Tin Hoạt động >> Nông nghiệp

Gen chịu hạn có thể tăng tốc tiến hoá của cây trồng sử dụng nước hiệu quả

31/12/2017 10:02:18 Xem cỡ chữ Google
Các nhà nghiên cứu tại Phòng thí nghiệm quốc gia Oak Ridge thuộc Bộ Năng lượng Hoa Kỳ đã tìm ra một bộ gen phổ biến cho phép nhiều loại cây trồng chịu hạn sống sót trong điều kiện bán khô hạn, đóng vai trò quan trọng trong lĩnh vực kỹ thuật sinh học và tạo ra các cây trồng dùng để sản xuất năng lượng thích nghi với điều kiện thiếu nước. Nghiên cứu đã được công bố trên tạp chí Nature Communications.

Cây trồng sinh trưởng trong các vùng đất khô hạn là nhờ khí khổng hay lỗ khí khép lại vào ban ngày để giữ nước và mở ra vào ban đêm để hút khí CO2. Hình thức quang hợp này được gọi là trao đổi chất axit crassulacean hay CAM, đã tiến hóa trong hàng triệu năm qua, tạo nên đặc tính tiết kiệm nước cho các cây trồng như Kalanchoë, cây phong lan và cây dứa.

Xiaohan Yang, đồng tác giả nghiên cứu cho rằng: “CAM là cơ chế đã được chứng minh có khả năng làm tăng hiệu quả sử dụng nước ở cây trồng. Từ các yếu tố tạo nên quá trình quang hợp CAM, chúng tôi có thể điều chỉnh sinh học các quá trình trao đổi của cây trồng cần nhiều nước như cây lúa, lúa mì, đậu tương và cây dương để tăng tốc độ thích ứng của chúng với môi trường có nguồn nước hạn chế”.

 

Các nhà khoa học đang nghiên cứu nhiều loại cây trồng chịu hạn để tìm hiểu bí ẩn của quá trình quang hợp CAM. Trong nghiên cứu này, các nhà khoa học đã lập trình bộ gen của Kalanchoë fedtschenkoi, mô hình nghiên cứu bộ gen CAM vì bộ gen tương đối nhỏ và dễ biến đổi di truyền.

Các nhà khoa học đã nghiên cứu và so sánh bộ gen của K. fedtschenkoi, Phalaenopsis equestris (cây phong lan) and Ananas comosus (cây dứa) bằng siêu máy tính Titan của Phòng thí nghiệm quốc gia Oak Ridge. Kết quả là nhóm nghiên cứu đã xác định được 60 gen thể hiện sự tiến hóa hội tụ trong loài CAM, bao gồm sự thay đổi biểu hiện gen hội tụ trong 54 gen vào ban ngày và ban đêm, cũng như sự hội tụ của chuỗi protein trong 6 gen. Cụ thể, nhóm nghiên cứu đã phát hiện ra một biến thể mới của phosphoenolpyruvate carboxylase hay PEPC. PEPC là enzym quan trọng "hoạt động" cố định CO2 để tạo thành axit malic vào ban đêm. Sau đó, axit malic lại được chuyển đổi thành CO2 cho quá trình quang hợp vào ban ngày.

Ông Yang cho rằng: "Những thay đổi hội tụ này trong biểu hiện gen và chuỗi protein có thể được đưa vào trong cây trồng phụ thuộc vào cơ chế quang hợp truyền thống, thúc đẩy quá trình tiến hóa để sử dung nước hiệu quả hơn".

Sản xuất cây trồng tiêu thụ nhiều nước ngọt nhất thế giới. Tài nguyên nước sạch đang thu hẹp do tốc độ đô thị hóa, gia tăng dân số và biến đối khí hậu, đặt ra thách thức đối với các môi trường đang phát triển. Để giải quyết vấn đề này, việc đưa quang hợp CAM vào cây lương thực và cây dùng để sản xuất năng lượng có thể làm giảm sử dụng nước trong nông nghiệp và tăng khả năng phục hồi của cây trồng khi nguồn cung cấp nước ít hơn mong đợi./.

Nguyễn Thanh Sơn

Sở Khoa học và Công nghệ tỉnh Yên Bái

(Theo www.vista.gov.vn)

15oC

Thấp nhất 13°C, cao nhất 17°C. Trời nhiều mây, . Áp suất không khí hPa.
Độ ẩm trung bình %. Tốc độ gió km/h