Một tương lai đỏ có thể cải thiện canh tác cây trồng?

Các nhà khoa học Úc đã xem xét sự tồn tại đa đạng của Rubisco trong các loài vi sinh vật khác nhau, để tìm ra một loài mà có thể canh tác được. Ảnh: Lawrence Atkin.

Các nhà nghiên cứu đã tìm ra cách để tạo ra các phiên bản hiệu quả hơn của loại enzyme Rubisco thực vật bằng cách sử dụng Rubisco tương tự ở tảo đỏ từ vi khuẩn.

Trong suốt 50 năm, các nhà khoa học đã nỗ lực thúc đẩy hoạt động của Rubisco, một mục tiêu đầy hứa hẹn để tăng sản lượng cây trồng vì nó kiểm soát lượng và tốc độ thực vật cố định carbon dioxide từ khí quyển thành đường và năng lượng trong quá trình quang hợp.

Trưởng nhóm nghiên cứu, Giáo sư Spencer Whitney, thuộc Trung tâm ARC, Đại học Quốc gia Úc (ANU) cho biết: “Từ 20 năm trước, chúng tôi đã phát hiện ra rằng tảo đỏ có thể tạo ra các phiên bản Rubisco hiệu quả hơn so với các phiên bản được tìm thấy trong thực vật nhưng chúng tôi đã thất vọng vì không thể tạo ra tảo Rubisco kiểu tảo đỏ trong cây trồng”.

Thách thức của việc lắp ráp hiệu quả hơn các Rubiscos— giống như loại được tìm thấy trong tảo đỏ - trong cây trồng phức tạp, kết hợp mười sáu thành phần protein của Rubiscos lại với nhau. Để vượt qua trở ngại này, Giáo sư Whitney và nhóm của ông đã hướng sự chú ý đến loại Rubisco tương tự tảo đỏ từ vi khuẩn quang hợp Rhodobacter sphaeroides.

Công trình này, được công bố trên Kỷ yếu của Viện Hàn lâm Khoa học Quốc gia (PNAS), phát hiện ra rằng Rubisco đỏ của vi khuẩn này đáp ứng tất cả các tiêu chí để được chấp nhận bên trong lục lạp thực vật.

Các nhà nghiên cứu Úc đã tìm thấy một loại vi khuẩn có Rubisco có thể được chuyển sang canh tác. Ảnh: Natalia Bateman, CoETP.

Đồng tác giả, Tiến sĩ Elena Martin-Avila cho biết: “Vì các yêu cầu lắp ráp của quả Rubisco đỏ này tương đối đơn giản, chúng tôi nhận thấy thực vật có thể tạo ra chúng”.

"Chúng tôi cũng nhận thấy rằng cần đưa thêm chất hoạt hóa Rubisco phù hợp, một loại enzyme chịu trách nhiệm khai thác các vị trí xúc tác của Rubisco. Tác dụng của việc đồng thời đưa nó vào là tốc độ quang hợp và tăng trưởng thực vật được kích thích gấp hai lần", tiến sĩ Martin-Avila nhận xét.

Đồng tác giả, Dr. Laura Gunn: "Một kết quả rất thú vị khác trong nghiên cứu của chúng tôi là giờ đây chúng tôi có thể kiểm tra xem các phiên bản biến đổi của Rubisco đỏ có thể được tạo ra ở thực vật tốt như thế nào bằng cách cho nó thể hiện trong Escherichia coli, một loại vi khuẩn được sử dụng trong phòng thí nghiệm".

Bà nói: “Điều tốt đẹp là nó cho phép chúng tôi nhanh chóng xác định các phiên bản hoạt động tốt hơn của Rubisco đỏ trước khi đưa vào cây trồng, một quá trình vừa nất thời gian vừa tốn kém.

"Chúng tôi đang trên đường tăng gấp đôi tỷ lệ cố định CO₂ của vi khuẩn Rubisco đỏ vốn đã rất nhanh này bằng cách sử dụng tiến hóa trong phòng thí nghiệm. Bước tiếp theo của chúng tôi là xem các đồng dạng Rubisco đỏ tiến hóa có thể kích thích cây trồng quang hợp, tăng trưởng và năng suất tốt như thế nào", giáo sư Whitney nói.

Lê Thị Kim Loan theo phys.org