Một nhóm nghiên cứu do các nhà khoa học Nebraska dẫn đầu đã xây dựng mô hình trao đổi chất lớn nhất từ trước đến nay của ngô để nghiên cứu xem nhiệt độ ảnh hưởng như thế nào đến cây trồng và cách thức một loại nấm nhất định có thể giúp giảm bớt vấn đề.

Nguồn: iScience (2023). DOI: 10.1016/j.isci.2023.108400.

Rajib Saha,  Richard L. và phó giáo sư Carol S. McNeel về kỹ thuật hóa học và phân tử sinh học đồng thời là nhà nghiên cứu cao cấp cho biết: Nghiên cứu này là sự mở rộng của công trình nghiên cứu trước đó về mô hình trao đổi chất của rễ ngô mà nhóm nghiên cứu đã sử dụng để nghiên cứu hiệu quả sử dụng đạm của cây trồng trong điều kiện ức chế đạm.

Saha và nhóm nghiên cứu đã mở rộng mô hình để bao gồm toàn bộ cây chứ không chỉ rễ, điều này cho phép nghiên cứu mở rộng về các tương tác trao đổi chất phức tạp, nền tảng phân tử liên quan của chúng và nhiều yếu tố gây ức chế có thể ảnh hưởng đến năng suất. Những phát hiện này được công bố trên tạp chí iScience.

Mô hình trao đổi chất là ngô lai B73, có bộ gen được đánh giá cao để tạo ra các giống lai được sử dụng làm thực phẩm, thức ăn chăn nuôi và nhiều mục đích công nghiệp khác nhau. Được phát triển tại Đại học bang Iowa vào đầu những năm 1970, dòng này và các thế hệ sau của nó có mặt ở một nửa giống ngô lai được trồng trên khắp thế giới.

Mô hình trao đổi chất đa cơ quan do Nebraska phát triển—mô hình lớn nhất từng được tạo ra từ ngô (hoặc bất kỳ loại cây nào khác), điều đó cho phép các nhà khoa học tiến hành nghiên cứu hiệu quả và nhanh chóng hơn so với nghiên cứu thực địa sử dụng cây ngô thực tế. Niaz Bahar Chowdhury, một nghiên cứu sinh làm việc với Saha cho biết, mô hình này cũng có thể giúp các nhà nghiên cứu thực địa với cây ngô thực tế tiến hành thí nghiệm nhanh hơn và hiệu quả hơn.

Người ta ước tính rằng ức chế nhiệt do biến đổi khí hậu có thể làm giảm năng suất ngô từ 7-18%.

Saha cho biết: “Nhu cầu cấp thiết là phát triển các kiểu gen ngô có năng suất cao, khả năng chịu được áp lực nhiệt độ”.

Các nhà khoa học đang tập trung vào cách điều chỉnh quá trình trao đổi chất của thực vật để chống lại điều kiện bất thuận. Saha cho biết, nghiên cứu của nhóm thực hiện một cách tiếp cận toàn diện, trên toàn bộ cây trồng thay vì chỉ xem xét các yếu tố cụ thể của cây.

Trong số các tác động khác, ức chế nhiệt có thể làm giảm quá trình quang hợp và tổng hợp carbohydrate ở lá, giảm tổng hợp tinh bột ở hạt và ảnh hưởng đến quá trình sinh tổng hợp axit amin và lignin ở thân cây. Ngoài ra, ức chế nhiệt có thể làm hỏng các enzyme và mô, làm suy giảm sự ra hoa và gây ra ức chế oxy hóa ở giai đoạn sinh sản.

Nhóm của Saha đã đưa dữ liệu về nhiệt độ quá nóng và lạnh vào mô hình của họ, phát hiện ra rằng cả hai đều tạo ra cái gọi là "tắc nghẽn trao đổi chất" làm chậm sự phát triển của thực vật, nhưng lưu ý rằng nhiệt độ đặc biệt có vấn đề. Nhiệt độ quá cao dự kiến sẽ tiếp tục cản trở sự tăng trưởng của cây trồng trong bối cảnh biến đổi khí hậu đang diễn ra.

Một cách tiếp cận để giảm thiểu căng thẳng về nhiệt độ là tái thiết kế cây trồng, tạo ra các giống lai mới ít bị ảnh hưởng bởi nó. Saha nói: Mặc dù điều đó có thể thành công nhưng “đó là một quá trình rất, rất dài”.

Trong cách tiếp cận khác, các nhà nghiên cứu đã cấy vào rễ ngô một loại nấm có lợi được gọi là Rhizophagus irregularis, loại nấm này thường được sử dụng làm chế phẩm cho đất. Saha cho biết nghiên cứu mới cho thấy Rhizophagus irregularis cũng thành công trong việc giảm tắc nghẽn trao đổi chất làm chậm sự phát triển của thực vật trong điều kiện nóng và lạnh. Tốc độ tăng trưởng sinh khối của toàn bộ cây và của từng cơ quan cụ thể đều tăng khi xử lý bằng nấm. Nghiên cứu trong tương lai, sử dụng mô hình trao đổi chất tương tự, sẽ tập trung vào việc R. bất thường ảnh hưởng như thế nào đến quá trình trao đổi chất của thực vật trong điều kiện hàm lượng nitơ cao và thấp.

Chowdhury và Saha cho biết mô hình mà họ tạo ra sẽ sẵn sàng cho các nhà nghiên cứu muốn nghiên cứu các áp lực khác trên ngô.

Nguyễn Thị Quỳnh Thuận theo Phys.org