Chỉnh sửa gen lúa nhằm thu giữ được nhiều carbon hơn

Thực vật vốn là những nhà máy thu giữ carbon tự nhiên, và một chương trình nghiên cứu mới nhằm mục đích làm cho chúng trở nên tốt hơn nữa, bằng cách sử dụng công cụ chỉnh sửa gen (CRISPR).

Tại Viện Sáng tạo Genomics (IGI), một nhóm nghiên cứu ở Berkeley, bang California, được thành lập bởi người đồng sáng lập CRISPR Jennifer Doudna, vừa công bố một chương trình mới sử dụng công cụ chỉnh sửa gen mang tính cách mạng trên thực vật nhằm tăng khả năng lưu trữ carbon của cây trồng. Kế hoạch của chương trình sẽ kéo dài ba năm và được tài trợ một khoản kinh phí trợ 11 triệu USD từ nguồn tiện nguyện của Quỹ Mark Zuckerberg và Priscilla Chan.

Nghiên cứu này là một phần trong nỗ lực của các nhà khoa học, để tìm cách hấp thu khí nhiều hơn carbon dioxide trong khí quyển nhằm làm chậm đà gia tăng của biến đổi khí hậu. Theo các chuyên gia, việc nâng cao khả năng hấp thụ carbon dioxide tự nhiên của thực vật, nếu được thực hiện ở quy mô đủ lớn, có thể giúp đẩy nền nhiệt độ đỉnh cao xuống trong một thế giới đang ngày một nóng lên. 

Trong khi nhiều nơi đang nỗ lực tìm cách thu giữ carbon thông qua hoạt đồng trồng cây gây rừng, thì nghiên cứu của IGI đang tập trung vào các loại cây nông nghiệp. Brad Ringeisen, giám đốc điều hành của IGI cho biết, phương pháp này chủ yếu là vấn đề thời gian.

Đối với các loại cây trồng có thể có tuổi thọ lâu năm cho phép chúng “khóa carbon” trong nhiều thập kỷ hoặc thậm chí hàng thế kỷ, tuy nhiên hầu hết các loại cây trồng nông nghiệp đều có chu kỳ sinh trưởng và phát triển nhanh hơn, cho phép các nhà nghiên cứu đẩy nhanh quá trình thử nghiệm này.

Ông Ringeisen cho biết, một trong những mục tiêu chính của IGI là điều chỉnh quá trình quang hợp để thực vật có thể phát triển nhanh hơn. Bằng cách thay đổi các enzym liên quan, các nhà nghiên cứu có thể loại bỏ các phản ứng phụ tiêu hao năng lượng, bao gồm một số phản ứng thực sự giải phóng carbon dioxide.

Nhưng quang hợp mới chỉ là một nửa câu chuyện, bởi vì carbon trong thực vật thường quay trở lại không khí sau khi thực vật bị vi khuẩn trong đất, động vật hoặc con người tiêu thụ. Do vậy việc lưu giữ carbon trong đất hoặc tìm các cách khác để lưu trữ, ít nhất cũng quan trọng như cách mà cây trông thu giữ carbon một cách tự nhiên.

Theo các thử nghiệm, cây trồng có hệ thống rễ lớn hơn, sâu hơn có thể giúp lưu trữ nhiều carbon hơn trong đất, bởi vì nếu cây chết và các bộ phận của nó vẫn nằm sâu dưới lòng đất, carbon lưu giữ trong những bộ phận đó sẽ ít có khả năng quay trở lại không khí nhanh hơn bình thường.

Chuyên gia Ringeisen nói, bộ rễ không phải là lựa chọn lưu trữ carbon khả thi duy nhất. Thực vật chỉnh sửa cũng có thể được sử dụng để làm dầu sinh học hoặc than sinh học do nằm sâu dưới lòng đất.

Daniel Voytas, kỹ sư di truyền tại Đại học Minnesota và là thành viên ban cố vấn khoa học của IGI cho biết, việc tối ưu hóa thực vật để loại bỏ carbon vẫn sẽ là một thách thức. Theo ông Voytas, nhiều tính trạng, đặc điểm mà các nhà nghiên cứu muốn thay đổi ở thực vật bị ảnh hưởng bởi nhiều gen, điều này có thể gây khó khăn cho việc chỉnh sửa một cách chính xác. Và trong khi một số loài thực vật, như thuốc lá và lúa gạo, hai loại cây trồng đã được nghiên cứu rộng rãi đến mức các nhà nghiên cứu hiểu sâu rộng về cách điều chỉnh chúng, thì di truyền của những loài cây trồng khác lại ít được hiểu rõ hơn.

Ông Ringeisen cho biết, hầu hết các nghiên cứu ban đầu của IGI về quang hợp và hệ thống rễ sẽ tập trung vào cây lúa. Đồng thời, viện cũng sẽ làm việc để phát triển các kỹ thuật chỉnh sửa gen tốt hơn cho lúa miến, một loại cây trồng chủ lực mà các nhà nghiên cứu đặc biệt khó khăn trong việc “bẻ khóa” chúng. Nhóm nghiên cứu hy vọng cuối cùng sẽ hiểu và có khả năng thay đổi các vi sinh vật trong đất.

“Điều này không hề dễ, nhưng chúng tôi đang nắm bắt sự phức tạp và hy vọng rằng khi nói đến biến đổi khí hậu, thì thực vật, vi sinh và nông nghiệp thực sự có thể là một phần của giải pháp, chứ không phải là một phần của vấn đề”, ông Ringeisen nói.