Lúa mì chỉnh sửa gen miễn nhiễm nấm gây bệnh phấn trắng

Một số cây có khả năng tự nhiên chống lại nấm gây bệnh phấn trắng (powdery mildew). Trong những chuyến thám hiểm vào những năm 1940 tới Ethiopia, các nhà khoa học đã phát hiện một số loại lúa mạch địa phương không bị ảnh hưởng bởi loại nấm này. Nhưng chúng và các phiên bản lai tạo sinh trưởng kém và không mẩy hạt. Với nỗ lực bền bỉ, vào những năm 1980, các nhà khoa học đã tạo ra giống lúa mạch có thể kháng nấm khá tốt và vẫn sinh trưởng tương đối mạnh để tạo ra hiệu quả kinh tế. Đây là một bước tiến đáng kể, đã giúp bảo vệ lúa mạch khỏi bệnh phấn trắng trong hàng thập kỷ trở lại đây. Chìa khóa nằm ở một gen, MLO, khi bị đột biến có khả năng nhanh chóng làm dày thành tế bào và tự hủy các tế bào xung quanh khiến cho nấm không còn tế bào sống để lây nhiễm.

Đối với người trồng lúa mì, bệnh phấn trắng là ác mộng: nó làm cây vàng lá và còi cọc, có thể phá hủy tới 40% diện tích ruộng, và là một trong những mầm bệnh gây hại nặng nhất. Nhưng các nhà lai tạo lúa mì đã không thể lặp lại thành tích như với lúa mạch. Ở lúa mì, quy trình lai tạo giúp tạo ra đột biến chống nấm ở MLO đồng thời làm cho cây còi cọc, năng suất giảm 5% - trong nông nghiệp quy mô lớn thiệt hại này là không thể chấp nhận. Nông dân không có động lực trồng các loại cây có năng suất thấp hơn, vì họ có thể dùng thuốc diệt nấm tiêu diệt mầm bệnh.

Giờ đây, các nhà nghiên cứu Trung Quốc đã phát triển một quy trình chỉnh sửa gen lúa mì giúp miễn nhiễm nấm gây bệnh phấn trắng mà không gặp tác dụng phụ về tăng trưởng.

Vài năm trước, Gao Caixia, nhà khoa học thực vật tại Viện Di truyền và sinh học phát triển thuộc Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc, và các đồng nghiệp bắt đầu sử dụng các phương pháp chỉnh sửa gen chính xác, trong đó có CRISPR, để tạo ra cùng một đột biến chống nấm ở gen MLO của lúa mì, thay vì lai tạo và biến đổi gen. Các phương pháp chỉnh sửa gen mới cho phép thực hiện những thay đổi có mục tiêu đối với bộ gen. Thường thì những thay đổi này cũng có thể thực hiện được bằng lai tạo truyền thống, nhưng phải mất thời gian đến vài năm, thay vì vài tháng như chỉnh sửa gen. Hơn nữa, một số quốc gia gần đây đã tạo điều kiện ra thị trường thuận lợi và nhanh chóng hơn nhiều cho cây trồng chỉnh sửa gen so với cây trồng biến đổi gen.

Đúng như mong đợi, lúa mì chỉnh sửa gen của Gao chống lại nấm gây bệnh phấn trắng, nhưng điều ngạc nhiên là cây vẫn phát triển nhanh so với những cây đối chứng không bị chỉnh sửa. Ở khoảng 30 cây trong thí nghiệm, số hạt không có sự khác biệt. “Tôi chắc chắn rằng chúng tôi đã khám phá ra điều gì đó tuyệt vời,” Gao nhớ lại.

Trong các thử nghiệm thực địa nhỏ, các cây chỉnh sửa gen cũng phát triển cao như các loại lúa mì khác.

Tìm hiểu sâu hơn về bộ gen của những cây đã được chỉnh sửa, Gao và các đồng nghiệp phát hiện, việc chỉnh sửa vô tình loại bỏ không chỉ một phần của gen MLO mà còn cả một đoạn DNA lớn trên một nhiễm sắc thể, dẫn đến một gen gần đó được gọi là TMT3 hoạt động mạnh hơn, và đây là nguyên nhân giữ cho cây phát triển bình thường. Gao cho biết gen TMT3 mã hóa cho một loại protein liên quan đến vận chuyển các phân tử đường, nhưng vẫn chưa rõ vì sao hoạt động mạnh của gen này đã khắc phục được tình trạng mất năng suất do đột biến gen MLO gây ra. Dù sao, "tôi vẫn vui mừng về phát hiện đáng ngạc nhiên này," Gao nói.

TMT3 cũng tồn tại trong nhiều loài thực vật khác. Do đó, Gao và các đồng nghiệp muốn thử chỉnh sửa gen dâu tây, ớt và dưa chuột, những loại cây rất dễ bị bệnh phấn trắng. Đến nay, họ đã chỉnh sửa gen bốn giống lúa mì được nông dân Trung Quốc ưa chuộng, và sẽ kiểm tra năng suất các giống này trong các thử nghiệm lớn hơn.

Trước khi nhóm nghiên cứu có thể bán bất kỳ loại lúa mì chỉnh sửa gen nào cho nông dân ở Trung Quốc, các giống lúa mì chỉnh sửa gen mới cần được Bộ Nông nghiệp nước này phê duyệt. Gao lạc quan: Hướng dẫn mới của Bộ về việc phê duyệt cây trồng chỉnh sửa gen tạo ra "một con đường rõ ràng" để thương mại hóa.