Bốn cây không được sửa đổi (trái) phát triển bên
cạnh bốn cây được biến đổi (phải) để vượt qua sự phát quang - một quá trình tốn
kém năng lượng. Các cây biến đổi có thể tái đầu tư năng lượng và tài nguyên của
chúng để tăng năng suất lên 40 phần trăm. Ảnh: Dự án Claire Benjamin / RIPE
Nhà nghiên cứu chính Donald Ort, Giáo sư khoa học
thực vật và khoa học cây trồng tại Viện nghiên cứu khoa học thực vật Đại học
bang Illinois, cho biết: "việc đòi lại thậm chí một phần lượng calo này trên
khắp thế giới sẽ có tác dụng rất lớn trong việc đáp ứng nhu cầu thực phẩm đang
mở rộng nhanh chóng của Thế kỷ 21 - do sự gia tăng dân số và chế độ ăn giàu calo
cao hơn."
Nghiên cứu mang tính bước ngoặt này là một phần của
việc thực hiện tăng hiệu quả quang hợp (RIPE), một dự án nghiên cứu quốc tế về
kỹ thuật trồng trọt nhằm mang lại quang hợp hiệu quả hơn để tăng năng suất lương
thực trên toàn thế giới với sự hỗ trợ từ Quỹ Bill & Melinda Gates, Quỹ nghiên
cứu nông nghiệp và thực phẩm (FFAR) và Bộ Phát triển Quốc tế của Chính phủ Anh (DFID).
Quang hợp sử dụng enzyme Rubisco - protein dồi dào
nhất hành tinh - và năng lượng ánh sáng mặt trời để biến cacbon điôxit và nước
thành đường làm nhiên liệu cho sự phát triển và năng suất của cây. Trải qua hàng
thiên niên kỷ, Rubisco đã trở thành nạn nhân của thành công của chính mình.
Không thể phân biệt một cách đáng tin cậy giữa hai phân tử, Rubisco lấy oxy thay
vì cacbon điôxit khoảng 20% thời gian, dẫn đến một hợp chất độc hại ở thực vật
phải được tái chế thông qua quá trình hấp thụ ánh sáng.
Paul South, một nhà sinh học phân tử, làm việc trong
dự án RIPE tại Illinois, nhận xét: "Nó tiêu tốn cây năng lượng và tài nguyên quý
giá mà nó có thể đã đầu tư vào quang hợp để tạo ra tăng trưởng và năng suất cao
hơn."
Sự hấp thụ ánh sáng thường có một lộ trình phức tạp
thông qua ba khoang trong tế bào thực vật. Các nhà khoa học đã thiết kế các con
đường thay thế để định tuyến lại quá trình này, rút ngắn đáng kể chuyến đi và
tiết kiệm đủ tài nguyên để thúc đẩy tăng trưởng thực vật thêm 40%. Đây là lần
đầu tiên một bản sửa lỗi như thế này được thiết kế đã được thử nghiệm trong điều
kiện nông học trong thế giới thực.
"Giống như Kênh đào Panama là một kỳ công về kỹ
thuật làm tăng hiệu quả thương mại, thì những phím tắt hô hấp này là một kỳ công
trong kỹ thuật của cây, là một phương tiện độc đáo để tăng đáng kể hiệu quả của
quang hợp", Giám đốc RIPE Stephen Long, nhận xét.
Nhóm nghiên cứu đã thiết kế ba tuyến đường thay thế.
Để tối ưu hóa các tuyến mới, họ đã thiết kế các cấu trúc di truyền bằng cách sử
dụng các gen khác nhau, về cơ bản tạo ra một bộ các lộ trình độc đáo. Họ nhấn
mạnh đã thử nghiệm các lộ trình này trong 1.700 cây.
Sau hai năm nghiên cứu thực địa được nhân rộng, họ
phát hiện ra rằng những cây được thiết kế này phát triển nhanh hơn, phát triển
cao hơn và tạo ra sinh khối nhiều hơn khoảng 40%.
Nhóm nghiên cứu đã thử nghiệm các giả thuyết của họ
về thuốc lá: một loại cây lý tưởng cho nghiên cứu cây trồng vì nó dễ sửa đổi và
thử nghiệm hơn so với cây lương thực, nhưng không giống như các mô hình cây khác,
nó phát triển tán lá và có thể được thử nghiệm trên đồng ruộng. Giờ đây, nhóm
nghiên cứu đang áp dụng những phát hiện này để tăng năng suất đậu nành, đậu đũa,
gạo, khoai tây, cà chua và cà tím.
Thanh Vân (ScienceDaily)