Nghiên cứu mới cho thấy kỹ thuật chỉnh sửa ARN có thể giúp tạo ra nhiều mùa vụ hơn, cũng như tăng khả năng chịu hạn của cây trồng.
Trong các thử nghiệm ban đầu, việc bổ sung gene mã hóa cho một loại protein có tên là FTO vào cả cây lúa và cây khoai tây đã làm tăng khả năng sinh trưởng của chúng lên 50% trong các thử nghiệm thực địa. Các cây lớn hơn đáng kể, tạo ra hệ thống rễ dài hơn và có khả năng chịu hạn tốt hơn. Phân tích cũng cho thấy thực vật đã tăng tốc độ quang hợp của chúng.
"Sự thay đổi thực sự rất ấn tượng", Giáo sư Chuan He từ Đại học Chicago của Mỹ, người cùng với Giáo sư Guifang Jia tại Đại học Bắc Kinh của Trung Quốc dẫn đầu nghiên cứu, chia sẻ. "Hơn nữa, nó hoạt động với hầu hết loại cây mà chúng tôi đã thử cho đến nay và đó là một chỉnh sửa rất đơn giản để thực hiện".
Nhóm nghiên cứu hy vọng thực vật biến đổi gene có thể giúp cải thiện hệ sinh thái để chống lại biến đổi khí hậu và các áp lực khác. "Chúng ta dựa vào thực vật cho rất nhiều thứ - từ gỗ, dầu, thực phẩm đến thuốc men - và chỉnh sửa gene mang đến một giải pháp để tăng nguồn nguyên liệu dự trữ mà chúng ta có thể nhận được từ hầu hết các loài thực vật", He nói thêm.
Lúa được bổ sung gene FTO cho khả năng sinh trưởng nhanh và chịu hán tốt. (Ảnh: CC0 Public Domain).
Trong nhiều thập kỷ, các nhà khoa học đã làm việc để thúc đẩy sản xuất cây trồng trong bối cảnh khí hậu ngày càng bất ổn và dân số toàn cầu ngày càng tăng. Tuy nhiên, các quy trình trước đây thường phức tạp và chỉ dẫn đến những thay đổi gia tăng. Nghiên cứu mới rất khác biệt.
Từ năm 2011, phòng thí nghiệm của He đã khám phá ra rằng ARN không chỉ đọc "bản thiết kế" ADN, sau đó tạo ra protein để thực hiện các nhiệm vụ một cách "mù quáng", mà bản thân tế bào cũng có khả năng điều chỉnh một số phần của bản thiết kế. Nó làm như vậy bằng cách đặt các dấu ấn hóa học lên ARN để điều chỉnh loại protein nào được tạo ra cũng như số lượng của chúng.
Nhóm nghiên cứu ngay lập tức nhận ra rằng điều này có ý nghĩa lớn đối với sinh học. Kể từ đó, He cùng các cộng sự trên khắp thế giới đã cố gắng nâng cao hiểu biết của mình về quá trình này và những gì nó ảnh hưởng đến động vật, thực vật và các bệnh khác nhau trên người.
Trong nghiên cứu mới, họ tập trung vào FTO, loại protein đầu tiên được biết đến có tác dụng xóa các dấu ấn hóa học trên ARN. Nó được Jia tìm thấy khi là một nhà nghiên cứu sau tiến sĩ trong nhóm của He tại Đại học Chicago. Các nhà khoa học cho biết, FTO hoạt động trên RNA để ảnh hưởng đến sự phát triển của tế bào ở người và động vật, vì vậy họ đã thử đưa gene của nó vào cây lúa và vô cùng kinh ngạc khi quan sát cây lớn lên.
Trong phòng thí nghiệm, lúa được bổ sung gene mã hóa của FTO phát triển nhanh gấp ba lần thông thường. Khi họ trồng thử trong các cuộc kiểm tra thực tế trên đồng ruộng, cây trồng đã tăng trưởng khối lượng hơn 50% và cho năng suất cao hơn 50%. Chúng mọc rễ dài hơn, quang hợp hiệu quả hơn và có thể chịu được căng thẳng do hạn hán gây ra tốt hơn.
Nhóm nghiên cứu tiếp tục thử nghiệm trên cây khoai tây, loài thực vậy thuộc một họ hoàn toàn khác, và cũng cho kết quả tương tự.
Phải mất nhiều thời gian để He cùng các cộng sự hiểu được điều này xảy ra như thế nào. Các thí nghiệm sâu hơn cho thấy FTO bắt đầu hoạt động sớm trong quá trình phát triển của cây trồng để thúc đẩy tổng lượng sinh khối mà nó tạo ra.
Các nhà khoa học nghĩ rằng FTO kiểm soát một quá trình được gọi là m6A, một biến đổi quan trọng của ARN. Trong trường hợp này, FTO hoạt động bằng cách xóa ARN m6A để ngăn chặn một số tín hiệu báo cho cây trồng chậm lại và giảm tốc độ tăng trưởng. Hãy tưởng tượng một con đường có rất nhiều đèn dừng, nếu che đèn đỏ và chỉ để đèn xanh, phương tiện sẽ di chuyển nhanh hơn. Cây trồng sinh trưởng nhanh đồng nghĩa chúng ta có thể tạo ra nhiều mùa vụ hơn để tăng sản lượng.
Ngoài cây lương thực, phương pháp mới cũng có thể áp dụng đối với các loại cỏ, làm tăng khả năng chịu hạn của chúng để bảo vệ những khu vực thường xuyên bị đe dọa bởi hạn hán. Nó cũng có thể áp dụng trên những cây lớn, giúp chúng chống chịu gió bão tốt hơn bằng cách làm dễ mọc dài và ăn sâu vào lòng đất. "Có rất nhiều ứng dụng tiềm năng", He nhấn mạnh.
Chi tiết nghiên cứu đã được công bố trên tạp chí Nature Biotechnology.