Mô hình trao đổi chất quy mô toàn bộ hệ gen có thể giúp tăng năng suất khoai tây

Để nghiên cứu sự đánh đổi giữa tăng trưởng và phòng vệ trong quá trình trao đổi chất ở cây trồng, các nhà khoa học thuộc Đại học Potsdam và Erlangen, Viện Sinh lý học Thực vật Phân tử Max Planck, cùng Viện Sinh học Quốc gia tại Ljubljana đã phát triển mô hình trao đổi chất toàn bộ hệ gen mang tên potato-GEM. Đây là bản tái cấu trúc trao đổi chất quy mô lớn đầu tiên thuộc loại này, cung cấp nguồn tài nguyên quan trọng để lai tạo các giống cây trồng có khả năng chịu stress tốt hơn và năng suất cao hơn trong tương lai.

Dân số toàn cầu ngày càng tăng, kéo theo nhu cầu lương thực cũng không ngừng gia tăng. Sự thay đổi của điều kiện môi trường gây ra tổn thất hàng năm lên tới hàng tỷ euro cho mỗi loại cây trồng. Để bảo đảm nguồn cung lương thực, cây trồng cần được cải thiện để đáp ứng yêu cầu về năng suất và chất lượng trong tương lai.

Khoai tây là một trong những cây trồng quan trọng nhất trên thế giới. Các bệnh do virus và sự phá hoại của côn trùng ăn lá, như bọ khoai tây Colorado, có thể làm giảm năng suất tới 80% mỗi năm. Khi bị các tác nhân sinh học này tấn công, cây sẽ giảm tốc độ sinh trưởng để giữ lại nguồn tài nguyên phân tử, bao gồm cả việc sản xuất các hợp chất tín hiệu và hợp chất phòng vệ. Ngược lại, khi cây phát triển nhanh, khả năng chống chịu với sâu bệnh thường giảm, do quá trình tăng trưởng được ưu tiên hơn phòng vệ.
 

Nhóm nghiên cứu đã phân tích sự đánh đổi giữa tăng trưởng và phòng vệ bằng cách áp dụng các phương pháp mô hình hóa dựa trên mô hình trao đổi chất toàn bộ hệ gen (GEM) của khoai tây. Kết quả nghiên cứu đã được công bố trên tạp chí Proceedings of the National Academy of Sciences.

“Bản tái cấu trúc trao đổi chất quy mô lớn potato-GEM bao quát toàn bộ các quá trình trao đổi chất thứ cấp đã biết ở loài cây trồng quan trọng này,” Giáo sư Zoran Nikoloski, chuyên ngành Tin sinh học tại Đại học Potsdam và là trưởng nhóm nghiên cứu tại Viện Sinh lý học Thực vật Phân tử Max Planck, cho biết. Mô hình toán học này cho phép phân tích sâu mối tương tác giữa các quá trình tăng trưởng và phòng vệ, đồng thời là nền tảng tuyệt vời cho các nghiên cứu và ứng dụng tiếp theo.

“Việc nắm rõ các cơ chế phân tử trong phản ứng của cây đối với stress có thể nâng cao chiến lược lai tạo và giúp chúng ta phát triển các giống cây trồng có khả năng chịu stress, năng suất và chất lượng vượt trội”.

Huỳnh Nguyễn Minh Nghĩa - Hcmbiotech, theo Phys.org