Một kỹ thuật mới để tăng tốc và kiểm soát sự phát triển của những protein bên trong thực vật sống đã được phát triển bởi nhóm KAUST.

Trước đây, loại hệ thống tiến hóa có kiểm soát chỉ có thể hiện diện trong các dòng tế bào virus, vi khuẩn, nấm men và động vật có vú. Nghiên cứu của Ả Rập Saudi – trực thuộc tổ chức Sáng kiến ​​Nông nghiệp Sa mạc của KAUST - hiện đã mở rộng kỹ thuật này sang lúa gạo và các cây lương thực khác. Bây giờ, các nhà chọn tạo giống cây trồng có một cách dễ dàng để nhanh chóng thiết kế các giống cây trồng mới có khả năng chống chịu cỏ dại, bệnh tật, sâu bệnh và các điều kiện bất lợi khác.

Magdy Mahfouz, trưởng nhóm cho biết: "Chúng tôi hy vọng rằng kỹ thuật của chúng tôi sẽ được sử dụng cho kỹ thuật sinh học cây trồng để cải thiện các tính trạng chính ảnh hưởng đến năng suất và khả năng miễn dịch với mầm bệnh. Công nghệ này sẽ giúp cải thiện khả năng phục hồi của thực vật trong điều kiện biến đổi khí hậu”.

Để thử nghiệm xây dựng hệ thống tiến hóa có kiểm soát, Mahfouz và các đồng nghiệp đã sử dụng kết hợp đột biến đích và chọn lọc nhân tạo trong cây lúa, Oryza sativa. Họ đã tận dụng ưu điểm của công cụ chỉnh sửa gen được gọi là CRISPR để phá vỡ DNA tại hơn 100 điểm trên toàn bộ gen SF3B1, gen này mã hóa một protein liên quan đến quá trình phiên mã các gen khác. Sau khi điều khiển DNA của tế bào lúa theo cách này, các nhà nghiên cứu sau đó đã trồng cây giống đột biến với sự hiện diện của herboxidiene, một loại thuốc diệt cỏ thường nhắm vào protein SF3B1 để ức chế sự phát triển và tăng trưởng của cây.

Chiến lược này cuối cùng đã mang lại hơn 20 loại lúa mới với các đột biến tạo ra tính kháng đối với herboxidiene ở nhiều mức độ khác nhau. Hợp tác với nhóm của Stefan Arold tại Trung tâm Nghiên cứu Khoa học Sinh học Tính toán KAUST, Mahfouz và các đồng nghiệp sau đó mô tả cơ sở cấu trúc của tính kháng thuốc cho thấy, các đột biến đặc biệt giúp làm mất tính ổn định liên kết của thuốc diệt cỏ với protein SF3B1.

Herboxidiene không được sử dụng rộng rãi trong ngành nông nghiệp, nhưng chiến lược tiến hóa có kiểm soát tương tự có thể được sử dụng để thiết kế cây trồng kháng lại các loại thuốc diệt cỏ phổ biến hơn. Các chất diệt cỏ sau đó sẽ loại bỏ các cây xung quanh không mong muốn trong khi không ảnh hưởng gì đến cây trồng mục tiêu.

Các nhà chọn giống cũng có thể bắt đầu thử nghiệm vài tính trạng ưa thích, Haroon Butt, một nghiên cứu sinh sau tiến sĩ trong phòng thí nghiệm của Mahfouz lưu ý. "Đây là một nghiên cứu nền tảng dựa trên nguyên tắc có khả năng ứng dụng rộng rãi", Butt, tác giả đầu tiên của bài báo phác thảo công nghệ. "Hệ thống của chúng tôi dựa trên học thuyết Darwin và áp lực chọn lọc giúp thực hiện sự phát triển của các biến thể gen và các tính trạng mới mà không có phương pháp nào có thể thực hiện được”.

Trương Thị Tú Anh theo Phys.org