Tìm kiếm những gen giúp cây có trái thích ứng với khô hạn

Carmen Catalá và Philippe Nicolas nghiên cứu cà chua ở nhà lưới BTI. Nguồn: Viện Boyce Thompson.

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

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

Được công bố trên tạp chí Plant Physiology số tháng 12, công trình được dẫn dắt bởi nhóm nghiên cứu của Carmen Catalá, trợ lý giáo sư tại BTI và là Nghiên cứu viên cao cấp tại Khoa Khoa học Thực vật Tích hợp (SIPS) tại Đại học Cornell. Các cộng tác viên bao gồm Jocelyn Rose, giáo sư tại SIPS, và các giáo sư BTI Jim Giovannoni, Zhangjun Fei và Lukas Mueller, cũng là giáo sư trợ giảng tại SIPS.

Catalá cho biết: “Chúng tôi đã xác định được một số gen liên quan đến phản ứng do thiếu nước ở trái cà chua. Bây giờ chúng tôi có thể bắt đầu lựa chọn các gen ứng cử viên có thể giúp các nhà lai tạo phát triển cây có trái có thể thích nghi với các điều kiện khô hạn, không những trên cà chua mà cả trên nho, táo và trái cây có thịt nói chung. Đó là 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 trái ở hai thời điểm khác nhau (trái đang phát triển và trái chín) và trong bốn điều kiện căng thẳng nước khác nhau (không có, nhẹ, trung bình và mạnh).

Các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng mỗi mô cơ quan của trái cây thay đổi theo những cách khác nhau theo thời gian.

Catala cho biết: “Dưới 1% các gen biểu hiện bị ảnh hưởng bởi tình trạng căng thẳng nước giữa tất cả sáu mô của trái và hơn 50% các gen bị ảnh hưởng là đặc trưng cho một mô duy nhất.

Trái lại với những tác động tiêu cực của hạn hán, gây ra các rối loạn sinh lý và rụng trái, 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 căng thẳng nước làm tăng lượng lycopene trong trái chín. Lycopene là một chất chống oxy hóa đã được chứng minh là có lợi cho sức khỏe. Trái cây bị thiếu nước cũng có mức sinh tổng hợp tinh bột cao hơn, có thể tạo ra cà chua ngọt hơn.

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

Philippe Nicolas, một nhà khoa học sau tiến sỹ tại phòng thí nghiệm của Catalá và là tác giả đầu tiên của bài báo cho biết: “Khi gieo hạt, chúng tôi nhận thấy rằng những cây con có nguồn gốc từ những cây cà chua bị căng thẳng thể hiện khả năng phục hồi tốt hơn so với cây con đối chứng.

Nicolas cho biết họ đã xác định được một số gen có có khả năng thích ứng với căng thẳng nước trong hạt trưởng thành, những gen này có thể đóng vai trò quan trọng trong việc chống chịu áp lực về nước cho thế hệ cây trồng tiếp theo.

Nghiên cứu này đang đối mặt với một vài thách thức vì các nhà nghiên cứu đang xem xét. Hầu hết các nghiên cứu về phản ứng của thực vật đối với tình trạng khô hạn đều đánh giá 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 cho cây quá nhiều thì chúng sẽ không ra hoa và phát triển trái. Hơn nữa, khi bạn muốn nghiên cứu về trái cây, bạn phải trồng cây trưởng thành, việc này tốn nhiều thời gian, không gian và nguồn lực tổng thể hơn”.

Trương Thị Tú Anh theo Phys.org