Các nhà khoa học hướng tới phát triển cây trồng chịu hạn bằng kỹ thuật di truyền

Các nhà nghiên cứu đã xác định được nền tảng di truyền của cây chịu hạn, cho phép họ có thể phát triển các loại cây trồng có thể sinh sống, và thậm chí phát triển mạnh trong điều kiện khô

Sản xuất cây trồng là một trong những hoạt động tiêu thụ nước sạch lớn nhất thế giới, và nguồn cung này đang bị đe dọa bởi sự gia tăng dân số và quá trình đô thị hóa trên thế giới. Các cây trồng đòi hỏi ít nước hơn có thể đem lại lợi ích to lớn cho các vùng bán khô cằn trên thế giới, nơi mà sự thất bại của mùa màng có thể là tai họa cho người dân địa phương.

Các cây trồng chịu hạn có cùng cơ chế chuyển hóa axit crassulacean, hay còn gọi là CAM, cho phép chúng tồn tại bất chấp mực nước thấp.

Trong một nghiên cứu mới, được xuất bản trên tạp chí Nature Communications, một nhóm các nhà nghiên cứu đã xác định được bộ gene làm nền tảng cho CAM, đặt nền móng cho kỹ thuật di truyền của cây lương thực trong tương lai.

Tiến sĩ Xiaohan Yang, nhà sinh học thực vật tại Phòng thí nghiệm Quốc gia Oak Ridge của Bộ Năng lượng Mỹ, đồng tác giả của nghiên cứu mới cho biết: "CAM là một cơ chế đã được chứng minh để tăng hiệu quả sử dụng nước trong thực vật”.

CAM về bản chất là một hình thức quang hợp, trong đó các lỗ chân lông trong lá của cây chỉ mở để nhả khí carbon dioxide vào ban đêm.

Trong ngày, khi mặt trời lên, lỗ chân lông vẫn đóng lại để tránh nước thoát qua chúng. Điều này có nghĩa là chúng có khả năng chịu được điều kiện khô tốt hơn.

Ông nói: "Khi chúng ta phát hiện các khối xây dựng tạo nên sự quang hợp CAM, chúng ta sẽ có kỹ thuật sinh học đối với các quá trình trao đổi chất của các cây trồng ưa nước như gạo, lúa mì, đậu nành và cây bạch dương để tăng tốc độ thích ứng với môi trường hạn chế nước.

Tiến sĩ Yang và các cộng tác viên của ông đã xem xét bộ gen của ba loài thực vật sử dụng CAM, bao gồm phong lan và dứa. Khi làm như vậy, họ tìm thấy 60 gen đã phát triển theo cùng một cách trong cả ba loài khác nhau để cung cấp cho chúng sự quang hợp CAM.

Những gen này, là những "khối xây dựng" mà Tiến sĩ Yang đã đề cập đến ở trên, đã phát triển độc lập trong quá trình được gọi là "tiến hóa hội tụ" để tạo ra cơ chế giống nhau ở cả ba loài.

Nhóm nghiên cứu hy vọng rằng với kiến ​​thức về các gen này, họ có thể thiết kế năng lực CAM cho các cây lương thực và năng lượng. Điều này có thể cho phép cây trồng được trồng trong môi trường trước đây không thể, hoặc cung cấp cho chúng khả năng phục hồi cao hơn khi phải đối mặt với khí hậu bất lợi.

Tiến sĩ Yang cho biết: "Những thay đổi hội tụ trong biểu hiện gen và trình tự protein có thể được đưa vào cây trồng dựa vào sự quang hợp truyền thống, đẩy mạnh quá trình tiến hóa của chúng để sử dụng nước hiệu quả hơn”.