Các nhà nghiên cứu tại Trung tâm Khoa học Tài nguyên Bền vững RIKEN (CSRS) ở Nhật Bản đã phát triển một phương pháp cải thiện chất lượng cây trồng mà không cần tạo ra các loại cây biến đổi gen đặc biệt.
Thay vì thay đổi bộ gen thực vật, kỹ thuật mới này dựa vào một loại thuốc xịt đưa các phân tử có hoạt tính sinh học vào tế bào thực vật thông qua lá của chúng.
>> Tham khảo: Chip máy tính nhanh hơn và hiệu quả hơn nhờ germanium.
Công nghệ mới này có thể được sử dụng để giúp cây trồng chống lại sâu bệnh hoặc chống chịu hạn hán tốt hơn – trong thời gian ngắn hơn và ít chi phí hơn so với việc tạo ra các dòng cây trồng biến đổi gen. Nghiên cứu đã được báo cáo trên tạp chí khoa học ACS Nano.
Công nghệ cho phép chúng ta thay đổi trực tiếp bộ gen và tạo ra các sinh vật biến đổi gen (GMO), bao gồm cả thực phẩm biến đổi gen. Tuy nhiên, việc tạo ra cây chuyển gen cần nhiều thời gian, tiền bạc và vẫn chưa nhận được sự ủng hộ rộng rãi của công chúng.
Các nhà nghiên cứu của RIKEN CSRS do Masaki Odahara đứng đầu đã phát triển một loại thực phẩm thay thế cho thực phẩm GM có thể khắc phục những vấn đề này. Ví dụ, thay vì thay đổi bộ gen của cây trồng để nó không biểu hiện một gen cụ thể, thì gen đó có thể bị ức chế bằng cách đưa một hợp chất có hoạt tính sinh học cụ thể vào cây trồng.
>> Tham khảo: Pin mặt trời siêu mỏng hứa hẹn cải thiện hiệu suất vệ tinh.
Trong trường hợp này, hợp chất có hoạt tính sinh học được đưa vào tế bào của cây trồng bằng chất mang có thể xuyên qua thành tế bào của tế bào thực vật.
Mặc dù khái niệm này có thể đơn giản, nhưng việc biến nó thành hiện thực là một thách thức. Odahara nói: “Ngoài việc thiết kế một cách để đưa các phân tử có hoạt tính sinh học vào cây trồng, chúng tôi còn phải xem xét một phương pháp phân phối có thể thực tế đối với cây trồng trong điều kiện nông nghiệp thực tế.”
Nhóm nghiên cứu kết luận rằng phương pháp tốt nhất là phun thuốc có thể được triển khai trên các cánh đồng lớn tương đối dễ dàng.
Nhiều loại hạt nano có thể thâm nhập vào tế bào thực vật. Các nhà nghiên cứu tập trung vào các peptide thâm nhập tế bào (CPP) vì chúng cũng có thể nhắm mục tiêu vào các cấu trúc cụ thể bên trong tế bào thực vật, chẳng hạn như lục lạp.
>> Tham khảo: Cách tiếp cận mới để đánh giá tình trạng sức khỏe của các dòng sông theo mùa.
Thử thách đầu tiên là xác định CPP nào là tốt nhất khi sử dụng bình xịt. Họ gắn thẻ CPP tự nhiên và tổng hợp với màu vàng huỳnh quang, phun chúng lên lá cây và đo lượng huỳnh quang trong lá bằng kính hiển vi quét laze đồng tiêu tại các thời điểm khác nhau.
Sau khi thực hiện quy trình này trong cây Arabidopsis thaliana trong phòng thí nghiệm điển hình, cũng như trong một số loại đậu nành và cà chua, họ đã tìm thấy một số CPP tự nhiên có khả năng xâm nhập vào lớp ngoài của lá và trong một số trường hợp còn sâu hơn.
Các thí nghiệm tiếp theo cho thấy rằng kỹ thuật này hoạt động tốt khi DNA plasmid được gắn vào CPP và phân tích cho thấy rằng các gen được biểu hiện một cách hiệu quả trong lá của cả A. thaliana và đậu tương sau khi được đưa vào tế bào thông qua bình xịt nước.
Các nhà nghiên cứu cũng phát hiện ra rằng bằng cách đưa các phân tử sinh học và cấu trúc nano khác vào dung dịch phun, họ có thể tạm thời tăng số lượng lỗ chân lông trên lá, điều này làm tăng lượng phun mà cây hấp thụ.
Thông thường, năng suất cây trồng có thể được cải thiện bằng cách chèn hoặc loại bỏ gen. Sau khi tạo ra một cây chuyển gen biểu hiện quá mức huỳnh quang màu vàng trong lá, nhóm nghiên cứu đã gắn RNA can thiệp vào biểu hiện protein huỳnh quang vào một CPP.
>> Tham khảo: Việc xóa gen Wt1 tạo ra những thay đổi trong cơ quan sinh sản của chuột.
Như đã hy vọng, phun lên lá biểu hiện phát quang màu vàng im lặng phức tạp này. “Kết quả này rất quan trọng,” Odahara nói, “bởi vì điều quan trọng là bất kỳ giải pháp thay thế nào cho việc chỉnh sửa gen đều có thể đạt được kết quả chức năng tương tự.”
Cuối cùng, các nhà nghiên cứu đã có thể làm im lặng tương tự các gen đặc trưng cho lục lạp khi chúng bao gồm một peptit nhắm mục tiêu lục lạp vào một phức hợp CPP-RNA cụ thể.
Odahara nói: “Ti thể và lục lạp điều chỉnh phần lớn hoạt động trao đổi chất của thực vật. “Nhắm mục tiêu các cấu trúc này bằng các phân tử có hoạt tính sinh học được phân phối qua bình xịt có thể cải thiện hiệu quả các đặc tính chất lượng mong muốn về mặt kinh tế ở cây trồng.
Bước tiếp theo của chúng tôi là cải thiện hiệu quả của hệ thống phân phối. Cuối cùng, chúng tôi hy vọng hệ thống này có thể được sử dụng để bảo vệ cây trồng một cách an toàn khỏi ký sinh trùng hoặc các loài khác yếu tố có hại”.
