ Solanaceae có liên quan, nhắm mục tiêu vào gen ERECTA điều chỉnh chiều dài thân cây ở cà chua và cà chua dại. Vì cây cà chua dại là cây tứ bội - chứa bốn bộ nhiễm sắc thể - nên các nhà nghiên cứu cần chỉnh sửa hai bản sao riêng biệt của gen ERECTA .

Sử dụng công nghệ CRISPR và các phương pháp chuyển đổi gen được phát triển tại BTI, họ đã tạo ra thành công các cây trồng với những chỉnh sửa chính xác ở cả hai bản sao gen. Sau khi lai tạo các cây đã được chỉnh sửa để chọn lọc hương vị quả ưa thích, nhóm nghiên cứu đã tạo ra các dòng "Erecta" ổn định có lóng thân ngắn hơn 50% so với cây hoang dã.

Những cây nhỏ gọn này cho ra quả trung bình 3,3 gam, chỉ nhỏ hơn một chút so với quả lý gai vàng bán trên thị trường Mỹ.

Nhóm nghiên cứu đã nhận được sự chấp thuận của USDA, xác nhận rằng các cây trồng biến đổi gen không bị nhiễm các loại sâu bệnh. Giờ đây, họ sẽ xin phê duyệt của FDA để người trồng có thể tiến hành sản xuất thương mại ngay lập tức.

Ngoài phạm vi của quả mâm xôi vàng, một số ít cây trồng  như lúa mì, gạo, ngô, đậu nành – chiếm ưu thế trong sản xuất lương thực toàn cầu, tạo nên một hệ thống mong manh dễ bị gián đoạn và dịch bệnh. Trong khi đó, hàng trăm loại cây trồng “ít giá trị” giàu dinh dưỡng khác vẫn chưa được khai thác triệt để, thường bị mắc kẹt giữa nguồn gốc hoang dã và khả năng thương mại hóa.

“Công trình này chứng minh cách chỉnh sửa gen có thể bổ sung cho phương pháp lai tạo giống cây trồng truyền thống đối với các loại cây trồng phụ”, Van Eck nói. “Chúng ta có thể tích hợp hàng thập kỷ kiến ​​thức lai tạo giống từ các loài cây trồng chính, sử dụng CRISPR để thực hiện những thay đổi chính xác đối với các đặc điểm cụ thể và đẩy nhanh quá trình phát triển các giống cây trồng được cải tiến - bổ sung một công cụ mới mạnh mẽ vào bộ công cụ của các nhà lai tạo giống cây trồng”.

Nhóm nghiên cứu đã xác định một số bước tiếp theo đầy hứa hẹn để thúc đẩy việc trồng cây mâm xôi vàng, bao gồm tăng kích thước quả, loại bỏ các đường acyl dính trên bề mặt quả và tạo điều kiện cho quá trình chín đồng bộ để thu hoạch hiệu quả. Và phương pháp này không chỉ áp dụng cho cây kim ngân hoa mà còn có thể cải thiện cây chanh dây, cây cà chua dại và các loại cây trồng khác chưa được khai thác triệt để nhưng có giá trị dinh dưỡng cao và tầm quan trọng trong khu vực.

“Việc cải thiện các loại cây trồng phụ giàu dinh dưỡng như cây kim ngân hoa giúp đa dạng hóa chế độ ăn uống và tạo ra những cơ hội mới cho nông dân”. Van Eck nói thêm. “Đó chính xác là loại giải pháp dựa trên khoa học thực vật mà BTI hướng đến”.

Nguyễn Thị Quỳnh Thuận theo Viện Boyce Thompson.