Rêu – siêu phẩm dành cho cơn đói

Đây là một trong loài thực vật đơn giản nhất trên hành tinh chúng ta có thể giúp các nhà khoa học tạo nên những vụ mùa chống chọi được với hạn hán khắc nghiệt.

Loài rêu Physcomitrella vẫn còn giữ nguyên vẻ sơ khai của nó, mang những nét tương tự với những loài thực vật đầu tiên xuất hiện trên đất liền vào khoảng 450 triệu năm về trước. Chỉ với một tế bào rất dày, không có rễ hay lá phức tạp, những loài thực vật này phải thích nghi với thời tiết nóng, lạnh và hạn hán khắc nghiệt. Rêu có thể tồn tại được sau khoảng thời gian bị mất nước nghiêm trọng rồi tái sinh khi được tưới nước. Đây có thể là một ứng dụng được tiến hành rộng rãi đối với việc bảo vệ mùa màng ở những vùng hạn hán triền miên khắp thế giới.

Các nhà khoa học đến từ đại học Leeds cùng đồng sự Đức, Nhật và Hoa Kì đã sắp xếp theo thứ tự hệ gen của rêu Physcomitrella – loài không có hoa hay “cấp thấp” đầu tiên được tiến hành. Kết quả được công bố trên số ra mới nhất của tập san Science.

Bào tử Physcomitrella. Đây là một pha lưỡng bội vốn rất hiếm gặp trong suốt vòng đời của rêu. (Ảnh minh hoạ: Đại học Leeds).

Có trong tay trật tự gen của loài rêu này, các nhà khoa học có thể tìm được gen kiểm soát “những mưu mẹo sinh tồn” của nó để rồi ứng dụng cho mùa màng.

Nghiên cứu về Physcomitrella bắt đầu tiến hành tại trường đại học Leeds từ 20 năm trước do giáo sư David Cove đảm nhiệm. Tiến sĩ Andy Cuming đã tiếp nối nghiên cứu này từ giáo sư Cove và được hỗ trợ bởi Biotechnology and Biological Sciences Research Council (tạm dịch là Hội Đồng Nghiên cứu Khoa học Sinh học và Công nghệ Sinh học). Ông cũng là một thành viên trong nhóm nghiên cứu quốc tế về gen.

Tiến sĩ Cuming giải thích: “Nghiên cứu về loài rêu Physcomitrella thực sự rất có ích. Nó vừa là sợi dây kết nối giữa tảo sống trong môi trường nước với thực vật trên cạn, nó lại vừa có những đặc tính quan trọng khiến nó trở nên đặc biệt. Bằng cách sắp xếp trình tự gen, chúng ta có thể tìm được cở sở di truyền rồi áp dụng những kiến thức thu được để cải thiện mùa màng”.

Rêu Physcomitrella có hệ gen “đơn bội” – không phải hệ gen lưỡng bội từ bố mẹ - nên việc xác định đặc điểm nào gắn với gen nào trở nên dễ dàng hơn. Nó còn có thể kết hợp ADN mới vào một vị trí xác định trong hệ gen – trong khi hầu hết các loài thực vật kết hợp ADN mới một cách ngẫu nhiên. Điều này có nghĩa là việc biến đổi hệ gen của loài rêu này dễ dàng kiểm soát hơn so với các loài thực vật khác, từ đó có thể khiến chúng đảm nhiệm vai trò của một “nhà máy xanh” sản xuất dược phẩm.

“Nếu chúng ta khám phá ra cơ chế khiến rêu Physcomitrella kết hợp ADN vào vị trí cố định, chúng ta có thể dời chuyển đặc tính đó sang các loại cây khác, cho phép tiến hành nhiều biến đổi dễ kiểm soát hơn trong hệ gen”, tiến sĩ Cuming nói. “Tuy nhiên, chúng tôi cũng tin chắc rằng có rất nhiều gen ở loài Physcomitrella cũng có thể còn tồn tại ở những loài cây trồng bậc cao, nhưng không còn hoạt động như cũ nữa. Nên thay vì thêm các ADN mới, chúng tôi sẽ kích hoạt những gì sẵn có để tạo nên những phẩm chất mình muốn”.

Công việc sắp xếp trình tự gen được thực hiện tại Viện Joint Genome, Berkeley, California. Các nhà khoa học từ khắp nơi trên thế giới được mời đến đây hàng năm để “thi đua” những khả năng của mình đối với từng gen cụ thể. Rêu Physcometrilla patens đã giành chiến thắng vào năm 2005. Đại học Leeds, đại học Freiburg - Đức, Viện Quốc Gia Sinh Học Cơ Bản - Nhật Bản, đại học Washington tại St Louis, Missouri và đại học California tại Berkely phối hợp thực hiện nghiên cứu này.

Theo tiến sĩ Cuming, “cho đến bây giờ chỉ một số ít gen thực vật có hoa được sắp xếp so với một số lớn gen động vật của nhiều chi loài. Nhưng thông tin từ một hệ gen đa dạng thực sự rất quan trọng trong nghiên cứu khoa học. Để hiểu được hệ gen của loài người, các nhà khoa học phải tìm hiểu gen của rất nhiều loài như ruồi giấm, giun tròn và chuột. Chúng tôi cũng cần một quy mô như thế trong khoa học thực vật – và rêu Physcomitrella chính là một loài lý tưởng để thêm vào danh sách này.”