Biến ngô thành... lúa
Rất nhiều cây nông nghiệp, trong đó có lúa, sử dụng một loại enzym tên là rubisco để biến đổi cacbon dioxide (CO 2) thành đường chứa 3 nguyên tử cacbon. Quá trình này được gọi là quang hợp kiểu C3. Nhưng ở nhiệt độ trên 25 oC, rubisco sẽ bắt đầu liên kết với oxy thay vì CO 2dẫn đến hiệu suất quang hợp giảm đi đáng kể. Trong quá trình tiến hoá, để tồn tại, một số giống cây ở các vùng khí hậu ấm đã phát triển một hình thức quang hợp khác, gọi là quang hợp C4.
Với hình thức quang hợp này, một số enzym sẽ can thiệp để tập trung CO 2xung quanh rubisco, tạo ra đường với 4 nguyên tử cacbon. Ở những vùng nóng và nhiều ánh sáng mặt trời, cây quang hợp theo kiểu C4 có hiệu suất cao gấp rưỡi cây C3. Năng suất tối đa của một hecta lúa là 8 tấn, trong khi ngô, một loại cây C4 có thể cho thu hoạch 12 tấn/hecta. Cây C4 còn có một ưu điểm khác là cần ít nước tưới và đạm hơn. Điều này đặc biệt phù hợp với những khu vực có nguy cơ cao nhất về an ninh lương thực như Nam Á và châu Phi. Nếu có thể biến lúa và những cây nông nghiệp C3 khác thành cây C4 như ngô thì lợi ích sẽ vô cùng lớn.
Tuy nhiên, công việc này cũng đặt ra những thách thức không nhỏ về mặt kỹ thuật. Cây C4 hấp thụ CO 2trong không khí bằng một dạng tế bào và sử dụng một dạng tế bào khác để biến chúng thành đường, trong khi cây C3 thực hiện cả 2 giai đoạn này ở cùng một nơi. Mặt khác, số lượng cây quang hợp theo kiểu C4 rất phong phú, đa dạng với sự tham gia của 19 họ cây trồng khác nhau.
Mặc dù về cơ bản, cơ chế quang hợp ở tất cả các cây C4 là như nhau, nhưng tuỳ từng loài cây mà quá trình này có thể có những khác biệt. Ví dụ, một số cây C4 hấp thụ CO 2và tổ chức quang hợp trên hai đầu của một tế bào được kéo dài thay vì phân tách 2 giai đoạn này cho 2 dạng tế bào khác nhau. Trong khi đó, một số cây C3 lại có những gen cần thiết cho quá trình quang hợp kiểu C4 nhưng sử dụng chúng theo cách khác. Trên thực tế, sự phân biệt giữa cây quang hợp kiểu C3 và C4 là không hoàn toàn rõ ràng. Một số loài cây thậm chí sử dụng cùng lúc cả hai hình thức quang hợp, một ở lá, một ở thân.
Do tính chất phức tạp của công việc mà các nhà khoa học ở Viện nghiên cứu lúa quốc tế (IRRI) đã chọn nhiều cách thức tiếp cận khác nhau. Tiến sĩ John Sheehy tiến hành sàng lọc hơn 6.000 giống lúa hoang do IRRI thu thập trong nhiều năm qua để tìm xem liệu trong số này có những giống có khuynh hướng sử dụng kiểu quang hợp C4 hay không. Trong khi đó, một số đồng nghiệp của ông lại thử phân lập các gen quyết định những đặc tính sinh hoá khác biệt của cây C4.
Còn vô vàn những khó khăn cần phải vượt qua trước khi các nhà khoa học của IRRI có thể “biến lúa thành ngô” như họ hy vọng. Sẽ cần ít nhất 10 năm hoặc lâu hơn nữa để hoàn tất mọi nghiên cứu còn dở dang. Nhưng thành quả khi đó sẽ vô cùng ngọt ngào: những cánh đồng lúa cho năng suất cao hơn với lượng nước tưới và phân bón phải sử dụng ít hơn nhiều lần. Sau lúa, sẽ đến lượt các loại cây lương thực C3 khác như lúa mì, khoai lang, sắn được biến đổi để có những đặc tính ưu việt của cây C4. Một cuộc cách mạng xanh sẽ bắt đầu, thay đổi cơ bản bộ mặt ngành nông nghiệp thế giới và cứu hàng tỉ người khỏi nguy cơ thiếu đói.
Nguồn: KH&ĐS Số 101 Thứ Hai 18/12/2006
