Năng suất cây trồng có thể gia tăng nhờ cấy tảo biển |
Các nhà khoa học đã phát hiện ra gen cho phép tảo biển tạo ra một loại chất diệp lục đặc biệt. Họ đã cấy thành công gen này vào cây trồng trên đất liền và điều này mở đường cho việc tăng năng suất cây trồng trên diện tích đất ngày càng bị thu hẹp. Việc tìm ra gen này đã giải quyết được điều bí ẩn lâu nay của các nhà khoa học về những con đường phân tử cho phép tảo tạo ra chất diệp lục này và sống sót.
|
Các nhà khoa học đã phát hiện ra gen cho phép tảo biển tạo ra một loại chất diệp lục đặc biệt. Họ đã cấy thành công gen này vào cây trồng trên đất liền và điều này mở đường cho việc tăng năng suất cây trồng trên diện tích đất ngày càng bị thu hẹp.
Việc tìm ra gen này đã giải quyết được điều bí ẩn lâu nay của các nhà khoa học về những con đường phân tử cho phép tảo tạo ra chất diệp lục này và sống sót.
Tingting Xiang, trợ lý giáo sư kỹ thuật sinh học, tác giả chính của nghiên cứu tại UC Riverside cho biết: “Tảo biển tạo ra một nửa lượng oxy mà chúng ta hít thở, thậm chí nhiều hơn cả thực vật trên cạn. Tảo biển nuôi sống mạng lưới thức ăn khổng lồ, những loài cá được động vật có vú và con người ăn. Cho đến nay, chúng tôi vẫn chưa hiểu được cơ sở di truyền về sự tồn tại của tảo mặc dù chúng có tầm quan trọng toàn cầu”.
Các nhà nghiên cứu với cây thuốc lá thí nghiệm. Nguồn: Jinkerson/Xiang/UCR.
Nghiên cứu sử dụng cây thuốc lá được công bố trên tạp chí Current Biology đã chứng minh rằng thực vật trên cạn có thể tạo ra chất diệp lục biển. Về mặt lý thuyết, bất kỳ loại cây trồng trên cạn nào cũng có thể kết hợp với gen tảo biển. Kết hợp này cho phép cây trồng hấp thụ quang phổ ánh sáng đầy đủ hơn và sẽ tăng trưởng tốt hơn.
Chất diệp lục là sắc tố cho phép quang hợp, chuyển đổi ánh sáng thành thức ăn, hoặc năng lượng hóa học. Thực vật tạo ra chất diệp lục a và b, trong khi hầu hết tảo biển và tảo bẹ tạo ra chất diệp lục c. Chất diệp lục c giúp tảo hấp thụ ánh sáng xanh lục trên mặt nước.
Xiang cho biết: “Chất diệp lục b và c hấp thụ ánh sáng ở các bước sóng khác nhau. Đại dương hấp thụ ánh sáng đỏ, đó là lý do tại sao nó có màu xanh lam. Chất diệp lục c đã tiến hóa để hấp thu được ánh sáng xanh lục. Ánh sáng này xuyên qua bề mặt nước và đi sâu hơn vào trong nước”.
Một ứng dụng bổ sung của nghiên cứu này có thể áp dụng để sản xuất nhiên liệu sinh học từ tảo. Có một số loài tảo tạo ra diệp lục a hoặc b giống như thực vật trên cạn, thay vì c. Việc đưa gen tạo ra chất diệp lục c vào những loài tảo đó có thể nâng cao khả năng sử dụng nhiều ánh sáng hơn và thúc đẩy sự phát triển của chúng, tạo ra nhiều nguồn nguyên liệu phong phú.
Ban đầu, các nhà nghiên cứu đặt mục tiêu tìm hiểu sâu hơn về một loài tảo sống cộng sinh cùng các rạng san hô. Những loại tảo này sản xuất đường và chia sẻ đường với san hô chủ của chúng. Xiang phát hiện rằng “mỗi quần thể san hô có hàng nghìn polyp và màu nâu của chúng là do tảo. Bất cứ khi nào bạn nhìn thấy san hô bị tẩy trắng, đó là do tảo đã mất đi”.
Các nhà nghiên cứu đã làm thí nghiệm với tảo đột biến vì họ quan tâm đến khả năng quang hợp của tảo sẽ ảnh hưởng như thế nào đến san hô. Những đột biến hiếm gặp này có màu vàng hơn so với họ hàng có màu nâu của chúng và không thể thực hiện quá trình quang hợp. Họ bất ngờ phát hiện ra rằng ở san hô, những loài tảo đột biến này vẫn có thể sống và phát triển vì san hô cung cấp chất dinh dưỡng cho tảo phát triển.
Bằng cách sử dụng phương pháp giải trình tự DNA và phân tích nhiều dữ liệu, các nhà nghiên cứu cũng sử dụng các đột biến để khám phá gen chịu trách nhiệm sản xuất diệp lục c. Xiang nói rằng “khám phá gen có liên quan đến diệp lục c không phải là mục tiêu ban đầu của chúng tôi. Chúng tôi tạo ra các đột biến vì một lý do khác, nhưng tôi nghĩ rằng chúng tôi đã gặp may mắn”.
Tảo cộng sinh với san hô. Nguồn: Jinkerson/Xiang/UCR.
Với phát hiện mới về cơ sở di truyền để sản xuất chất diệp lục c, các nhà nghiên cứu hy vọng rằng công trình này có thể giúp ngăn chặn làn sóng tẩy trắng san hô đang diễn ra trên thế giới. Hơn nữa, những ứng dụng này có thể áp dụng trên đất liền để có thể giúp con người thích ứng với biến đổi khí hậu.
Robert Jinkerson, giáo sư kỹ thuật hóa học UCR và đồng tác giả nghiên cứu cho biết: “Việc xác định con đường sinh tổng hợp chất diệp lục c không chỉ là sự tò mò khoa học mà còn là ứng dụng tiềm năng đối với nền an ninh lương thực và năng lượng bền vững”.
Jinkerson cho biết: “Bằng cách giải mã những bí mật của sắc tố quan trọng này, chúng tôi không chỉ thu được những hiểu biết sâu sắc hơn về huyết mạch của hệ sinh thái biển mà còn đi tiên phong trong con đường phát triển các loại cây trồng và nhiên liệu sinh học một cách hiệu quả hơn”.
Trương Thị Tú Anh theo UC Riverside.
|
Trở lại In Số lần xem: 246 |
[ Tin tức liên quan ]___________________________________________________
|