Nhóm nghiên cứu tại Viện Công nghệ Massachusetts (MIT) do Christopher Voigt, Daniel I.C. Wang giáo sư Công nghệ sinh học, đã tiến gần hơn đến việc phát triển các loại ngũ cốc cố định đạm.
 

Phòng thí nghiệm Voigt tại MIT lần đầu tiên thử nghiệm các kỹ thuật mới trên cây thuốc lá trong phòng thí nghiệm. Mục tiêu là giúp cây thuốc lá có khả năng cố định đạm thông qua chỉnh sửa gen. Ảnh: Lisa Miller / J-WAFS.

Để phát triển các loại ngũ cốc cố định đạm, các nhà nghiên cứu đã nghiên cứu các gen cụ thể trong các vi khuẩn cố định đạm hoạt động cộng sinh với các cây họ đậu, được gọi là gen nif. Những gen này gây ra sự biểu hiện của các cấu trúc protein cố định nitơ từ không khí. Tuy nhiên, việc chuyển gen này là một thách thức kỹ thuật lớn vì nif rất lớn và liên quan đến nhiều gen khác nhau. Chuyển một cụm gen lớn là một nhiệm vụ khó khăn và không chỉ đòi hỏi chính các nhà nghiên cứu phải chuyển gen mà còn sao chép các thành phần tế bào chịu trách nhiệm kiểm soát chuyển gen.

Điều này dẫn các nhà nghiên cứu vào một thách thức khác. Các vi khuẩn chịu trách nhiệm cố định nitơ trong cây họ đậu là vi khuẩn (prokaryote) trong khi biểu hiện gen là hoàn toàn khác nhau ở thực vật, đó là eukaryote (sinh vật nhân chuẩn). Tái cấu trúc nif trong eukaryote tương đương với việc đại tu hệ thống hoàn chỉnh. Phòng thí nghiệm Voigt đã tìm thấy một bào quan giải quyết và nhắm mục tiêu trong tế bào - đặc biệt là lục lạp và ty thể. Sau đó, nhóm nghiên cứu đã thiết kế một hệ thống phân phối gen nitrogenase bằng men. Họ đã chèn các gen nitrogenase vào nhân nấm men, sau đó được nhắm mục tiêu đến ty thể bằng cách sử dụng các hợp chất peptide và dẫn đến sinh vật nhân thực đầu tiên chứng minh sự hình thành các protein cấu trúc nitrogenase.

Nghiên cứu này thu được kết quả đột phá, tiến gần hơn đến sự độc lập với phân đạm thông qua các loại ngũ cốc cố định đạm. Nhóm nghiên cứu đã đi đầu trong việc nhắm mục tiêu đưa nitrogenase vào ty thể và có thể thể hiện một tetramer NifDK hoàn chỉnh - một protein quan trọng trong cụm nitrogenase - trong ty thể của nấm men. Mặc dù đạt được những cột mốc này, nhiều công việc vẫn chưa được thực hiện.

Để biết thêm chi tiết, đọc bài viết trên MIT News.

Theo ISAAA.