Là một loại cây trồng có nguồn gốc nhiệt đới, ngô rất nhạy cảm với nền nhiệt thấp. Môi trường lạnh không chỉ làm chậm quá trình sinh trưởng mà còn hạn chế khả năng hấp thụ phốt pho từ đất của rễ, khiến cây ngô phải đối mặt với thách thức kép: "căng thẳng" do khí hậu và thiếu hụt chất dinh dưỡng.
Giải pháp mới giúp cây ngô sinh trưởng mạnh mẽ tại các vùng có nhiệt độ thấp, mở ra hy vọng đảm bảo an ninh lương thực. Ảnh: MH.
Để giải quyết thách thức này, một nhóm nghiên cứu từ Phòng thí nghiệm Trọng điểm Quốc gia về Khả năng Chống chịu Môi trường của Thực vật, thuộc Đại học Nông nghiệp Trung Quốc, gần đây đã khám phá ra một cơ chế phân tử quan trọng, giúp điều phối quá trình thích ứng khí hậu và hấp thụ dinh dưỡng của cây ngô. Các phát hiện này đã được công bố trên tạp chí khoa học Nature hôm 26/2.
Theo đó, các nhà nghiên cứu đã xác định được NLA - một loại enzyme E3 ubiquitin ligase đóng vai trò trung tâm phân tử cốt lõi trong việc điều chỉnh phản ứng chịu lạnh và hấp thụ phốt pho của cây.
Theo Giáo sư Dương Thục Hoa, đồng tác giả của nghiên cứu và là giáo sư tại Đại học Nông nghiệp Trung Quốc, trong tự nhiên, cơ chế này hoạt động giống như một chiếc "bập bênh": khi protein NLA tăng cường khả năng chịu lạnh của cây, nó lại đồng thời ức chế khả năng hấp thụ phốt pho của hệ thống rễ.
Để phá vỡ sự đánh đổi có tính "được cái này, mất cái kia" trong môi trường nhiệt độ thấp, nhóm nghiên cứu đã tái cấu trúc và tạo ra một biến thể mới của protein NLA, thông qua việc áp dụng công nghệ thiết kế protein có sự hỗ trợ của trí tuệ nhân tạo (AI) và công nghệ chỉnh sửa gen.
Cách tiếp cận của họ đã giúp tối ưu hóa thành công và có mục tiêu đối với chức năng của enzyme E3 ligase, từ đó tạo ra một nguồn gen ngô mới vừa có khả năng chịu lạnh mạnh mẽ, lại vừa có hiệu suất sử dụng phốt pho cao.
Tờ Nature nhận định, phương pháp này hoàn toàn có thể nhân rộng để điều chỉnh việc sử dụng hiệu quả các chất dinh dưỡng thiết yếu khác trong đất, chẳng hạn như nitơ. Kết quả nghiên cứu đóng góp cực kỳ quan trọng đối với công tác lai tạo các giống cây trồng mới, giúp chúng có khả năng chống chịu với những biến đổi môi trường phức tạp và khắc nghiệt trong bối cảnh biến đổi khí hậu toàn cầu hiện nay.
