Phương pháp mới hứa hẹn thúc đẩy phát triển giống cây trồng mới

Các nhà nghiên cứu đã kích hoạt cây con để phát triển các chồi mới có chứa các gen đã được chỉnh sửa. Ảnh: Kit Leffler, University of Minnesota.

Một nhóm nhà nghiên cứu của Đại học Minnesota gần đây đã phát triển các phương pháp mới tạo ra các cây biến đổi gen nhanh hơn nhiều. Họ hy vọng sẽ làm giảm rào cản lâu nay trong chỉnh sửa gen và trong quá trình này làm cho việc chỉnh sửa gen dễ dàng hơn và nhanh hơn để phát triển và đánh giá các giống cây trồng mới với hai phương pháp mới được mô tả trong công trình được xuất bản gần đây trên tạp chí Nature Biotechnology.
 

Mặc dù có những tiến bộ vượt bậc về chỉnh sửa bộ gen cây trồng bằng các công cụ chỉnh sửa gen như CRISPR và TALENs, các nhà nghiên cứu đã gặp khó khăn khi sử dụng phương pháp lỗi thời là nuôi cấy mô. Phương pháp này đã được sử dụng trong nhiều thập kỷ và tốn kém, mất nhiều công sức và đòi hỏi công việc chính xác trong môi trường vô trùng. Các nhà nghiên cứu sử dụng nuôi cấy mô để cung cấp các gen và chất phản ứng cho việc chỉnh sửa gen, hoặc hóa chất thúc đẩy phản ứng cho cây trồng.
 

Dan Voytas, giáo sư về Di truyền, Sinh học và Phát triển tế bào của Trường Đại học Khoa học Sinh học và tác giả của công trình cho biết “Một vài năm trước, Viện Hàn lâm Khoa học Quốc gia đã tổ chức cuộc họp của các nhà khoa học cây trồng để giải quyết khó khăn của việc nuôi cấy mô và giúp nhận ra tiềm năng chỉnh sửa gen ở cây trồng”. “Chúng tôi đã cải tiến công nghệ chỉnh sửa gen nhưng chúng tôi cần một cách mới để cung cấp hiệu quả chất phản ứng chỉnh sửa gen cho cây trồng. Các phương pháp trong bài báo này trình bày một cách mới toàn diện về việc làm điều này”.
 

Các phương pháp mới sẽ là:

Giảm đáng kể thời gian cần thiết để chỉnh sửa gen cây trồng dài từ chín tháng xuống còn vài tuần;

Thực hiện trên nhiều loài cây hơn là khả năng sử dụng nuôi cấy mô mà bị hạn chế ở các loài và giống đặc thù;

Cho phép các nhà nghiên cứu tạo ra cây trồng biến đổi gen mà không cần phòng thí nghiệm vô trùng, làm cho việc này trở thành phương pháp khả thi cho các phòng thí nghiệm và các công ty nhỏ áp dụng.
 

Để loại bỏ công việc gian nan của việc chỉnh sửa gen thông qua nuôi cấy mô, hai tác giả chính của công trình là Ryan Nasti và Michael Maher đã phát triển các phương pháp mới thúc đẩy các chất điều hòa sinh trưởng thực vật quan trọng giữ vai trò cho cây phát triển.
 

Sử dụng chất điều hòa sinh trưởng và chất phản ứng chỉnh sửa gen, các nhà nghiên cứu kích hoạt cây con phát triển các chồi mới mà chứa gen được chỉnh sửa. Các nhà nghiên cứu thu thập hạt từ các chồi được chỉnh sửa gen này và tiếp tục thí nghiệm. Không cần phải nuôi cấy tế bào.
 

Các cách tiếp cận khác nhau về cách thức chất điều hòa sinh trưởng được áp dụng và ở quy mô nào. Phương pháp được phát triển bởi Nasti cho phép đánh giá nhanh ở quy mô nhỏ - với kết quả tính bằng tuần thay vì tháng hoặc năm – của việc kết hợp các chất điều hòa sinh trưởng khác nhau. Ông nói, “Phương pháp này cho phép đánh giá nhanh để các nhà nghiên cứu có thể tối ưu hóa sự kết hợp của các chất điều hòa sinh trưởng và tăng hiệu quả của chúng”.
 

Maher đã sử dụng các nguyên tắc cơ bản giống nhau để làm cho quá trình dễ tiếp cận hơn bằng cách loại bỏ sự cần thiết của môi trường phòng thí nghiệm vô trùng. Ông nói “Với phương pháp này, bạn không cần kỹ thuật vô trùng. Bạn có thể làm điều này trong nhà để xe của bạn”. Ông nói thêm rằng kỹ thuật này mở ra khả năng cho các nhóm nghiên cứu nhỏ hơn với ít nguồn lực hơn có thể chỉnh sửa gen thực vật và đánh giá xem chúng phát triển tốt như thế nào.
 

Voytas nói, “Nasti và Maher đã phổ biến hóa chỉnh sửa gen cây trồng. Sẽ không còn mất nhiều tháng trong phòng thí nghiệm vô trùng với hàng chục người đội mũ trùm để nuôi cấy mô”.

Các nhà nghiên cứu đã sử dụng thuốc lá làm cây mô hình của họ, nhưng đã thực hiện phương pháp này trên cây nho, cà chua và khoai tây. Họ tin rằng các phát hiện này có thể sẽ chuyển qua nhiều loài cây khác. Nhằm mục đích đảm bảo nguồn thực phẩm ổn định cho dân số toàn cầu đang tăng lên trong điều kiện khí hậu đang ấm lên, nơi dịch hại bùng phát và các đợt thời tiết khắc nghiệt phổ biến. Phương pháp mới này sẽ cho phép chúng phát triển hiệu quả hơn.

Nguyễn tiến Hải theo Sciencedaily.