Các nhà khoa học đến từ phòng thí nghiệm quốc gia Oak Ridge của Bộ Năng lượng đã xác định được một bộ gen chung cho phép các loài thực vật có khả năng chịu hạn sống sót trong điều kiện bán khô hạn có thể đóng một vai trò quan trọng trong công nghệ sinh học và tạo ra cây trồng năng lượng có khả năng chịu được thiếu nước.

Cây trồng phát triển mạnh ở vùng đất khô cằn bằng cách đóng lỗ khí của chúng vào ban ngày để bảo tồn nước và mở lỗ khí vào ban đêm để thu thập CO2. Hình thức quang hợp này, được gọi là quá trình trao đổi acid crassulacean hay CAM, đã phát triển qua hàng triệu năm, tạo thành các đặc tính tiết kiệm nước trong các loài cây như Kalanchoë, lan và dứa.

Các nhà khoa học đang nghiên cứu một loạt các cây chịu hạn để tìm ra bí ẩn của quá trình quang hợp CAM. Trong công trình nghiên cứu này, nhóm nghiên cứu đã giải trình tự bộ gen của Kalanchoë fedtschenkoi, một mô hình thực vật mới cho nghiên cứu về quá trình quang hợp CAM vì hệ gene của nó tương đối nhỏ và có khả năng sửa đổi gen.

Nhóm nghiên cứu đã tìm hiểu và so sánh bộ gen của K. fedtschenkoi, Phalaenopsis equestris (lan) và Ananas comosus (dứa) bằng siêu máy tính Titan của ORNL.

Họ đã xác định được 60 gen thể hiện sự tiến hóa hội tụ ở các loài CAM, bao gồm thay đổi biểu hiện gen vào ban ngày và ban đêm trong 54 gen, cũng như trình tự chuỗi protein trong sáu gen. Cụ thể, nhóm nghiên cứu phát hiện ra một biến thể mới của phosphoenolpyruvate carboxylase, hay còn gọi PEPC. PEPC là enzyme "công nhân" quan trọng chịu trách nhiệm cho việc gắn kết CO2 với axit malic vào ban đêm. Axit malic sau đó được chuyển đổi trở lại thành CO2 để quang hợp vào ban ngày.

Xiaohan Yang, một trong các đồng tác giả nghiên cứu, cho biết: "Những thay đổi hội tụ này trong biểu hiện gien và trình tự protein có thể đưa vào cây trồng quang hợp truyền thống, từ đó đẩy mạnh quá trình phát triển của chúng để chúng sử dụng nước hiệu quả hơn.”

Sử dụng nước thông minh

Sản xuất cây trồng là nơi tiêu thụ nước ngọt lớn nhất thế giới. Nguồn nước sạch đang thu hẹp lại do đô thị hóa, tăng trưởng dân số và thay đổi khí hậu, điều này tạo ra thách thức đối với các môi trường đang phát triển tối ưu.

Để giải quyết vấn đề này, quá trình quang hợp CAM biến đổi đưa vào cây lương thực và cây trồng năng lượng có thể làm giảm việc sử dụng nước trong nông nghiệp và tăng khả năng phục hồi của cây trồng khi nguồn nước ít hơn mong muốn.

Jerry Tuskan, đồng tác giả và là giám đốc điều hành của Trung tâm Đổi mới Năng lượng Sinh học, cho biết: "Nghiên cứu bộ gen của các thực vật sử dụng nước hiệu quả có thể cung cấp hiểu biết sâu hơn về khả năng sử dụng nước hơi mặn của một thực vật và duy trì sự tăng trưởng ở nhiệt độ cao hơn và lượng nước sạch ít hơn. Nếu chúng ta có thể xác định các cơ chế sử dụng nước hiệu quả thì chúng ta có thể di chuyển đặc điểm này sang các cây trồng nông nghiệp, cung cấp nguồn nước không phải là nước uống làm tưới tiêu cho những cây này và tiết kiệm nước sạch để uống."

Thanh Vân - Dostdongnai, theo Eurekalert