Trung Quốc biến đổi gene lúa để tăng năng suất

Protein D1 chủ chốt trong quá trình quang hợp của cây lúa được biến đổi gene trong nhân tế bào chất, giúp tăng năng suất và khả năng chịu nhiệt.

Các nhà khoa học Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Thượng Hải, Trung Quốc đã nghiên cứu và tạo ra một đơn vị chủ chốt trong quá trình quang hợp của cây lúa bằng quá trình biến đổi gene trong tế bào chất. Việc biến đổi gene đơn vị trong cây lúa giúp cây có khả năng chịu nhiệt tốt, nâng cao năng suất.

Lúa biến đổi gene. (Ảnh: Sciencemag).

Trong quá trình nghiên cứu, nhóm nhận thấy khi ánh sáng mặt trời chiếu vào cây lúa, một phức hợp protein có tên là Photosystem II (PSII) kích thích các electron, thúc đẩy các phản ứng quang hợp. Tuy nhiên, nhiệt độ cao có thể ảnh hưởng tới quá trình quang hợp của cây lúa, phá vỡ cấu trúc của một đơn vị protein chủ chốt, được gọi là protein D1. PSII chỉ hoạt động để tạo ra phản ứng quang hợp khi được chèn một đơn vị protein D1 mới. Nếu tăng tốc độ sản xuất thêm protein D1, quá trình quang hợp sẽ được diễn ra thuận lợi.

Thay vì tạo ra protein D1 từ quá trình tổng hợp chất diệp lục, nhóm đã tạo ra D1 bằng biến đổi gene trong tế bào chất với cấu trúc bền chặt, có khả năng chịu nhiệt.

Thử nghiệm với mẫu cây họ cải Arabidopsis thaliana, nhóm chiết xuất gene diệp lục của D1, kết hợp với một đoạn DNA được kích hoạt dưới áp lực nhiệt và đưa vào nhân tế bào. Kết quả cho thấy cây Arabidopsis thaliana có thể chịu được ở nhiệt độ cao 41 độ C trong 8,5 giờ, trong khi loài cây này bình thường gặp nhiệt độ cao đã ngừng quá trình quang hợp và héo dần.

"Trường hợp này có thể áp dụng cho cây lúa. Nếu dưới nhiệt độ bình thường, năng suất cây lúa khi được biến đổi gene tăng 20% so với loại lúa có quá trình quang hợp bình thường", ông Fang Qing Guo, Viện Sinh lý và Sinh thái Thực vật cho biết.

Ánh sáng mặt trời là yếu tố chính trong quang hợp, cây lúa chuyển đổi ánh sáng mặt trời thành đường để phát triển. Khi nhiệt độ mặt trời càng cao, quá trình quang hợp càng dễ mất kiểm soát, một số phản ứng hóa học sẽ tăng tốc hoặc chậm lại, gây ảnh hưởng tới quá trình phát triển của cây. Vì vậy, nghiên cứu này là bước đột phá trong việc tăng hiệu quả quang hợp và năng suất cây trồng trong điều kiện nhiệt độ thường và cao.