Các nhà nghiên cứu báo cáo rằng thao tác với RNA cho phép cây trồng có năng suất cao hơn đáng kể và tăng khả năng chịu hạn.
Trong các thử nghiệm ban đầu, việc bổ sung gen mã hóa cho một loại protein có tên là FTO vào cả cây lúa và cây khoai tây đã làm tăng năng suất của chúng lên 50% trong các thử nghiệm thực địa.
Các cây phát triển lớn hơn đáng kể, tạo ra hệ thống rễ dài hơn và có khả năng chịu hạn tốt hơn. Phân tích cũng cho thấy rằng thực vật đã tăng tốc độ quang hợp của chúng.
Chuan He, giáo sư hóa học, hóa sinh và sinh học phân tử tại Đại học Chicago, người dẫn đầu nghiên cứu cùng với Guifang Jia, giáo sư tại Đại học Bắc Kinh, cho biết: “Sự thay đổi thực sự rất ấn tượng. Hơn nữa, nó hoạt động với hầu hết mọi loại cây mà chúng tôi đã thử cho đến nay và đó là một sửa đổi rất đơn giản để thực hiện.”
Các nhà nghiên cứu – cùng với các chuyên gia hàng đầu khác – hy vọng về tiềm năng của bước đột phá này, đặc biệt là trong bối cảnh biến đổi khí hậu và các áp lực khác đối với hệ thống cây trồng trên toàn thế giới.
Ông nói: “Điều này thực sự cung cấp khả năng của các nhà máy kỹ thuật để cải thiện hệ sinh thái khi tình trạng ấm lên toàn cầu diễn ra. Chúng tôi dựa vào thực vật cho rất nhiều thứ — mọi thứ từ gỗ, thực phẩm và thuốc, đến hoa và dầu — và điều này có khả năng cung cấp một cách để tăng nguồn nguyên liệu dự trữ mà chúng tôi có thể lấy từ hầu hết các loại thực vật”.
“Đây là một công nghệ rất thú vị và có thể giúp giải quyết các vấn đề đói nghèo và mất an ninh lương thực trên quy mô toàn cầu — và cũng có thể hữu ích trong việc ứng phó với biến đổi khí hậu,” theo lời Michael Kremer, giáo sư kinh tế và Trường Công Harris cho biết Chính sách tại Đại học Chicago và người nhận giải Nobel cho công trình xóa đói giảm nghèo toàn cầu
Tăng năng suất trên các cánh đồng
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. Nhưng các quy trình như vậy thường phức tạp và thường chỉ dẫn đến những thay đổi gia tăng.
Cách khám phá này hoàn toàn khác.
Vào năm 2011, phòng thí nghiệm của He đã mở ra một lĩnh vực nghiên cứu hoàn toàn mới bằng cách khám phá ra chìa khóa dẫn đến một cách khác nhau mà gen được biểu hiện ở động vật có vú.
Nó chỉ ra rằng RNA không chỉ đơn giản đọc bản thiết kế DNA và thực hiện nó một cách mù quáng; bản thân tế bào cũng có thể điều chỉnh những phần nào của bản thiết kế được thể hiện. Nó làm như vậy bằng cách đặt các dấu hiệu hóa học lên RNA để điều chỉnh loại protein nào được tạo ra và số lượng.
Ông và các đồng nghiệp của mình ngay lập tức nhận ra rằng điều này có ý nghĩa lớn đối với sinh học. Kể từ đó, nhóm của ông và những người khác trên khắp thế giới đã cố gắng nâng cao hiểu biết của chúng ta về quá trình này và những gì nó ảnh hưởng đến động vật, thực vật và các bệnh khác nhau ở người. Ví dụ, He là đồng sáng lập của một công ty công nghệ sinh học hiện đang phát triển các loại thuốc chống ung thư mới dựa trên việc nhắm mục tiêu các protein biến đổi RNA.
Cây lớn hơn, nhiều cây hơn
Ông và Guifang Jia, một cựu nghiên cứu sinh sau tiến sĩ của Đại học Chicago và hiện là phó giáo sư tại Đại học Bắc Kinh, bắt đầu tự hỏi làm thế nào nó ảnh hưởng đến sinh học thực vật.
Họ tập trung vào một loại protein gọi là FTO, loại protein đầu tiên được biết đến có tác dụng xóa các dấu vết hóa học trên RNA, mà Jia tìm thấy khi là một nhà nghiên cứu sau tiến sĩ trong nhóm của He tại Đại học Chicago.
Các nhà khoa học biết rằng nó hoạt động trên RNA để ảnh hưởng đến sự phát triển của tế bào ở người và các động vật khác, vì vậy họ đã thử đưa gen của nó vào cây lúa — và sau đó ngạc nhiên quan sát khi cây lớn lên. “Tôi nghĩ ngay lúc đó là lúc tất cả chúng tôi nhận ra rằng chúng tôi đang làm một điều gì đó đặc biệt,” anh ấy nói.
Các cây lúa phát triển gấp ba lần cây lúa trong điều kiện phòng thí nghiệm. Khi họ trồng thử trong các cuộc kiểm tra thực tế trên đồng ruộng, cây trồng đã tăng trưởng khối lượng hơn 50% và năng suất lúa cao hơn 50%. Chúng mọc rễ dài hơn, quang hợp hiệu quả hơn và có thể chịu được căng thẳng do hạn hán tốt hơn.
Các nhà khoa học đã lặp lại các thí nghiệm với cây khoai tây, chúng thuộc một họ hoàn toàn khác. Kết quả là như nhau.
Ông nói: “Điều đó gợi ý một mức độ phổ biến cực kỳ thú vị.
‘Cách tiếp cận hoàn toàn mới’ cho cây trồng
Các nhà khoa học phải mất nhiều thời gian hơn để bắt đầu hiểu điều này đang xảy ra như thế nào. Các thí nghiệm sâu hơn cho thấy FTO bắt đầu hoạt động sớm trong quá trình phát triển của nhà máy, 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, là một biến đổi quan trọng của RNA. Trong trường hợp này, FTO hoạt động bằng cách xóa RNA 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 các nhà khoa học che đèn đỏ và để đèn xanh, ngày càng có nhiều xe ô tô di chuyển trên đường.
Nhìn chung, các cây biến đổi tạo ra nhiều RNA hơn đáng kể so với các cây đối chứng.
Quy trình được mô tả trong bài báo này liên quan đến việc sử dụng gen FTO động vật trong thực vật. Nhưng một khi các nhà khoa học hiểu đầy đủ về cơ chế tăng trưởng này, He cho rằng có thể có nhiều cách khác nhau để có được hiệu quả tương tự.
“Đây là một kiểu tiếp cận hoàn toàn mới, có thể khác với việc chỉnh sửa gen GMO và CRISPR; Kỹ thuật này cho phép chúng tôi ‘lật một công tắc’ trong thực vật ở thời điểm ban đầu trong quá trình phát triển, điều này tiếp tục ảnh hưởng đến sản xuất lương thực của thực vật ngay cả sau khi chúng tôi loại bỏ công tắc, “ông nói.
“Có vẻ như thực vật đã có lớp quy định này, và tất cả những gì chúng tôi làm là khai thác nó. Vì vậy, bước tiếp theo sẽ là khám phá cách làm điều đó bằng cách sử dụng di truyền hiện có của cây. ”
Ông đang làm việc với trường đại học và Trung tâm Khởi nghiệp và Đổi mới Polsky để khám phá các khả năng.
“Các nghiên cứu thực địa ban đầu cho thấy nó có thể được mở rộng. Chúng tôi hy vọng sẽ làm việc với các học viện và ngành công nghiệp để hiểu sâu hơn về sinh học này và áp dụng một cách an toàn và rộng rãi công nghệ mới này, ”ông nói.
He nói: “Ngay cả ngoài lương thực, còn có những hậu quả khác của biến đổi khí hậu. “Có lẽ chúng ta có thể thiết kế các loại cỏ ở những khu vực bị đe dọa có thể chịu được hạn hán. Có lẽ chúng ta có thể dạy một cái cây ở Trung Tây mọc rễ dài hơn, để nó ít bị đổ khi có bão mạnh. Có rất nhiều ứng dụng tiềm năng”
Môn học mạnh về khả năng vận dụng phương pháp để ứng phó với công việc, cuộc sống chính là PHƯƠNG PHÁP LUẬN SÁNG TẠO và ĐỔI MỚI. Đây là chìa khoá để tiếp cận với các nguyên tắc thủ thuật giúp tư duy có nền tảng và định hướng hơn. Tại Trung tâm Sáng tạo Khoa học–kỹ thuật (TSK) thuộc trường Khoa Học Tự Nhiên là một nơi đáng tin cậy để bạn theo học. Bạn có thể điền thông tin tại đây hoặc liên hệ số điện thoại: (028) 38 301 743; 089 668 36 31 để thực hiện đăng ký.
Nguồn: Futurity
