Tăng 47% sản lượng cây trồng bằng cách đẩy mạnh quá trình quang hô hấp

Các loại cây như đậu tương và lúa mì mất từ 20% - 50% năng lượng để tái chế các hóa chất độc hại sản sinh khi Rubisco, loại enzym phổ biến nhất trên thế giới, khai thác các phân tử oxy thay cho phân tử CO₂. Theo một nghiên cứu mới đứng đầu là các nhà khoa học tại trường Đại học Essex được công bố trên tạp chí Plant Biotechnology, việc kích thích sản sinh protein tự nhiên phổ biến trong lá cây có thể làm tăng khoảng 50% sản lượng của các cây lương thực chủ lực.

Trong nghiên cứu này, các nhà khoa học đã thiết kế một mô hình cây trồng biểu hiện quá mức lượng protein tự nhiên có liên quan đến quá trình tái chế được gọi là quang hô hấp (photorespiration). Qua hai năm thử nghiệm thực địa, kết quả cho thấy tăng lượng H-protein trong lá cây đã làm tăng sản lượng cây trồng từ 27%-47%. Tuy nhiên, sự gia tăng của H-protein lại làm chậm quá trình sinh trưởng và trao đổi chất của cây trồng, dẫn đến cây trồng 4 tuần tuổi chỉ phát triển bằng một nửa kích thước của cây trồng cùng loại nhưng không bị biến đổi.

Patricia Lopez-Calcagno, đồng tác giả nghiên cứu cho rằng: "Các nhà khoa học thực vật thường sử dụng các chất kích thích khiến cho protein biểu hiện ở mức cao trong toàn bộ cây trồng. Nhưng với H-protein, chúng tôi đã chứng minh được rằng không phải lúc nào cũng áp dụng phương pháp này cho những cây trồng khác, nên cần điều chỉnh những thay đổi protein phù hợp trong các mô cụ thể".

Các nghiên cứu trước đây đã làm tăng hàm lượng H-protein trong cây Arabidopsis, loại cây mô hình nhỏ được sử dụng trong các thí nghiệm tại lab. Đây là lần đầu tiên H-protein được đánh giá ở cây trồng trong các điều kiện phát triển thực tế. Nhóm nghiên cứu đã sử dụng cây thuốc lá, thường được sử dụng cho thí nghiệm về sinh học thực vật vì nó rất dễ dàng được biến đổi gen và có thể nhanh chóng được trồng và thử nghiệm ở ngoài trời. Khi biến đổi di truyền này được chứng minh có hiệu quả ở cây thuốc lá, thì phương pháp tương tự sẽ được áp dụng cho cây lương thực cần thiết để nuôi sống dân số đang gia tăng.

Paul South, đồng tác giả nghiên cứu cho biết: "Thực tế là khi nhiệt độ theo mùa tiếp tục tăng, sản lượng cây trồng chịu ảnh hưởng của quang hô hấp cũng sẽ tăng lên. Nếu chúng ta có thể đưa phát hiện này sang áp dụng cho các cây lương thực, chúng ta có thể cung cấp cho người nông dân những cây trồng khỏe mạnh cho sản lượng lương thực cao cho dù nhiệt độ tăng".

Tiếp theo, nhóm nghiên cứu dự kiến tăng mức protein tự nhiên này trong cây đậu tương, đậu đen và cây sắn, loại cây trồng nhiệt đới nuôi sống hơn 1 tỷ người trên khắp thế giới. Mục tiêu của nghiên cứu là tăng sản lượng và cơ hội cho nông dân trên toàn thế giới, đặc biệt là nông dân sản xuất trên quy mô nhỏ ở châu Phi cận Sahara và Đông Nam Á.

N.T.T-NASATI (Theo Science Daily)