Công nghệ điều chỉnh gen đồng hồ sinh học tăng năng suất cây trồng

Việc tăng năng suất cây trồng trong những điều kiện khí hậu ngày càng khắc nghiệt như hiện nay phụ thuộc vào một gene duy nhất - gene điều khiển đồng hồ sinh học của thực vật, theo một nghiên cứu mới trên chuyên san của Viện Hàn lâm Khoa Quốc gia Mỹ.

Các nhà khoa học đang tích cực nghiên cứu công nghệ điều chỉnh gen sinh học của cây giúp tăng năng suất. Ảnh minh họa

Theo tin tức từ báo VnExpress, giống như con người, thực vật cũng có “đồng hồ sinh học” riêng, hay còn được gọi là nhịp sinh học. Nhờ sử dụng nhịp sinh học, cây tự thiết lập và xác định thời gian của một ngày, thậm chí ngay cả khi không có ánh sáng mặt trời. Vì vậy nếu có thể tác động lên nhịp sinh học của cây sẽ giúp rút ngắn thời gian cây sinh trưởng, từ đó năng suất cây trồng sẽ tăng lên. 

Trong quá trình nghiên cứu, các nhà nghiên cứu từ khoa Khoa học Thực vật thuộc Đại học Cambridge (Anh) phát hiện ra khả năng tự điều chỉnh nhịp sinh học được cây thực hiện nhờ sử dụng lượng đường do cây tự tổng hợp qua quang hợp. Đây là quá trình chuyển đổi năng lượng mặt trời thành các chất cần thiết cho sự sống và duy trì các chức năng của cây.

Khi nghiên cứu hiệu quả của đường bằng cách giám sát cây trong không khí không có khí CO2 để ức chế quang hợp cũng như trồng và quan sát các cây biến đổi gene, các nhà khoa học nhận thấy quá trình sinh ra đường sẽ điều chỉnh những gene quan trọng chịu trách nhiệm duy trì nhịp điệu 24 giờ của thực vật.

“Nghiên cứu này cho thấy lượng đường trong cây đóng vai trò then chốt trong việc điều chỉnh nhịp sinh học để cây thích ứng với môi trường xung quanh. Ví dụ khi ức chế quang hợp, nhịp sinh học của cây sẽ chậm đi từ hai đến ba giờ”, tiến sỹ Alex Webb, người đứng đầu nghiên cứu, cho biết.

Bên cạnh đó, các nhà khoa học trường Đại học California tại San Diego (Mỹ), cho biết họ đã phát hiện 3 gen ở các loài cây có chức năng điều khiển sự lớn lên của chúng hàng ngày, nếu con người điều khiển được 3 gen này thì sẽ giúp cây lớn lên nhanh hơn trong thời gian ngắn, năng suất thu hoạch cũng sẽ tăng lên.

Sự quan sát quá trình phát triển của cây bắp cải, giống arập có tên khoa học là Arabidopsis thaliana vào ban ngày và ban đêm đã chứng minh rằng “chiếc đồng hồ sinh học” đã điều khiển sự phối hợp giữa 3 chất protid tổng hợp trong tế bào thực vật với sự tham gia của 3 gen, ký hiệu là ELF3, ELF4 và LUX.

Những nghiên cứu tiếp cho thấy 3 chất protid này tạo thành những tổ hợp phân tử với nồng độ cao nhất tập trung vào thời điểm cuối buổi chiều và đầu của ban đêm. Hợp chất này (tạm gọi là “tổ hợp protid buổi chiều”) có nhiệm vụ khoá chức năng của hai dạng protid kích thích sinh trưởng, sinh ra nhờ gen PIF4 và PIF5.

Như vậy, tổ hợp protid hoạt động như một “chiếc phanh hãm” độc đáo sự phát triển của thực vật. Nếu nó “tắt” một trong những gen này, thì chiều dài của thân cây bắt đầu tăng nhanh một cách rõ rệt. Theo các chuyên gia, trong tương lai phát minh này sẽ cho phép tạo ra các loài cây lương thực mới, năng suất cao, thu hoạch sớm để áp dụng đại trà trong nông nghiệp, theo thông tin từ trường Đại học Thái Nguyên.