Những bước đi đầu tiên của cây lúa C4 hướng tới hiện thực

 Những bước đi đầu tiên của cây lúa C4 hướng tới hiện thực
Nguyễn Thị Quỳnh Thuận theo Phys.org

Việc thay đổi một cây trồng như cây lúa, từ con đường quang hợp C3 sang con đường quang hợp C4, cần một cách tiếp cận liên ngành và quốc tế. Thực hiện: Carl Davies. Một chương trình hợp tác nghiên cứu dài hạn quốc tế nhằm tạo ra các giống lúa năng suất cao và sử dụng nước hiệu quả, đã chuyển thành công một phần của bộ máy quang hợp từ ngô sang lúa. Tác giả chính, tiến sĩ Maria Ermakova, làm việc tại Đại học Quốc gia Úc (ANU), như một phần của Dự án lúa C4 quốc tế do Đại học Oxford dẫn đầu đã cho biết: “Chúng tôi đã tập hợp 5 gen từ ngô phiên mã cho 5 enzyme trong con đường quang hợp C4 thành một gen duy nhất và chuyển nó vào cây lúa”. Lúa gạo, một trong những loại lương thực chính của thế giới, sử dụng con đường quang hợp C3 kém hiệu quả hơn. Các nhà khoa học dự đoán rằng việc đưa các đặc điểm quang hợp C4 hiệu quả hơn vào cây lúa có thể làm tăng 50% hiệu suất quang hợp, cải thiện hiệu quả sử dụng nitơ và tăng gấp đôi hiệu quả sử dụng nước. "Mặc dù việc giới thiệu tất cả các gen cần thiết để tạo ra cây lúa C4 vẫn còn một chặng đường dài, nhưng đây là bài báo đầu tiên mà chúng tôi tập hợp hóa sinh C4 chức năng trong cây lúa, điều này rất thú vị", tiến sĩ Ermakova, từ Trung tâm ARC xuất sắc cho Quang hợp tịnh tiến (CoETP) cho biết. Với việc sử dụng sinh học tổng hợp, các nhà khoa học có thể đưa một số gen vào cùng một lúc, tạo ra một cây chỉ trong một năm và tạo ra các nguyên mẫu để thiết kế lại "cấu trúc" của chúng rất nhanh chóng, chỉ trong vài tháng. Thông thường, việc sử dụng phương pháp cũ, mỗi lần chỉ chèn một gen duy nhất, có thể mất vài năm. "Đối với tôi, khía cạnh quan trọng nhất của bài báo này là chúng tôi đã làm chủ được công nghệ giúp chúng tôi trong hành trình hướng tới cây lúa C4 và bây giờ chúng tôi có thể chuyển sang giai đoạn tiếp theo với tốc độ nhanh hơn bao giờ hết", Phó Giám đốc của CoETP GS. Susanne von Caemmerer, một trong những đồng tác giả của nghiên cứu này nói. l-r GS. Robert Furbank, TS. Maria Ermakova và TS. Florence Danila. Thực hiện: Natalia Bateman, CoETP.   Sử dụng cùng một loại kỹ thuật mà Hal Hatch đã sử dụng vào năm 1966 trong quá trình phát hiện ra con đường C4, nhóm các nhà nghiên cứu từ Viện Max Planck đã có thể theo dõi CO2 được đánh dấu trên đường đi của nó. "Đây là một kết quả quan trọng khác, vì chúng tôi có thể chứng minh rằng carbon dioxide được cố định bằng cách sử dụng con đường C4. Nói cách khác, chúng tôi đã đạt được biểu hiện gen, nhưng chúng tôi cũng có các enzym tham gia để hoạt động và thực hiện chức năng trong thực vật ở các tế bào phù hợp”, GS. von Caemmerer cho biết. Bà nói: “Mặc dù các cây trồng do chúng tôi sản xuất vẫn chưa hoạt động hiệu quả như C4, nhưng giờ đây chúng tôi biết rằng một phần quang hợp của chúng đang chuyển sang con đường C4”. "Nhóm nghiên cứu bao gồm các nhà khoa học có chuyên môn đa dạng từ việc sử dụng kính hiển vi đến sinh lý học, nhân giống cây trồng và mô hình hóa", Tiến sĩ Florence Danila, người phụ trách bản địa hóa enzyme bằng kỹ thuật hiển vi phân tử tại Nút Dự án lúa C4 ANU, giới thiệu. "Bước tiếp theo của chúng tôi là tập hợp một cấu trúc sử dụng mười sáu gen, vì vậy chúng tôi còn rất nhiều việc phải làm. Đây là những bước đầu tiên khó khăn để đạt được lúa C4. Những kết quả này cho thấy chúng tôi có thể điều khiển toàn bộ con đường trao đổi chất. Những kết quả này cho thấy việc tạo ra cây lúa C4 chức năng là có thể", GS. Furbank nói.