Thực vật trên khắp thế giới liên tục thực hiện lợi ích cho nhân loại. Thực vật hấp thụ carbon dioxide từ không khí và dưới năng lượn ánh sáng mặt trời, biến CO2 thành vô số hóa chất cần thiết cho cả thực vật và con người.

Một số hóa chất cần thiết này, được gọi là hợp chất thơm, nguyên liệu ban đầu cho nhiều loại thuốc hữu ích, chẳng hạn như aspirin và morphin. Nhưng nhiều loại hóa chất trong số này được chiết xuất nhiên liệu hóa thạch vì rất khó để có thể thu được từ thực vật lượng hóa chất lớn như thu hoạch vụ mùa.

Những chất khác là chất dinh dưỡng thiết yếu của con người và chỉ có thể được lấy qua thức ăn từ thực vật vì cơ thể chúng ta không thể tạo ra chúng.

Trong nghiên cứu mới, các nhà khoa học tại Đại học Wisconsin – Madison Mỹ đã tìm được phương pháp rỡ bỏ hạn chế cho hệ thống sản xuất axit amin thơm của thực vật bằng cách thay đổi hoặc gây đột biến một bộ gene. Sự thay đổi gene làm cho thực vật hấp thụ nhiều hơn 30% carbon dioxide so với thông thường những không có bất kỳ ảnh hưởng xấu nào đến cây trồng.

Các nhà khoa học đã thêm một đặc điểm vào cây trồng hoặc cây sản xuất thuốc, thúc đẩy chúng sản sinh ra nhiều hóa chất hơn một cách tự nhiên đồng thời giảm thiểu khí nhà kính trong khí quyển.

Hiroshi Maeda, GS thực vật học của UW – Madison, chủ nhiệm công trình nghiên cứu cho biết, nhóm nghiên cứu từ lâu đã quan tâm con đường sản xuất axit amin thơm, đây là một trong những con đường chính của thực vật chuyển đổi carbon thông qua quá trình quang hợp chuyển thành thuốc, thực phẩm, nhiên liệu và vật liệu.

Nhóm nghiên cứu đã khám phá ra cách điều chỉnh thực vật để nâng cao sản lượng của quá trình này. Maeda và nghiên cứu sinh sau TS Ryo Yokoyama, Marcos Vinicius Viana de Oliveira công bố phát hiện mới ngày 8/6 trên tạp chí Science Advances .

Thông thường, thực vật kiểm soát chặt chẽ quá trình sản xuất các axit amin thơm bằng phương pháp tổ chức các hệ thống phanh tự nhiên. Khi thực vật đã sản xuất đủ axit amin cho nhu cầu, toàn bộ hệ thống sẽ ngừng hoạt động.

Những cây đột biến mà nhóm nghiên cứu của GS Maeda phát hiện do sử dụng cây mô hình Arabidopsis, có hệ thống phanh ít nhạy cảm hơn nhiều nhờ đột biến trong một gene, có tên gọi là DHS, kích hoạt quá trình sản xuất các axit amin thơm. Kết quả là thực vật không biết khi nào phải dừng lại và tiếp tục tạo ra các hợp chất hóa học hữu cơ này.

 

Sơ đồ theo dõi kết quả sản xuất hợp chất thơm và hấp thụ khí CO2 của cây Arabidopsis. Ảnh Đại học Wisconsin-Madison

Đồng thời, nhóm nhà khoa học vô cùng ngạc nhiên khi phát hiện được, khi có đột biến gene DHS, thực vật đẩy quá trình quang hợp lên cao tốc, hấp thụ nhiều khí carbon dioxide hơn để cung cấp năng lượng cho sự bùng nổ sản xuất mới này.

Quá trình quang hợp tăng cường nhằm thực hiện 2 vấn đề. Một là cung cấp thêm năng lượng để vận hành quá trình sản xuất, tốn kém về năng lượng. Hai là cung cấp nhiều khối cấu tạo carbon hơn để sản xuất ra các hóa chất thơm đậm đặc năng lượng.

Một số hợp chất đậm đặc năng lượng này, như lignin, tìm đường xâm nhập vào thành tế bào, từ các hợp chất này tế bào thu được nhiên liệu sinh học hữu ích.

Arabidopsis là cây mù tạt nhỏ. Là cây mô hình hữu ích trong phòng thí nghiệm. Sử dụng mô hình này, nhóm nghiên cứu đặt mục tiêu thử nghiệm các đột biến tương tự trên cây trồng, thường hấp thu một lượng lớn carbon dioxide hàng năm hoặc trong các loại thực vật, tạo ra những hóa chất thơm có giá trị.

Theo nhóm nghiên cứu, những hệ thống phanh xác định được rất giống nhau giữa các loài thực vật khác nhau. Việc mở rộng khám phá này cho các loại cây trồng sẽ mở ra nhiều khả năng như làm giàu thực phẩm với các chất dinh dưỡng thiết yếu hoặc tăng cường sản xuất năng lượng sinh học, thu giữ nhiều carbon dioxide từ khí quyển giúp giảm khí nhà kính.