Từ cơ bản đến đột phá: làm thế nào đột biến cà chua độc đáo có thể biến đổi nền nông nghiệp bền vững

Trợ lý giáo sư tại BTI Carmen Catalá và nhà nghiên cứu sau tiến sỹ của BTI Philippe Nicolas kiểm tra cà chua trồng trong nhà kính BTI. Nguồn: BTI.

Cà chua là một loại thực phẩm chủ yếu trong chế độ ăn kiêng trên toàn thế giới và là một phần thiết yếu của nền nông nghiệp bền vững. Giờ đây, các nhà khoa học tại Viện Boyce Thompson (BTI) đã báo cáo những hiểu biết sâu sắc về đột biến cà chua đã biết từ lâu, mở ra tiềm năng nâng cao chất lượng quả và khả năng chống chịu với điều kiện bất lợi.

Trưởng nhóm nghiên cứu Carmen Catalá, trợ lý giáo sư tại BTI và Phó Nghiên cứu cấp cao tại Trường Khoa học Thực vật Tích hợp tại Cornell, cho biết: “Điều bắt đầu khi sự tò mò về một đột biến hấp dẫn đã phát triển thành một khám phá có khả năng biến đổi cho nền nông nghiệp bền vững.

Cuộc điều tra, được công bố trên Tạp chí Experimental Botany, đã tập trung vào việc giải mã bí ẩn về một loại cà chua đột biến có tên là "adpressa", được phát hiện lần đầu tiên vào những năm 1950. Đột biến thu hút sự chú ý vì một đặc điểm khác thường: cây adpressa không thể cảm nhận được trọng lực. Những cây này thường mọc gần mặt đất hơn là mọc hướng lên trời; do đó, tên của chúng thể hiện thói quen nằm phẳng (ép sát) vào đất.

Nhóm do Catalá dẫn đầu, bao gồm các nhà nghiên cứu sau tiến sỹ của BTI Philippe Nicolas và Richard Pattison, đã bắt đầu bằng cách phát hiện ra sự thay đổi di truyền chính xác gây ra hiệu ứng hấp dẫn này. Họ phát hiện ra rằng đột biến ngăn chặn quá trình tổng hợp tinh bột, một dạng dự trữ đường.

Nhóm nghiên cứu đã tiến xa hơn, sử dụng đột biến để điều tra các câu hỏi cơ bản về sinh học trái cây. Họ đã phát hiện ra rằng thể đột biến biểu hiện những điều chỉnh lớn về phiên mã và trao đổi chất, bao gồm tăng lượng đường hòa tan và tăng cường tăng trưởng. Đáng ngạc nhiên hơn là việc phát hiện ra khả năng kháng hoàn toàn bệnh thối đầu hoa (BER), một rối loạn sinh lý gây ra sự hư hỏng của màng tế bào trái cây và một vùng khô, đen và trũng ở đáy quả cà chua.

Thường được những người làm vườn và người trồng trọt thương mại chú ý, tỷ lệ mắc bệnh BER rất khó dự đoán nhưng có liên quan trực tiếp đến các bất lợi môi trường như nhiệt độ hoặc tưới nước không đều. BER cũng ảnh hưởng đến các loại trái cây và rau quả khác, bao gồm ớt, bí, dưa chuột và dưa. Mặc dù chứng rối loạn phức tạp này đã được nghiên cứu chuyên sâu, nhưng các cơ chế phát triển BER vẫn chưa được hiểu đầy đủ.

"Những phát hiện của chúng tôi với đột biến adpressa khá hứa hẹn. Trái với suy nghĩ trước đây, việc thiếu tinh bột không làm thay đổi sự phát triển và chín của quả. Trên thực tế, quả adpressa lớn hơn một chút và tích lũy nhiều đường hơn trong quá trình tăng trưởng. Phát hiện đáng chú ý nhất là khả năng chống thối đầu hoa. Những phát hiện này mở ra con đường mới để cải thiện năng suất và chất lượng trái cây, đặc biệt là trong điều kiện môi trường bất lợi", Nicolas lưu ý.

Nhóm nghiên cứu tại BTI đã hợp tác với các nhà khoa học từ Viện Max Planck ở Đức, Instituto de Hortofruticultura Subtropical y Mediterránea "La Mayora" ở Málaga, Tây Ban Nha và Bộ Nông nghiệp Hoa Kỳ. Họ đã cùng nhau sử dụng các công cụ phân tích chuyển hóa và bộ gen tiên tiến để nghiên cứu cách đột biến ảnh hưởng đến sự phát triển của quả.

Nicolas cho biết: "Mối liên hệ phức tạp mà chúng tôi quan sát được giữa quá trình chuyển hóa đường và khả năng chống lại tổn thương tế bào trong các mô trái cây đặc biệt hấp dẫn. Nghiên cứu này cho thấy tiềm năng về kỹ thuật hoặc nhân giống cà chua có thể chịu được các thách thức môi trường tốt hơn".

Nhóm nghiên cứu hiện đang nghiên cứu để tìm hiểu lý do tại sao những đột biến này có khả năng phục hồi trước các bất lợi phi sinh học và mong muốn tìm ra các gen hoặc hợp chất mục tiêu có vai trò thiết yếu trong việc kháng BER.

Catalá cho biết: “Chúng tôi hy vọng khám phá này sẽ dẫn đến những phương pháp mới trong việc tạo ra những cây trồng có khả năng chống lại bệnh thối hoa và các loại thiệt hại khác do điều kiện bất lợi gây ra. Nó không chỉ mang lại lợi ích cho người làm vườn và người trồng trọt thương mại mà còn có tác động đáng kể ở các quốc gia có điều kiện trồng trọt bất lợi, nơi nông dân nghèo không có đủ nguồn lực để bảo vệ cây trồng của họ khỏi những thách thức môi trường như hạn hán".

Đỗ Thị Nhạn theo Phys.org