Skip Ribbon Commands
Skip to main content

Một phát hiện mới của Đại học Tel Aviv đã thành công trong việc trồng và xác định đặc tính của các giống cà chua có hiệu quả sử dụng nước cao hơn mà không ảnh hưởng đến năng suất. Các nhà nghiên cứu sử dụng công nghệ chỉnh sửa gien CRISPR đã có thể trồng cà chua tiêu thụ ít nước hơn mà vẫn giữ được năng suất, chất lượng và hương vị.



Kết quả nghiên cứu đã được công bố trên tạp chí học thuật PNAS.

Các nhà nghiên cứu giải thích rằng trong bối cảnh hiện tượng nóng lên toàn cầu và sự suy giảm nguồn tài nguyên nước ngọt, nhu cầu ngày càng tăng đối với các loại cây trồng nông nghiệp tiêu thụ ít nước hơn mà không ảnh hưởng đến năng suất. Đương nhiên, đồng thời, do cây nông nghiệp sinh trưởng và phát triển dựa vào nước nên việc xác định giống cây trồng phù hợp là điều đặc biệt khó khăn.

Trong một quá trình gọi là thoát hơi nước, thực vật làm bay hơi nước từ lá của chúng. Đồng thời, carbon dioxide xâm nhập vào lá và được đồng hóa thành đường trong quá trình quang hợp, quá trình này cũng diễn ra trong lá.

Hai quá trình này - thoát hơi nước và hấp thu carbon dioxide - xảy ra đồng thời thông qua các lỗ đặc biệt trên bề mặt lá gọi là khí khổng. Khí khổng có thể mở và đóng, đóng vai trò như một cơ chế giúp thực vật điều chỉnh trạng thái nước của chúng. Các nhà nghiên cứu nhấn mạnh rằng trong điều kiện hạn hán, thực vật phản ứng bằng cách đóng khí khổng, do đó làm giảm sự mất nước do thoát hơi nước.

Vấn đề là do sự kết hợp chặt chẽ giữa quá trình thoát hơi nước và sự hấp thụ carbon dioxide, việc đóng khí khổng dẫn đến giảm sự hấp thu carbon dioxide của thực vật. Sự giảm hấp thu carbon dioxide này dẫn đến sự suy giảm sản xuất đường bằng quá trình quang hợp.

Vì thực vật dựa vào lượng đường được tạo ra trong quá trình quang hợp như một nguồn năng lượng quan trọng nên việc giảm quá trình này sẽ ảnh hưởng xấu đến sự phát triển của thực vật. Ở cây trồng, sự suy giảm sản lượng đường quang hợp biểu hiện bằng sự suy giảm cả về số lượng và chất lượng thu hoạch. Ví dụ, ở cà chua, thiệt hại cho cây trồng thể hiện ở việc giảm số lượng quả, trọng lượng và lượng đường trong mỗi quả. Trái cây có hàm lượng đường thấp sẽ kém ngon và ít dinh dưỡng hơn.

Trong nghiên cứu hiện tại, các nhà nghiên cứu đã tạo ra một biến đổi ở cà chua thông qua chỉnh sửa gien bằng phương pháp CRISPR, nhắm mục tiêu vào một gien có tên ROP9. Các protein ROP hoạt động như các công tắc, chuyển đổi giữa trạng thái hoạt động hoặc không hoạt động.

Giáo sư Yalovsky: “Chúng tôi phát hiện ra rằng việc loại bỏ ROP9 bằng công nghệ CRISPR khiến khí khổng đóng một phần. Hiệu ứng này đặc biệt rõ rệt vào giữa trưa, khi tốc độ mất nước của thực vật trong quá trình thoát hơi nước ở mức cao nhất. Ngược lại, vào buổi sáng và buổi chiều, khi tốc độ thoát hơi nước thấp hơn, không có sự khác biệt đáng kể về tốc độ thoát hơi nước giữa cây đối chứng và cây biến đổi gien ROP9. Do khí khổng vẫn mở vào buổi sáng và buổi chiều nên cây có khả năng thoát hơi nước hấp thụ đủ lượng carbon dioxide, ngăn chặn bất kỳ sự suy giảm sản xuất đường nào do quá trình quang hợp ngay cả trong những giờ buổi chiều, khi khí khổng đóng chặt hơn ở thực vật biến đổi gien ROP9.”

Để đánh giá tác động của ROP9 bị suy giảm đối với cây trồng, các nhà nghiên cứu đã tiến hành một thí nghiệm trên diện rộng với hàng trăm cây trồng. Kết quả cho thấy mặc dù cây trồng biến đổi gien ROP9 mất ít nước hơn trong quá trình thoát hơi nước nhưng không có tác động bất lợi đến quá trình quang hợp, số lượng hoặc chất lượng cây trồng (lượng đường trong quả). Hơn nữa, nghiên cứu đã xác định được một cơ chế mới và bất ngờ để điều chỉnh việc mở và đóng khí khổng, liên quan đến mức độ các chất oxy hóa, được gọi là các loại oxy phản ứng, trong khí khổng. Khám phá này còn có ý nghĩa quan trọng đối với kiến thức khoa học cơ bản.

Tiến sĩ Sade: “Có sự tương đồng lớn giữa ROP9 trong cà chua và protein ROP được tìm thấy trong các loại cây trồng khác như hạt tiêu, cà tím và lúa mì. Vì vậy, những khám phá chi tiết trong bài viết của chúng tôi có thể tạo cơ sở cho việc phát triển các loại cây trồng bổ sung với nâng cao hiệu quả sử dụng nước và hiểu biết sâu sắc hơn về cơ chế đằng sau việc đóng và mở khí khổng.”

Nguyễn Minh Thu (Theo sciencedaily)



32736