Nghiên cứu khám phá ra những yếu tố di truyền mới phía sau quá trình quang hợp ở cây ngô

 Nghiên cứu khám phá ra những yếu tố di truyền mới phía sau quá trình quang hợp ở cây ngô

Nguyễn Thị Quỳnh Thuận theo Đại học Cambridge

Các nhà nghiên cứu từ Đại học Cambridge hợp tác với các đồng nghiệp từ Scuola Superiore Sant'Anna ở Pisa và Đại học Essex đã xác định các yếu tố di truyền mới có thể ảnh hưởng đến hiệu quả quang hợp ở cây ngô. 

Nghiên cứu này đưa ra một cách tiếp cận mới có giá trị để cải thiện năng suất ở các loại cây trồng như ngô, là một trong những loại cây ngũ cốc quan trọng nhất thế giới. Trong trường hợp của ngô, ngay cả sự gia tăng tối thiểu về năng suất cũng có thể có tác động đáng kể đến an ninh lương thực toàn cầu.

Quang hợp là quá trình mà thực vật sử dụng năng lượng mặt trời để sản xuất chất dinh dưỡng cho sự phát triển của chúng. Tăng hiệu quả của cơ chế này có nghĩa là làm cho cây trồng của chúng ta năng suất hơn và do đó tăng năng suất của chúng. 

Nghiên cứu sử dụng các phương pháp tiếp cận từ di truyền học, hệ gen học và sinh học phân tử để chứng minh rằng có sự đa dạng di truyền trong giống ngô mà chúng ta trồng và điều này có thể dẫn đến những thay đổi đáng kể về cách cây trồng có thể sử dụng năng lượng từ mặt trời. 

Cụ thể, nghiên cứu đã xác định các biến thể di truyền có trong một số loại ngô từ vùng ôn đới làm hạn chế đáng kể khả năng quang hợp của chúng.

Những phát hiện này có thể đặc biệt hữu ích cho việc cải thiện sản xuất ở những vùng có khí hậu mát mẻ hơn như Vương quốc Anh và Bắc Âu, nơi diện tích đất trồng ngô đã tăng đáng kể trong những thập kỷ gần đây và có khả năng sẽ tiếp tục tăng.

Nghiên cứu được công bố trên tạp chí The Plant Cell vào ngày 24 tháng 4 năm 2025. 

Nghiên cứu này là một phần của dự án lớn của châu Âu mang tên CAPITALISE, nghiên cứu về biến thể di truyền tự nhiên trong quá trình quang hợp ở ngô, lúa mạch và cà chua để tạo ra các loại cây trồng có năng suất cao hơn.

Một khu vực chín muồi để khám phá

Ý tưởng đằng sau nghiên cứu này là tìm hiểu và tối ưu hóa các quá trình điều chỉnh việc "bật và tắt" một số thành phần của bộ máy quang hợp. 

Tiến sỹ Johannes Kromdijk, trưởng nhóm Sinh lý học thực vật môi trường tại Đại học Cambridge và là tác giả chính của bài báo giải thích: "Cho đến nay vẫn có quan điểm cho rằng quang hợp không thay đổi nhiều giữa các loài. Dự án này đang thách thức quan điểm đó. Hiện chúng tôi đang tìm thấy sự thay đổi tự nhiên trong các đặc điểm quang hợp ở cà chua, lúa mạch và trong trường hợp này là ngô".

Tiến sỹ Kromdijk cho biết: "Các yếu tố năng suất khác đã được khám phá và không có khả năng mang lại những cải thiện lớn như vậy. Vì vậy, hiệu quả quang hợp là một lĩnh vực chín muồi để khám phá".

Kết quả nghiên cứu đóng góp đáng kể vào việc xác định mục tiêu cải tiến di truyền ngô, mở ra triển vọng mới về tác động và tính bền vững trong canh tác.

Điều chỉnh quá trình quang hợp để tăng năng suất cây trồng

Đồng tác giả đầu tiên của nghiên cứu, tiến sỹ John Ferguson, Phó giáo sư tại Đại học Essex và trước đây là nhà nghiên cứu Sau tiến sĩ tại nhóm Sinh lý học thực vật môi trường ở Cambridge, ông cho biết: “Điều quan trọng là chúng ta phải bắt đầu hiểu được di truyền học điều chỉnh quá trình quang hợp ở cây trồng. Điều này sẽ cho phép chúng ta tinh chỉnh quá trình quang hợp và cải thiện năng suất cây trồng”.

“Trong nghiên cứu này, chúng tôi đã sử dụng sự kết hợp giữa hệ gen học và các phép đo đặc điểm thông lượng cao để khám phá ra các gen điều chỉnh phản ứng của quá trình quang hợp với ánh sáng động. Điều này rất quan trọng vì trong môi trường đồng ruộng, cây trồng được tiếp xúc với ánh sáng thay đổi”. 

“Chúng tôi phát hiện ra rằng hoạt động của một gen cụ thể (CP24) đóng vai trò trung tâm trong việc điều chỉnh phản ứng của quá trình quang hợp với sự thay đổi ánh sáng. Điều này có ý nghĩa quan trọng đối với việc lai tạo ngô và mang lại cơ hội để thiết kế các chiến lược nhằm tối ưu hóa hiệu quả quang hợp ở ngô”. 

Những phát hiện đặc biệt có liên quan đến việc trồng ngô ở vùng khí hậu mát mẻ

Dự án có sự tham gia của một nhóm các nhà nghiên cứu làm việc trong hơn hai năm để đo lường bộ sưu tập khoảng 300 kiểu gen ngô cụ thể trong một thử nghiệm thực địa tại Niab  , ngoại ô Cambridge. 

Đó là một nỗ lực to lớn. "Bạn đang nói đến 640 lô đất", tiến sỹ Kromdijk nói.

“Đây không phải là môi trường phổ biến nhất mà ngô thường được thử nghiệm. Chúng tôi ở khá xa về phía bắc”, ông nói thêm.

Tiến sỹ Kromdijk giải thích: "Đây có thể là một phát hiện đặc biệt liên quan đến khí hậu ôn đới. Dòng gốc biểu hiện kém CP24 là dòng thường được sử dụng để làm cho cây trồng phù hợp hơn với mùa sinh trưởng ngắn hơn, đó là điều bạn cần ở những vùng khí hậu mát mẻ hơn".

Các bước tiếp theo là xem cách thức hoạt động này trong bối cảnh lai tạo. Ngô trồng trên đồng ruộng thường là giống lai. Vì vậy, thử nghiệm để xem các phát hiện có chuyển đổi được hay không là bước tiếp theo quan trọng.