Gien sản sinh ra cholesterol có thể tạo nên khoai tây có hàm lượng độc tố thấp

Gien sản sinh ra cholesterol có thể tạo nên khoai tây có hàm lượng độc tố thấp

Ở nhiều nơi trên thế giới, khoai tây là một thực phẩm phổ biến giàu dinh dưỡng. Tuy nhiên, khoai tây cũng sản sinh ra các chất độc solanine và chaconine để bảo vệ mầm khoai tây khỏi các mối đe dọa tiềm năng như côn trùng và nấm. Những độc tố này được gọi là glycoalkaloids steroidal (SGAs) ở mức độ rất thấp trong các loại củ ăn được, nhưng khi vỏ củ khoai tây có màu xanh lá cây và mọc mầm có thể rất độc và thậm chí gây tử vong cho con người.

Các nhà nghiên cứu dẫn đầu bởi Kazuki Saito thuộc Trung tâm Khoa học RIKEN hiện nay đã xác định được cơ chế tổng hợp SGA trong khoai tây trong một nỗ lực lai tạo nên các cây trồng không sản sinh ra các hợp chất độc hại.

Nhóm của Saito hợp tác với một tập đoàn đa ngành của các nhà nghiên cứu từ khắp Nhật Bản để làm sáng tỏ các quá trình xung quanh sự tổng hợp SGA. Họ bắt đầu bằng cách tìm kiếm các gien khoai tây đóng vai trò tổng hợp cholesterol, được biết đến là một giai đoạn trung gian quan trọng trong quá trình sản xuất SGA. Họ phát hiện ra hai gien là SSR1 và SSR2 mã hóa enzim tương tự như những gien tham gia sản xuất cholesterol ở động vật.

Các phân tích cho thấy, SSR2 là chủ yếu chịu trách nhiệm chuyển đổi các hợp chất tiền thân thành các cholesterol khiến thành phần SGA tăng lên. Việc sử dụng một kỹ thuật ức chế chọn lọc SSR2 sẽ dẫn đến mức SGA thấp hơn đáng kể mà không làm ảnh hưởng đến sinh trưởng của cây. Được khích lệ bởi những kết quả này, Saito và các đồng nghiệp của ông sử dụng biện pháp tùy chỉnh các enzim được gọi là phiên mã kích hoạt (Talens) để chọn lọc tách bỏ gien SSR2 từ hệ gien khoai tây. Các cây khoai tây này có củ có lượng cholesterol suy giảm và lượng SGA thấp hơn 90% so với củ khoai tây bình thường.

Các chức năng sinh học của SGAs chưa được xác định rõ ràng và các nhà khoa học vẫn còn phải xác định liệu sự thay đổi này có thể làm cho cây dễ bị sâu bệnh hay gây ra những tác động tiêu cực khác hay không.

Các phát hiện trong nghiên cứu này có thể mang lại các giá trị khác. Ví dụ, cholesterol là một tiền thân của một loạt các kích thích tố quan trọng và sản xuất cholesterol có kiểm soát có thể hữu ích cho các ứng dụng công nghệ sinh học. Saito cho biết các gien này có thể được sử dụng đưa vào cây trồng hoặc thậm chí vi khuẩn để sản xuất cholesterol và các dẫn xuất của nó.

Sau khi phân lập và nghiên cứu một loại vi khuẩn thuộc chi Micromonospora vào năm 2003, các nhà khoa học đã phát hiện ra rằng vi sinh vật này cải thiện việc sản xuất các loại ngũ cốc. Tuy nhiên, bởi vì nó là một dòng vi khuẩn mới và chỉ có hai phòng thí nghiệm trên thế giới nghiên cứu sự tương tác của các loại đậu và các vi sinh vật, cách thức vi khuẩn này tiếp cận cây trồng hiện vẫn chưa được biết tới.

Một nhà nghiên cứu cho biết: “Những gì chúng ta biết là vi khuẩn này có khả năng thâm nhập vào các mô của cây trồng và thúc đẩy sự tăng trưởng của cây với mức tăng từ 25 đến 35%. Hơn nữa, sinh vật này thuộc nhóm sản sinh ra kháng sinh và các chất khác. Ở đây, chúng tôi phát hiện ra rằng một trong những chủng vi khuẩn này sản sinh ra các phân tử kháng u cục trên cây trồng, vì vậy nó có thể có một ứng dụng công nghệ sinh học quan trọng”.

Nghiên cứu đã mô tả tất cả các loài mới của chi Micromonospora. Các nhà nghiên cứu đặt mục tiêu là cố gắng để hiểu được mối quan hệ giữa vi khuẩn này và thực vật. Do đó, các nhà nghiên cứu đã tiến hành thử nghiệm trong một buồng khí hậu, nơi họ có thể trồng cây với tất cả các chất dinh dưỡng cần thiết để cây phát triển. Tuy nhiên, thông qua việc thêm các vi khuẩn, tốc độ tăng trưởng của cây trồng tăng lên.

Các nhà khoa học vẫn đang nghiên cứu sự tương tác này bởi vì họ chưa hiểu được vi khuẩn xâm nhập vào cây trồng như thế nào. Các nhà khoa học cũng quan sát thấy rằng số lượng nốt sần của cây họ đậu nơi nitơ cần được cố định tăng gần gấp đôi.

Các nhà nghiên cứu đã tiến hành nghiên cứu phân tử để xác định các gien vi khuẩn đóng vai trò quan trọng trong sự tương tác với các cây chủ. Việc xác định trình tự phân tử tiết lộ một bất ngờ lớn: Hầu như 200 gien mã hóa các enzim phá hủy các mô thực vật và thúc đẩy sự phát triển của cây trồng.

Nhà nghiên cứu Trujillo Toledo cho biết, bằng cách cải thiện những hiểu biết về mối quan hệ giữa thực vật và vi sinh vật, loại vi khuẩn này có thể được sử dụng trong tương lai như một chất tăng cường sự tăng trưởng cho cây họ đậu để tăng sản lượng cho nông dân.

Đáng chú ý, nhóm nghiên cứu của Trujillo Toledo đã thu thập khoảng 30 loài cây mẫu khác nhau không chỉ ở Tây Ban Nha mà ở các nước châu Âu khác, Nicaragua và Australia. Ngoài ra, tại Mexico, Trujillo Toledo cũng tìm thấy vi khuẩn Micromonospora trong các cây trồng khác sản sinh ra các nốt sần và cố định đạm như các loại cây đậu.

Các nhà khoa học từ Đại học Laval, Đại học British Columbia và Đại học Oxford đã phát hiện một gien kháng tự nhiên chống lại sâu ăn chồi non ở cây vân sam trắng. Bước đột phá này mở đường cho việc xác định và lựa chọn các cây có đặc tính kháng sâu bệnh tự nhiên để khôi phục các khu rừng bị tàn phá bởi sâu bệnh.

Một nhóm nghiên cứu gồm các giáo sư Éric Bauce, Joerg Bohlmann và John Mackay và các nhà nghiên cứu khác phát hiện ra gien trong cây vân sam đã không bị hư hại khi dịch sâu ăn chồi non bùng phát. Các nhà khoa học đã so sánh bộ gien của cây có sự chống chọt tốt hơn với bộ gien của những cây bị thiệt hại đáng kể. Giáo sư Mackay cho biết: “Chúng tôi đã đo mức độ biểu hiện của gần 24.000 gien ở hai nhóm cây. Chúng tôi phát hiện ra một gien betaglucosidase-1 trong lá kim của cây vân sam có sức kháng lại sâu ăn chồi non cao hơn 1.000 lần so với các cây khác”.

Nhà khoa học Melissa Mageroy sau đó đã tạo nên các protein được mã hóa bởi gien này. Thử nghiệm cho thấy rằng các protein đóng một vai trò thiết yếu trong các phản ứng hóa học dẫn đến việc sản sinh hai hợp chất độc hại với sâu ăn chồi non là piceol và pungenol. Các nhà khoa học khẳng định họ đã phát hiện ra gien sản xuất thuốc trừ sâu tự nhiên trong những tán lá cây.

Gien kháng hiện diện trong tất cả các cây vân sam trắng nhưng được thể hiện ở những mức độ khác nhau. Tác giả nghiên cứu Geneviève Parent cho biết: “Về mặt lý thuyết, chúng ta có thể tạo ra khu vực kháng cự sâu ăn chồi non ở các khu rừng bằng cách trồng cây vân sam trắng có nhiều gien kháng bệnh”. Trong thời gian tới, các nhà nghiên cứu của Đại học Laval và Đại học British Columbia sẽ tiến hành đánh giá các ứng dụng từ những khám phá này.

Sâu ăn chồi non chủ yếu ăn nhựa thơm và lá kim của cây vân sam trắng. Đây là loài côn trùng gây hại nhất đối với cây tùng bách ở Đông Bắc Mỹ. Các đợt bùng phát dịch sâu ăn chồi non diễn ra giữa năm 1970 và 1990 đã gây ra tổn thất ước tính 0,5 tỷ mét khối gỗ ở tỉnh Quebec, gần tương đương với sản lượng thu hoạch gỗ trong 15 năm. Kể từ năm 2003, tổng diện tích rừng bị ảnh hưởng bởi loài sâu này đều tăng lên mỗi năm, ảnh hưởng đến các loại cây hạt trần khác trên khắp Canada.

KỸ THUẬT GÂY TRỒNG MỘT SỐ LOÀI CÂY LÂM SẢN NGOÀI GỖ CHÍNH Ở KHU VỰC MIỀN NÚI PHÍA BẮC

1. 
   Giá trị
   

2. 
   Đặc điểm hình thái và sinh thái
   

+ Tạo gốc ghép:

Tiêu chuẩn gốc ghép: Cây con 12 - 18 tháng tuổi, thân cây thẳng không sâu bệnh. Cây có đường kính gốc >0,8cm (hoặc đoạn thân cách mặt bầu 25 - 30cm có đường kính >0,7cm).

+ Chọn cây mẹ: Chọn những cây trội có chu kỳ sai quả hàng năm ổn định, năng suất cao, có tuổi từ 15 năm trở lên và phải nắm được nguồn gốc xuất xứ của cây định chọn làm cây mẹ.

+ Chọn cành ghép: Cành bánh tẻ và vươn ra ngoài sáng, có đường kính nhỏ hơn hoặc bằng đường kính gốc ghép, sinh trưởng tốt và đặc biệt là không sâu bệnh. Cắt một đoạn cành ghép dài khoảng 15 – 20 cm. Sau đó tỉa hết lá trên cành, chỉ để lại phần cuống lá khoảng 1 – 1,5cm. Chọn những cành bánh tẻ ở tầng cao của tán lá, nơi có nhiều ánh sáng và không sâu bệnh.

Thời vụ ghép tốt nhất là trước mùa sinh trưởng, vào khoảng tháng 2 - 3 tùy theo từng địa phương. Ngoài ra còn có thể ghép vào tháng 8 - 10 khi cây đã thu hái quả và đã ra một đợt chồi mới và chuyển sang dạng bánh tẻ.

Dùng sao ghép cắt ngang gốc ghép, sau đó dùng dao chẻ ngay giữa gốc ghép. Cành ghép được cắt vát nhọn 2 mặt, đặt cành ghép vào chỗ chẻ của gốc ghép, dùng băng nilon chuyên dụng buộc chặt vết ghép để giữ cành ghép được chắc. Sau đó cuốn thêm một lớp mỏng chùm kín lên phía cành ghép giúp cho cành ghép giữ được độ ẩm và ngăn nước mưa hoặc sương làm ôxy hóa các vết cắt, ngăn vi khuẩn hoặc nấm bệnh phát sinh làm chết cành ghép.

+ Chăm sóc cây ghép: Sau khi ghép từ 15 - 20 cần tưới nhẹ tránh làm bung vết ghép. Cành ghép sau 15 - 25 ngày sẽ bắt đầu nẩy chồi. Với những chồi mọc ra từ gốc ghép thì cần chú ý ngắt bỏ đi. Vì chồi ở gốc ghép có sức sinh trưởng rất tốt, nó sẽ hút chất dinh dưỡng và lấn át chồi ở phía trên cành ghép. Sau khi nảy mầm 1.5 - 2 tháng có thể tưới phân để tạo điều kiện cho cây ghép phát triển tốt. Lần đầu nên tưới phân NPK với nồng độ nhỏ 0,5%, sau đó tăng dần. Sau mỗi lần tưới phải tưới rủa lá bằng nước sạch.

3. 
   Kỹ thuật trồng
   

Thiết kế khoảng cách hàng cánh hàng, hố cách hố 6 x 5m hoặc 6x6m, cuốc hố theo đường đồng mức, kích thước hố 60 x 60 x 50cm. Mỗi hố bón lót 5 kg phân chuồng hoai + 0,2kg NPK trộn đều với 1/3 lượng đất trong hố. Nên bón phân và ủ trước khi trồng 15 ngày.

4. 
   Chăm sóc và bảo vệ: Định kỳ phát thực bì, rẫy cỏ quanh gốc, xới vun gốc với đường kinh 1-1.5m. Bón phân vào năm thứ 2 khi vun xới chăm sóc với liều lượng 0,5kg. Phòng trừ sâu bệnh cho cây trồng. Cần chú trọng khâu bảo vệ không cho người và gia súc phá hoại.
   
5. 
   Thu hái, chế biến: Quả tai chua chín từ tháng 7 đến khoảng tháng 9. Chọn quả chín tới có màu vàng xanh hái xuống. Dùng dao thái từng lát mỏng hình tròn, phơi hoặc sấy khô để dùng hoặc bán. Hiện nay giá bán quả tươi từ 3.000 - 4.000đ/kg và lát thái phơi khô 30 - 35.000đ/kg.