Các nhà khoa học sử dụng kỹ thuật đột biến gene khiến thực vật hấp thụ khí carbon dioxide tăng gấp 2 lần và sản xuất hợp chất thơm cho các hóa chất sinh học giá trị cao.
Thực vật trên khắp thế giới liên tục thực hiện lợi ích cho nhân
loại. Thực vật hấp thụ carbon dioxide từ không khí và dưới năng lượn ánh sáng mặt
trời, biến CO2 thành vô số hóa chất cần thiết cho cả thực vật và con người.
Một số hóa chất cần thiết này, được gọi là hợp chất thơm, nguyên
liệu ban đầu cho nhiều loại thuốc hữu ích, chẳng hạn như aspirin và morphin. Nhưng
nhiều loại hóa chất trong số này được chiết xuất nhiên liệu hóa thạch vì rất
khó để có thể thu được từ thực vật lượng hóa chất lớn như thu hoạch vụ mùa.
Những chất khác là chất dinh dưỡng thiết yếu của con người
và chỉ có thể được lấy qua thức ăn từ thực vật vì cơ thể chúng ta không thể tạo
ra chúng.
Trong nghiên cứu mới, các nhà khoa học tại Đại học Wisconsin
– Madison Mỹ đã tìm được phương pháp rỡ bỏ hạn chế cho hệ thống sản xuất axit
amin thơm của thực vật bằng cách thay đổi hoặc gây đột biến một bộ gene. Sự
thay đổi gene làm cho thực vật hấp thụ nhiều hơn 30% carbon dioxide so với thông
thường những không có bất kỳ ảnh hưởng xấu nào đến cây trồng.
Các nhà khoa học đã thêm một đặc điểm vào cây trồng hoặc cây
sản xuất thuốc, thúc đẩy chúng sản sinh ra nhiều hóa chất hơn một cách tự nhiên
đồng thời giảm thiểu khí nhà kính trong khí quyển.
Hiroshi Maeda, GS thực vật học của UW – Madison, chủ nhiệm
công trình nghiên cứu cho biết, nhóm nghiên cứu từ lâu đã quan tâm con đường sản
xuất axit amin thơm, đây là một trong những con đường chính của thực vật chuyển
đổi carbon thông qua quá trình quang hợp chuyển thành thuốc, thực phẩm, nhiên
liệu và vật liệu.
Nhóm nghiên cứu đã khám phá ra cách điều chỉnh thực vật để
nâng cao sản lượng của quá trình này. Maeda và nghiên cứu sinh sau TS Ryo
Yokoyama, Marcos Vinicius Viana de Oliveira công bố phát hiện mới ngày 8/6 trên
tạp chí Science Advances .
Thông thường, thực vật kiểm soát chặt chẽ quá trình sản xuất
các axit amin thơm bằng phương pháp tổ chức các hệ thống phanh tự nhiên. Khi thực
vật đã sản xuất đủ axit amin cho nhu cầu, toàn bộ hệ thống sẽ ngừng hoạt động.
Những cây đột biến mà nhóm nghiên cứu của GS Maeda phát hiện
do sử dụng cây mô hình Arabidopsis, có hệ thống phanh ít nhạy cảm hơn nhiều nhờ
đột biến trong một gene, có tên gọi là DHS, kích hoạt quá trình sản xuất các
axit amin thơm. Kết quả là thực vật không biết khi nào phải dừng lại và tiếp tục
tạo ra các hợp chất hóa học hữu cơ này.
Sơ đồ theo dõi kết quả sản xuất hợp chất thơm và hấp thụ khí CO2 của cây Arabidopsis. Ảnh Đại học Wisconsin-Madison
Đồng thời, nhóm nhà khoa học vô cùng ngạc nhiên khi phát hiện
được, khi có đột biến gene DHS, thực vật đẩy quá trình quang hợp lên cao tốc, hấp
thụ nhiều khí carbon dioxide hơn để cung cấp năng lượng cho sự bùng nổ sản xuất
mới này.
Quá trình quang hợp tăng cường nhằm thực hiện 2 vấn đề. Một
là cung cấp thêm năng lượng để vận hành quá trình sản xuất, tốn kém về năng lượng.
Hai là cung cấp nhiều khối cấu tạo carbon hơn để sản xuất ra các hóa chất thơm
đậm đặc năng lượng.
Một số hợp chất đậm đặc năng lượng này, như lignin, tìm đường
xâm nhập vào thành tế bào, từ các hợp chất này tế bào thu được nhiên liệu sinh
học hữu ích.
Arabidopsis là cây mù tạt nhỏ. Là cây mô hình hữu ích trong
phòng thí nghiệm. Sử dụng mô hình này, nhóm nghiên cứu đặt mục tiêu thử nghiệm
các đột biến tương tự trên cây trồng, thường hấp thu một lượng lớn carbon
dioxide hàng năm hoặc trong các loại thực vật, tạo ra những hóa chất thơm có
giá trị.
Theo nhóm nghiên cứu, những hệ thống phanh xác định được rất
giống nhau giữa các loài thực vật khác nhau. Việc mở rộng khám phá này cho các
loại cây trồng sẽ mở ra nhiều khả năng như làm giàu thực phẩm với các chất dinh
dưỡng thiết yếu hoặc tăng cường sản xuất năng lượng sinh học, thu giữ nhiều
carbon dioxide từ khí quyển giúp giảm khí nhà kính.