Lân là khoáng chất tự nhiên thiết yếu cho sự tăng trưởng và phát triển của cây trồng và các kho dự trữ lân dành cho lĩnh vực nông nghiệp trên Trái đất dự kiến sẽ cạn kiệt sau 50 đến 100 năm tới. Một phát hiện mới của các nhà nghiên cứu tại Đại học Bang Michigan (MSU) và Viện Khoa học Carnegie đang thay đổi hiểu biết của họ về ngộ độc sắt ở cây trồng do lân thấp gây ra.
Hatem Rouached, phó giáo sư tại Trường Đại học Nông nghiệp và Tài nguyên Thiên nhiên của Đại học Bang Michigan và là thành viên của Viện cây trồng thích ứng (Plant Resilience Institute) cho biết: “Một khi nguồn cung lân của thế giới cạn kiệt, chúng ta không thể sản xuất thêm lân nữa. Lý tưởng nhất là chúng tôi muốn có thể sử dụng ít lân hơn trong đất để trồng cây”.
Cây trồng hút lân từ đất. Khi đất không chứa đủ lân, cây sẽ hút nhiều sắt hơn từ đất, mà chất này trở nên độc hại khi ở mức cao. Nghiên cứu trước đây ủng hộ ý kiến cho rằng ngộ độc sắt khiến rễ cây ngừng phát triển. Giờ đây, lần đầu tiên, các nhà nghiên cứu tại MSU và Viện Khoa học Carnegie đã tìm thấy bằng chứng cho thấy rễ cây ngừng phát triển sớm mà không có bất kỳ bằng chứng nào về sắt. Điều này làm thay đổi cách các nhà nghiên cứu nhìn vào vấn đề này.
“Nếu ngộ độc sắt là nguyên nhân, thì tại sao rễ ngừng phát triển trước khi sắt tích lũy trong rễ”, Seung Yon Rhee, giám đốc sắp tới của Viện cây trồng thích ứng của MSU tại Trường Đại học Khoa học Tự nhiên và là giáo sư của Quỹ Nghiên cứu MSU, hiện đang làm việc tại Viện Khoa học Carnegie đặt câu hỏi. “Chúng tôi biết phải có một cái gì đó khác đang xảy ra”.
Sử dụng các mô hình tính toán để xây dựng mạng lưới điều hòa gen, Rouached, Rhee và nhóm của họ đã phân lập một gen cụ thể gọi là kinase 1 đặc hiệu cho rễ cây Arabidopsis điều chỉnh mục tiêu của phức hợp rapamycin hay TOR, là chất điều hòa phát triển quan trọng ở cây trồng, nấm và động vật. Khi cây bị thiếu lân, gen này sẽ điều chỉnh giảm phức hợp TOR, phức hợp này sẽ gửi tín hiệu đến rễ cây để ngừng phát triển.
Hiển thị kết nối giữa phức hợp TOR và sự phát triển của rễ. Nguồn: Hatem Roauched.
Rhee cho biết: “Đây là lần đầu tiên có người đã liên kết được tín hiệu thiếu lân với TOR kinase trong cây trồng có mạch”.
Các nhà nghiên cứu đã nộp bằng sáng chế cho quy trình này và có kế hoạch khai thác các ứng dụng khác của gen này.
“Chúng tôi tin rằng đây là yếu tố thay đổi cuộc chơi trong lĩnh vực dinh dưỡng khoáng cây trồng”, Rouached nói. “Chúng tôi muốn tạo ra những cây chỉnh sửa gen có rễ tiếp tục phát triển dù mức lân thấp”.
Nghiên cứu được công bố trên tạp chí Current Biology.
Nguyễn Tiến Hải theo Sciencedaily.
