Thực vật biến đổi DNA giúp chống lại biến đổi khí hậu hiệu quả hơn

Thực vật là một trong những phương pháp tốt nhất để làm giảm lượng khí thải cacbon, chúng thu được hàng tỷ tấn carbon dioxide mỗi năm từ khí quyển thông qua quá trình quang hợp. Khoảng một nửa lượng carbon đó sẽ bám vào rễ và đất, nơi nó có thể tồn tại hàng trăm đến hàng nghìn năm.

Nhưng điều gì sẽ xảy ra nếu chúng ta có thể tạo ra các loại cây và đất có khả năng lưu trữ carbon tốt hơn? Với công nghệ chỉnh sửa gen CRISPR, một công nghệ sinh học phân tử mới mang tính cách mạng cho phép các nhà khoa học thực hiện các chỉnh sửa nhanh chóng và chính xác trên các đoạn mã DNA - nền tảng cho tất cả sự sống.

Một giống cây được biến đổi gen bằng công nghệ CRISPR được nuôi trồng trong các phòng thí nghiệm.

Tháng trước, tại Innovative Genomics Institue (IGI), một tập đoàn nghiên cứu tại khu vực Vịnh San Francisco do người tiên phong của CRISPR Jennifer Doudna thành lập kết hợp với món quà trị giá 11 triệu đô la từ Viện Chan Zuckerberg; một nhóm các nhà di truyền học thực vật, nhà khoa học đất và nhà sinh thái học vi sinh đã tiến hành sử dụng CRISPR để tạo ra các giống cây trồng mới quang hợp hiệu quả hơn và đưa nhiều carbon vào đất hơn, trọng tâm là một giống lúa mới có thể tác khoảng một tỷ tấn cacbon ra khỏi không khí mỗi năm. Các cân nhắc về xã hội, chính sách và đạo đức bổ sung sẽ quyết định xem liệu những cây trồng đó có được nông dân áp dụng rộng rãi hay không. Nhưng các nhà nghiên cứu tin rằng dự án đầy tham vọng của họ đáp ứng được tính cấp bách của cuộc khủng hoảng khí hậu toàn cầu.

Khả năng hấp thụ carbon của thực vật là nhờ các tế bào gọi là lục lạp. Ở đó, năng lượng từ ánh sáng mặt trời được sử dụng để tách các electron khỏi các phân tử nước và thêm chúng vào carbon dioxide, biến nó thành glucose, một loại đường đơn giản. Sau đó, cây sử dụng carbon hữu cơ để phát triển lá, chồi và rễ mới.

Phải mất hàng trăm triệu năm để bộ máy sinh hóa đằng sau quá trình quang hợp phát triển. Nhưng trong những thập kỷ gần đây, các nhà sinh học thực vật đã phát hiện ra rằng quá trình này có hiệu suất khá kém. Ví dụ, khi bên ngoài trời rất nắng, thực vật thường giảm khả năng thu thập các photon ánh sáng. Điều này giúp đảm bảo rằng chúng không sử dụng quá nhiều năng lượng để hấp thụ ánh trong khi các yếu tố khác, như nước và chất dinh dưỡng, được hấp thu đầy đủ.

David Savage, một nhà sinh vật học thực vật tại Đại học California, Berkeley và là thành viên của nhóm nghiên cứu IGI, cho biết thực vật vẫn có thể duy trì khả năng quang hợp ở mức tối đa và biến ánh sáng mặt trời thành carbon dự trữ nếu con người đảm bảo chúng được tưới tiêu và bón phân đầy đủ.

Trong nhiều năm, các nhà nghiên cứu đã cố gắng cải thiện quá trình quang hợp bằng cách sử dụng kỹ thuật di truyền truyền thống - đưa các đoạn DNA từ vi khuẩn hoặc thực vật khác, với các đặc điểm mong muốn vào các gen mã hóa protein thu nhận ánh sáng và các bộ phận hóa sinh khác. Ngược lại CRISPR giống với một chiếc kéo phân tử mà các nhà khoa học sử dụng để cắt và dán bất kì các bộ DNA nào mà không cần phải sử dụng tới các đoạn mã di truyền ngoại lai. Nhanh hơn và chính xác hơn so với các phương pháp tiếp cận công nghệ gen trước đây, CRISPR mở ra cánh cửa dẫn đến những bước đột phá nhanh chóng.

Lúa biến đổi gen được trồng rộng rãi và phổ biến có thể giúp chống lại biến đổi khí hậu (ảnh minh họa).

Savage và các đồng nghiệp của ông sử dụng CRISPR để thực hiện hàng triệu chỉnh sửa gen nhỏ cho cây lúa, một loại cây trồng tương đối dễ thao tác về mặt di truyền, một phần vì nó đã được nghiên cứu kỹ lưỡng về kỹ thuật di truyền trong quá khứ. Sau đó, các nhà nghiên cứu sẽ sàng lọc các tế bào để tìm các đột biến có thể làm cho quá trình quang hợp hiệu quả hơn. Cuối cùng, họ sẽ lấy các dòng tế bào hứa hẹn nhất và trồng các cây lúa thực tế để xem các chỉnh sửa của chúng hoạt động như thế nào. Dựa trên những ước tính thì điều này có thể giúp tăng khoảng 30% hiệu quả từ quá trình quang hợp.

Cuối cùng, các nhà nghiên cứu dự định sẽ tiến hành thử nghiệm trên nhiều cánh đồng để đưa hạt giống lúa đã được CRISPR chỉnh sửa vào tay nông dân trong vòng 10 năm. Giám đốc Tác động Công cộng của IGI, Melinda Kleigman cho rằng lý tưởng nhất là nhóm sẽ có thể cung cấp cho nông dân những hạt giống không chỉ tăng cường khả năng hấp thụ cacbon mà còn mang lại những lợi ích bổ sung, chẳng hạn như tăng năng suất hoặc cải thiện độ phì nhiêu của đất. Tuy vậy, việc thu hút nông dân sử dụng chúng sẽ không dễ dàng. Họ muốn thấy những thứ thực sự được kiểm tra kỹ lưỡng và giảm thiểu rủi ro trước khi trồng chúng trên đất của họ, chưa kể, các nông dân thường khá cảnh giác với các cây trồng được biến đổi gen. Mặc dù cây trồng được biến đổi gen bởi CRISPR không được coi là GMO - nhãn hãn chế với các sản phẩm mang gen ngoại lai, việc công chúng chấp nhận sử dụng loại gạo này sẽ mất nhiều thời gian.

Theo Tạp chí Điện tử