Tìm kiếm những gen giúp cây ăn quả thích ứng với khô hạn

Bởi vì biến đổi khí hậu được cho là nguyên nhân sẽ dẫn tới các đợt hạn hán thường xuyên hơn, nên các nhà nghiên cứu đang ngày càng nỗ lực để đưa ra các khám phá có thể giúp thực vật thích nghi với tình trạng căng thẳng về nước kéo dài.

Các nhà nghiên cứu từ Viện Boyce Thompson và Đại học Cornell đã hoàn thành nghiên cứu đầu tiên để cung cấp một bức tranh toàn diện về sự thay đổi biểu hiện gen để đáp ứng với tình trạng thiếu nước ở cây cà chua, Solanum lycopersicum - xác định các gen có thể giúp các nhà nhân giống cây trồng phát triển loại quả có thể đối phó với các điều kiện khô hạn.

Carmen Catalá và Philippe Nicolas kiểm tra cà chua trong nhà kính BTI. Nguồn: Viện Boyce Thompson.

Được đăng trên tạp chí Plant Physiology số tháng 12, công trình được thực hiện bởi nhóm nghiên cứu của Carmen Catalá, trợ lý giáo sư tại BTI và là Nghiên cứu viên cao cấp tại Trường Khoa học Thực vật Tích hợp (SIPS) tại Cornell. Hợp tác với các nhà nghiên cứu gồm Jocelyn Rose, giáo sư tại SIPS, và các giáo sư của BTI Jim Giovannoni, Zhangjun Fei và Lukas Mueller, các giáo sư trợ giảng tại SIPS.

Catalá cho biết: “Chúng tôi đã xác định được một số gen liên quan đến quá trình phản ứng với áp lực thiếu nước ở quả cà chua. Bây giờ chúng tôi có thể bắt đầu chọn lọc các gen ứng cử viên có thể giúp các nhà lai tạo phát triển quả có thể thích nghi với điều kiện hạn hán, không chỉ trên cây cà chua mà còn cả trên cây nho, táo và các loại cây có quả nói chung. Đó là một ứng dụng tiềm năng lâu dài của những dữ liệu này”.

Các nhà nghiên cứu đã xem xét biểu hiện gen ở lá cà chua và sáu cơ quan của quả tại hai mốc thời gian khác nhau (quả đang phát triển và chín) và trong bốn điều kiện stress nước khác nhau (không có, nhẹ, trung bình và mạnh).

Các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng mỗi mô của quả thay đổi theo những cách độc đáo theo thời gian.

“Ít hơn 1% các gen biểu hiện bị ảnh hưởng bởi tình trạng căng thẳng về nước được chia sẻ giữa tất cả sáu mô ở quả và hơn 50% các gen bị ảnh hưởng là đặc trưng cho một mô duy nhất”, Catala cho biết.

Ngược lại với những tác động tiêu cực của hạn hán, gây ra các rối loạn sinh lý và rụng quả, hạn hán có một số tác động tích cực - ít nhất là với hạn hán nhẹ.

Ví dụ, các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng tình trạng thiếu nước làm tăng lượng lycopene trong trái cây chín. Lycopene là một chất chống oxy hóa đã được chứng minh là có lợi cho sức khỏe. Trái cây bị căng thẳng nước cũng có mức sinh tổng hợp tinh bột cao hơn, có thể giúp cà chua ngọt hơn.

Các nhà nghiên cứu cũng phát hiện ra họ có thể "huấn luyện" cà chua để có khả năng chống chịu hạn hán tốt hơn trong tương lai.

Philippe Nicolas, nhà khoa học sau tiến sỹ tại phòng thí nghiệm của Catalá và là tác giả đầu tiên của bài báo cho biết: “Khi chúng tôi gieo hạt từ những cây được xử lý, chúng tôi nhận thấy những cây con phát triển từ cà chua bị bị ảnh hưởng bởi căng thẳng biểu hiện khả năng phục hồi tốt hơn so với cây con từ cà chua đối chứng.

Nicolas cho biết họ đã xác định được một số gen mà những biểu hiện của nó với tình trạng căng thẳng nước trong hạt trưởng thành, có thể đóng vai trò quan trọng trong việc tạo ra khả năng chống chịu áp lực về nước ở thế hệ tiếp theo.

Nghiên cứu có một số thách thức vì các nhà nghiên cứu đang xem xét ở giai đoạn quả. Hầu hết các nghiên cứu về phản ứng của thực vật đối với hạn hán đều tiến hành trên rễ và lá của cây con vì chúng tương đối dễ nghiên cứu.

Catalá cho biết: “Việc gây căng thẳng cho cây con tương đối dễ dàng, nhưng nếu bạn gây căng thẳng quá mức cho cây thì chúng sẽ không ra hoa và phát triển quả. Khi bạn muốn nghiên cứu cây ăn quả, bạn phải trồng cây trưởng thành, mà điều này tốn nhiều thời gian và nhiều vấn đề khác hơn”.

Trương Thị Tú Anh theo Phys.org