Các nhà khoa học đã tìm ra cách giải tỏa nút thắt trong quá trình thực vật chuyển đổi ánh sáng mặt trời thành thực phẩm, điều này có thể dẫn đến sự gia tăng sản lượng cây trồng. Họ đã phát hiện ra rằng việc sản xuất của một protein kiểm soát tốc độ các dòng electron trong quá trình quang hợp, sẽ thúc đẩy nhanh toàn bộ quá trình.

"Chúng tôi đã thử nghiệm hiệu quả của việc tăng sản xuất protein Rieske FeS và thấy nó tăng khả năng quang hợp lên 10%", tiến sĩ Maria Ermakova từ Trung tâm Tài Năng ARC về quang hợp dịch mã (CoETP) cho biết.

Cây mô hình Setaria viridis.

"Protein Rieske FeS thuộc về một phức hợp mà giống như một vòi mà các electron chạy qua, do đó, năng lượng có thể được sử dụng bởi động cơ carbon của cây trồng. Bằng cách protein này thể hiện, chúng tôi đã phát hiện ra cách giải phóng áp lực của vòi, để nhiều electron hơn có thể tuôn ra, đẩy nhanh quá trình quang hợp", tiến sĩ Ermakova, người làm việc tại Trung tâm Đại học Quốc gia Úc (ANU) cho biết.

Tiến sĩ Ermakova, tác giả chính của bài báo xuất bản trong tuần này trên tạp chí Communications Biology, cho biết đây là lần đầu tiên các nhà khoa học tạo ra nhiều protein Rieske FeS bên trong cây trồng sử dụng con đường quang hợp C4.

Cho đến nay, phần lớn các nỗ lực cải thiện quang hợp đã được thực hiện ở các loài sử dụng quang hợp C3, chẳng hạn như lúa mì và gạo, tuy nhiên chưa có nhiều việc được thực hiện trong tiến trình tăng cường quang hợp C4.

Điều này bất chấp thực tế là các loài cây trồng C4 - như ngô và lúa miến - đóng một vai trò quan trọng trong nông nghiệp thế giới và đã là một trong những cây trồng năng suất cao nhất trên thế giới.

"Những kết quả này chứng minh rằng việc thay đổi tốc độ vận chuyển điện tử giúp tăng cường quang hợp ở các loài mô hình C4, Setaria viridis, họ hàng gần của ngô và lúa miến. Đây là một bằng chứng quan trọng giúp chúng ta hiểu rõ hơn về cách thức quang hợp của C4 hoạt động, "Phó Giám đốc của CoETP, Giáo sư Susanne von Caemmerer, một trong những đồng tác giả của nghiên cứu này cho biết.

Protein Rieske đặc biệt quan trọng trong môi trường có ánh sáng cao, nơi thực vật C4 phát triển. Nghiên cứu trước đây đã chỉ ra rằng việc biểu hiện quá mức protein Rieske trong thực vật C3 giúp cải thiện quá trình quang hợp, nhưng cần nhiều nghiên cứu hơn ở thực vật C4.

Giáo sư von Caemmerer nói: "Điều này thực sự rất thú vị, vì giờ đây chúng tôi đã sẵn sàng biến nó thành lúa miến và kiểm tra hiệu quả của nó đối với sinh khối trong cây lương thực".

"Trong 30 năm qua, chúng tôi đã học được rất nhiều về cách thức thực vật C4 hoạt động bằng cách làm cho chúng xấu đi - bằng cách phá vỡ chúng như một phần của quá trình khám phá. Tuy nhiên, đây là ví dụ đầu tiên trong đó chúng tôi đã thực sự cải thiện cây, "Giáo sư Robert Furbank, Giám đốc Trung tâm xuất sắc ARC về quang hợp tịnh tiến và là một trong những tác giả của nghiên cứu cho biết.

"Các bước tiếp theo của chúng tôi là lắp ráp toàn bộ phức hợp protein FeS, có nhiều thành phần khác. Còn nhiều việc phải làm và còn nhiều điều về phức hợp protein này mà chúng tôi vẫn không hiểu. Chúng tôi đã tăng cường 10% bằng cách thể hiện quá mức thành phần Rieske FeS, nhưng chúng tôi biết rằng chúng tôi có thể làm tốt hơn thế, "giáo sư Furbank nói.

Nguyễn Thị Quỳnh Thuận theo Sciencedaily.