Vào năm 2050, sự nóng lên toàn cầu có thể làm giảm một phần ba năng suất cây trồng. Các nhà nghiên cứu của UC Riverside đã xác định được một gen có thể giúp tăng tính chịu nhiệt cho cây.
Nhiệt độ ấm hơn báo hiệu cho cây trồng biết rằng mùa hè sắp đến. Dự đoán lượng nước ít có thể làm thực vật ra hoa sớm nhưng sau đó thiếu năng lượng để tạo ra nhiều hạt nên năng suất cây trồng thấp hơn. Đây là một vấn đề nan giải vì dân số thế giới dự kiến sẽ tăng lên 10 tỷ người, với lượng thực phẩm để được tiêu thụ sẽ ít hơn nhiều.
Meng Chen, Giáo sư khoa học thực vật và thực vật học của UCR cho biết: “Chúng tôi cần những loại cây có thể chịu được nhiệt độ nóng hơn, có thời gian ra hoa và thời gian sinh trưởng lâu hơn. Tuy nhiên, để có thể thay đổi phản ứng nhiệt độ của thực vật, trước tiên bạn phải hiểu cách chúng hoạt động. Vì vậy, đó là lý do tại sao việc xác định gen cho phép phản ứng nhiệt này rất quan trọng”.
Công trình mà Chen và các đồng nghiệp về việc phát hiện ra gen cảm ứng nhiệt đã được công bố trên tạp chí Nature Communications. Đây là gen thứ hai mà họ tìm thấy liên quan đến cảm biến nhiệt độ.
Gen đầu tiên – HEMERA, được xác định cách đây hai năm. Sau đó, họ thực hiện một thí nghiệm để xem liệu họ có thể xác định được các gen khác liên quan đến việc kiểm soát quá trình cảm nhận nhiệt độ hay không.
Thông thường, thực vật phản ứng với sự thay đổi thậm chí vài độ của thời tiết. Đối với thí nghiệm này, nhóm nghiên cứu đã bắt đầu với cây Arabidopsis đột biến hoàn toàn không nhạy cảm với nhiệt độ và họ đã thay đổi nó để một lần nữa trở nên tái phản ứng.
Việc kiểm tra gen của cây bị đột biến hai lần này cho thấy gen mới, RCB, mà các sản phẩm của chúng phối hợp chặt chẽ với HEMERA để ổn định chức năng cảm ứng nhiệt. “Nếu bạn loại bỏ một trong hai gen, cây của bạn không còn nhạy cảm với nhiệt độ nữa”, Chen cho biết.
Sự khác biệt lớn về cây con Arabidopsis đột biến trồng ở nhiệt độ 27OC. (Meng Chen/UCR).
Cả gen HEMERA và RCB đều được yêu cầu để điều chỉnh sự phong phú của một nhóm các chất điều hòa gen chính phục vụ nhiều chức năng, phản ứng với nhiệt độ cũng như ánh sáng và chuyển hóa cây xanh. Các protein này được phân phối đến hai phần khác nhau của tế bào thực vật, nhân cũng như các bào quan được gọi là lục lạp.
Trong tương lai, Chen cho biết phòng thí nghiệm của ông sẽ tập trung vào việc tìm hiểu bằng cách nào hai phần tế bào này giao tiếp và hoạt động cùng nhau để cây phát triển, xanh tươi, ra hoa và thực hiện các chức năng khác.
“Khi bạn thay đổi ánh sáng hoặc nhiệt độ, các gen trong cả nhân và lục lạp đều thay đổi biểu hiện của chúng. Chúng tôi nghĩ rằng gen HEMERA và RCB có liên quan đến việc điều phối biểu hiện gen giữa hai ngăn tế bào này”, Chen nói.
Cuối cùng, mục tiêu là có thể thay đổi phản ứng nhiệt độ để đảm bảo tương lai của nguồn cung cấp thực phẩm của chúng ta.
“Chúng tôi rất hào hứng khi tìm thấy gen thứ hai này”, Chen cho biết, “Đó là một phần mới của vấn đề nan giải. Một khi chúng tôi hiểu tất cả hoạt động như thế nào, chúng tôi có thể sửa đổi nó và giúp cây trồng đối phó tốt hơn với biến đổi khí hậu”.
Nguyễn Thị Quỳnh Thuận theo Đại học California, Riverside.
