Phát hiện cơ chế quang hợp từ loài thực vật nhỏ bé, mở hướng tăng năng suất cây trồng

Rubisco hoạt động khá chậm và dễ bị nhầm lẫn giữa CO₂ và oxy trong quá trình phản ứng

Các nhà khoa học quốc tế vừa công bố một phát hiện quan trọng có thể thay đổi cách cải thiện năng suất cây trồng. Nghiên cứu tập trung vào một nhóm thực vật cổ xưa gọi là hornwort và cho thấy loài cây nhỏ bé này sở hữu cơ chế sinh học đặc biệt giúp tăng hiệu quả quang hợp. Cơ chế này liên quan trực tiếp đến enzyme Rubisco, loại enzyme đóng vai trò then chốt trong quá trình quang hợp khi hấp thụ CO₂ từ khí quyển để tạo ra năng lượng cho cây. Rubisco được xem là một trong những enzyme quan trọng nhất đối với hệ thống sản xuất lương thực toàn cầu vì gần như toàn bộ carbon trong thực phẩm đều đi qua bước phản ứng này. Tuy nhiên, Rubisco lại hoạt động khá chậm và dễ bị nhầm lẫn giữa CO₂ và oxy trong quá trình phản ứng. Khi gắn nhầm oxy, cây trồng phải tiêu tốn thêm năng lượng để sửa lỗi, khiến hiệu suất quang hợp giảm và làm hạn chế tốc độ sinh trưởng của cây.

Trong nghiên cứu mới, các nhà khoa học phát hiện hornwort có khả năng tập trung Rubisco thành các cụm đặc biệt trong tế bào, giúp enzyme hoạt động hiệu quả hơn trong việc thu nhận CO₂. Nhờ cơ chế này, quá trình quang hợp diễn ra hiệu quả hơn so với nhiều loài thực vật khác. Phát hiện được thực hiện bởi nhóm nghiên cứu thuộc Boyce Thompson Institute, Đại học Cornell và Đại học Edinburgh. Kết quả đã được công bố trên tạp chí khoa học Science, một trong những tạp chí học thuật uy tín hàng đầu thế giới. Theo các nhà khoa học, nếu cơ chế sinh học này có thể được chuyển vào các cây trồng nông nghiệp như lúa, lúa mì hoặc ngô thông qua công nghệ sinh học, hiệu quả quang hợp của cây có thể được cải thiện đáng kể. Điều này đồng nghĩa với khả năng tăng sản lượng nông nghiệp mà không cần mở rộng diện tích đất canh tác.

cơ chế sinh học này có thể được chuyển vào các cây trồng nông nghiệp như lúa, lúa mì hoặc ngô thông qua công nghệ sinh học để tăng hiệu quả quang hợp

Nâng cao hiệu quả quang hợp từ lâu được xem là một trong những giải pháp tiềm năng để đáp ứng nhu cầu lương thực toàn cầu trong bối cảnh dân số tăng nhanh và biến đổi khí hậu ảnh hưởng đến sản xuất nông nghiệp. Các nghiên cứu trước đây cho thấy cải thiện hiệu quả quang hợp chỉ vài % cũng có thể tạo ra mức tăng năng suất đáng kể ở cây trồng quy mô lớn. Ngoài ý nghĩa đối với sản xuất nông nghiệp, phát hiện mới còn giúp các nhà khoa học hiểu rõ hơn cách tiến hóa của hệ thống quang hợp ở thực vật trên cạn. Điều này có thể hỗ trợ việc phát triển các giống cây trồng thích nghi tốt hơn với điều kiện khí hậu thay đổi và môi trường canh tác khắc nghiệt.

Trong tương lai, các nhà nghiên cứu sẽ tiếp tục tìm hiểu cách chuyển cơ chế sinh học từ hornwort sang các cây trồng thương mại. Nếu thành công, đây có thể trở thành một bước tiến quan trọng trong công nghệ sinh học nông nghiệp nhằm tăng năng suất, giảm áp lực sử dụng đất và góp phần đảm bảo an ninh lương thực toàn cầu.