Giảm lượng nước tưới bằng đột biến gen

Kỹ thuật này tập trung vào việc tăng cường quang hợp, một quá trình phức tạp ở thực vật dựa vào ánh sáng mặt trời và khí cacbonic để tạo ra chất dinh dưỡng, thúc đẩy sự phát triển của chúng. Từ lâu, chúng ta biết rằng tăng cường quang hợp sẽ đẩy mạnh năng suất trồng trọt nhưng sự phức tạp của quá trình này là trở lực của việc khai thác nó trong quá khứ.

Trong nghiên cứu được công bố trên tạp chí Nature Plants, các nhà khoa học đã sử dụng những thao tác di truyền để làm tăng một loại enzym vốn tồn tại trong cây thuốc lá, đồng thời đưa vào một loại enzym mới từ vi khuẩn lam và một loại protein lấy từ tảo. 

Quan sát những cây thuốc lá được biến đổi gen, nhóm nghiên cứu cho biết, khả năng chuyển đổi năng lượng ánh sáng thành năng lượng hóa học tăng cao đáng kể. Cùng với đó, những cây được cấy ghép cần ít nước tưới hơn, nhưng lại tạo ra năng suất cao hơn.

Dựa trên công trình này, Đại học Essex ở Colchester, Anh hy vọng hoàn thiện hơn nữa kỹ thuật, trước khi phổ rộng chúng ra nhiều loại cây trồng, trước mắt là đậu nành, đỗ và lúa gạo. Nếu có thể tạo ra những giống mới có khả năng thích nghi với điều kiện hạn hán, nó sẽ giảm bớt áp lực mà thế giới đang phải đối mặt với cuộc khủng hoảng khí hậu, cũng như nhu cầu lương thực ngày một tăng.

"Dân số toàn cầu đang tăng lên, đồng nghĩa với việc chúng ta cần trồng nhiều lương thực hơn. Chúng ta cũng nhìn thấy ảnh hưởng của biến đổi khí hậu, tạo ra thời tiết khắc nghiệt hơn.

Nguy cơ hạn hán, vì thế sẽ gia tăng. Tất cả những điều này buộc chúng ta phải sử dụng nước một cách tối ưu. Chúng ta cần nhiều cây trồng hơn trong cùng một diện tích đất và ít nước hơn", Patricia Lopez-Calcagno, một trong số nhóm tác giả của nghiên cứu chia sẻ. 

Christine Raines, giáo sư sinh vật học tại Đại học Essex nói thêm rằng tăng khả năng quang hợp cho cây trồng đang là một trong những hướng nghiên cứu mũi nhọn lúc này. "Đây là quá trình cơ bản nhất trên Trái đất.

Nếu không có quang hợp, chúng ta sẽ không có bất cứ thứ gì. Mọi thực phẩm chúng ta ăn, thực vật và thức ăn cho động vật đều bắt nguồn từ quá trình chính này. Chúng ta cần tìm hiểu kỹ càng về nó, nhưng quá trình này có một lượng lớn các phân tích riêng lẻ", bà nói.

Cách truyền thống được giới nghiên cứu tập trung tăng năng suất là sử dụng kỹ thuật nhân giống cây trồng, nhưng để cho ra hiệu quả như ý cần hàng thập kỷ. Bằng cách đưa vào một gen từ tảo, các nhà nghiên cứu đã đi đường tắt, theo lời Lopez-Calcagno. Bất chấp việc châu Âu vẫn ra lệnh cấm với các cây trồng biến đổi gen, Lopez-Calcagno cho rằng cách thức tiến hành cấy ghép của nhóm nghiên cứu khác hoàn toàn so với liệu pháp thông thường. 

"Không có gì phải lo lắng ở đây", Lopez-Calcagno nhấn mạnh. "Những cây trồng biến đổi gen bị chỉ trích bởi nó liên quan tới việc các tập đoàn lớn tước đoạt quyền của nông dân, và quá lạm dụng thuốc diệt cỏ. Nó không đúng trong nghiên cứu này".

Nhóm nghiên cứu của Đại học Essex bắt đầu công trình từ năm 2013, và nhận tài trợ công khai từ Bộ Phát triển Quốc tế. Bất cứ thành tựu nào của nhóm cũng được cung cấp miễn phí hoặc phi lợi nhuận đến các nước đang phát triển.

Kỹ thuật biến đổi gen ở thực vật và động vật phát triển mạnh trong khoảng 30 năm gần đây. Nhưng tại châu Âu, chỉ có duy nhất một loại ngô biến đổi gen được các nước thành viên Liên minh châu Âu (EU) cho phép trồng và tiêu thụ.

Mọi chuyện bắt đầu từ việc một công ty Mỹ cấy gen chống đóng băng của một loài cá bơn sống gần Bắc Cực ghép vào cà chua để hy vọng tạo ra một giống chống chịu lạnh tốt hơn. Nỗ lực này bất thành và tạo ra tiền đề cho EU ra lệnh cấm từ năm 1999.

Biện pháp của Đại học Essex có ít tác động hơn, khi chỉ liên quan tới một biến thể nhỏ trong vật liệu di truyền. Tảo từ lâu đã được biết là loài quang hợp tốt, cả trong việc thu giữ lẫn sử dụng cacbonic.

Trước đây, một số chất được chiết xuất từ tảo đã được sử dụng trong dược phẩm hoặc phụ gia để giảm lượng khí mêtan từ vật nuôi. Protein tách từ tảo, trong nghiên cứu trên cây thuốc lá, theo nhóm nghiên cứu rất "an toàn", bởi thực vật bậc cao không có đủ các protein cần thiết để kích thích quang hợp.

Hướng đi tương lai của nghiên cứu, sẽ là chỉnh sửa gen từ bên trong của các cây trồng mục tiêu, thay vì ghép gen của một thực vật khác. Đây là hình thức viết lại DNA và về bản chất khác với quá trình chuyển gen hoặc các thao tác di truyền khác.

Giáo sư Christine Raines của Đại học Essex cũng bày tỏ sự tin tưởng với định hướng này, nhưng cho rằng ghép gen là biện pháp "dễ thực hiện" và "cho kết quả sớm" hơn so với chỉnh sửa gen.

Hồi năm ngoái, một nhóm nghiên cứu ở Mỹ tìm ra enzyme có tên RuBisCO, chất làm giảm khả năng quang hợp của cây xanh do nhận nhầm oxy, thay vì cacbonic.

Chính bởi enzyme này, cây trồng tạo ra một sản phẩm phụ độc hại, làm gián đoạn quá trình quang hợp, khiến thực vật trải qua một quá trình tiêu thụ năng lượng gọi là hô hấp sáng để giảm chất độc. 

Để giúp cây trồng quang hợp hiệu quả hơn từ 20 đến 40%, các nhà khoa học đã thiết kế các lộ trình hô hấp sáng ngắn thay thế lộ trình bình thường của cây trồng.

Dù vậy, phát hiện này cũng chưa được nhân rộng bởi với mỗi một loại cây, họ lại phải tính toán lại.

TUẤN ĐỨC/nongnghiep.vn