Chỉnh sửa gen tạo giống lúa giàu vi chất, giảm kim loại nặng

Nghiên cứu ứng dụng công nghệ chỉnh sửa gen nhằm nâng cao hàm lượng vi chất dinh dưỡng trong hạt lúa, hướng tới giống lúa an toàn và giàu giá trị dinh dưỡng. Ảnh minh họa.

Trong bối cảnh an ninh lương thực gắn ngày càng chặt với dinh dưỡng và sức khỏe cộng đồng, việc nâng cao chất lượng hạt gạo không chỉ dừng lại ở năng suất mà còn ở hàm lượng vi chất thiết yếu. Thiếu sắt và kẽm vẫn là vấn đề dinh dưỡng phổ biến tại nhiều quốc gia đang phát triển, trong khi nguy cơ tích lũy kim loại nặng như cadmium trong nông sản đặt ra thách thức lớn đối với an toàn thực phẩm. Trước yêu cầu đó, công nghệ sinh học hiện đại, đặc biệt là chỉnh sửa hệ gen, đang mở ra hướng tiếp cận mới trong cải tiến giống cây trồng. Mới đây, TS. Lê Quỳnh Mai và nhóm nghiên cứu của Trường Đại học Khoa học Tự nhiên đã đạt được những kết quả đáng chú ý trong việc cải tiến hàm lượng vi chất dinh dưỡng của giống lúa bằng công nghệ sinh học.

Nhiệm vụ khoa học “Nghiên cứu cải tiến giống lúa về vi chất dinh dưỡng bằng công nghệ sinh học” được triển khai với mục tiêu trọng tâm là nâng cao hàm lượng sắt (Fe), kẽm (Zn) trong hạt lúa, đồng thời giảm khả năng tích lũy cadmium (Cd) - một kim loại nặng có nguy cơ ảnh hưởng xấu đến sức khỏe con người. Đây là hướng nghiên cứu có ý nghĩa thực tiễn cao, vừa đáp ứng yêu cầu cải thiện dinh dưỡng, vừa góp phần nâng cao an toàn thực phẩm.

Để hiện thực hóa mục tiêu này, nhóm nghiên cứu đã tập trung vào việc ứng dụng công nghệ chỉnh sửa hệ gen CRISPR/Cas9 - một trong những công nghệ tiên tiến nhất hiện nay trong chọn tạo giống. Các mục tiêu cụ thể được xác định rõ ràng, bao gồm: thiết kế các cấu trúc CRISPR/Cas9 nhằm điều chỉnh hoạt động của các gen liên quan đến vận chuyển Fe, Zn và Cd trong cây lúa; xây dựng quy trình chỉnh sửa hệ gen phù hợp với đặc tính tái sinh của giống lúa nghiên cứu; và tạo ra các dòng lúa có mức tăng hoặc giảm tối thiểu 10% hàm lượng các khoáng chất mục tiêu so với giống gốc.

Kết quả nghiên cứu cho thấy nhóm đã thiết kế thành công bốn cấu trúc chỉnh sửa hệ gen, đáp ứng các yêu cầu về tính ổn định và khả năng ứng dụng. Trên cơ sở đó, bốn dòng lúa triển vọng gồm R7-33.47, R5-01.59, R5-04.28 và R5-22.21 đã được tạo ra. Các dòng này được ghi nhận có hàm lượng sắt và kẽm tăng lên rõ rệt, đồng thời hàm lượng cadmium giảm, đạt tối thiểu mức mục tiêu đã đề ra. Những kết quả này đã được Viện Khoa học Kỹ thuật Nông lâm nghiệp Miền núi phía Bắc xác nhận thông qua phân tích cấu trúc plasmid và phân tích hàm lượng khoáng chất trong hạt lúa.

Bên cạnh việc tạo dòng lúa chỉnh sửa gen, nhóm nghiên cứu cũng hoàn thành báo cáo đánh giá hàm lượng Fe, Zn và Cd của một số giống lúa phổ biến tại Việt Nam. Báo cáo cung cấp số liệu rõ ràng, có nguồn gốc cụ thể, qua đó tạo cơ sở dữ liệu tham chiếu quan trọng cho các nghiên cứu chọn tạo giống trong tương lai. Đặc biệt, quy trình chỉnh sửa hệ gen được xây dựng trong nhiệm vụ cho thấy tính khả thi cao, với hiệu suất tái sinh cây đạt trên 10%, hiệu suất chuyển gen trên 20% và hiệu suất chỉnh sửa gen trên 10%, đáp ứng đầy đủ các yêu cầu khoa học và kỹ thuật.

Theo đánh giá của nhóm nghiên cứu, nhiệm vụ có tính mới cả về lý luận và thực tiễn khi lần đầu tiên ứng dụng một cách có hệ thống công nghệ chỉnh sửa hệ gen nhằm cải thiện đồng thời vi chất dinh dưỡng và giảm tích lũy kim loại nặng trong giống lúa. Kết quả nghiên cứu không chỉ góp phần nâng cao năng lực làm chủ công nghệ sinh học tiên tiến trong nước mà còn khẳng định tiềm năng ứng dụng của công nghệ chỉnh sửa gen trong chọn tạo giống cây trồng phục vụ mục tiêu phát triển bền vững.

Những kết quả đạt được từ nhiệm vụ nghiên cứu của TS. Lê Quỳnh Mai và cộng sự đã mở ra triển vọng mới trong việc phát triển các giống lúa giàu vi chất, an toàn cho sức khỏe người tiêu dùng. Việc nâng cao hàm lượng sắt và kẽm, đồng thời giảm tích lũy cadmium trong hạt lúa không chỉ góp phần cải thiện chất lượng gạo Việt Nam mà còn hướng tới giải quyết các vấn đề dinh dưỡng và an toàn thực phẩm ở tầm dài hạn. Đây là minh chứng rõ nét cho vai trò của công nghệ sinh học trong nông nghiệp hiện đại, đồng thời tạo nền tảng khoa học quan trọng cho việc nhân rộng, thương mại hóa các giống lúa chất lượng cao trong thời gian tới.