Nhóm nhà khoa học Conicet phát hiện đột phá giúp tăng năng suất trồng cà chua

Một nhóm nghiên cứu của Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas (Conicet) tại Argentina đã ghi nhận một bước đột phá quan trọng trong sản xuất cà chua khi xác định được một loại protein đóng vai trò là “công tắc sinh học” giúp cây phát hiện bóng râm từ cây gần đó và điều chỉnh sự phát triển để tối ưu hóa việc hấp thụ ánh sáng. Kết quả nghiên cứu đã được đăng trên tạp chí Plant Physiology and Biochemistry, đánh dấu bước tiến lớn trong việc phát triển các giống cây trồng có hiệu quả và năng suất cao hơn.

Trong điều kiện trồng với mật độ cao, các cây cà chua thường cạnh tranh ánh sáng mặt trời. Khi nhận biết bị che bóng, cây sẽ kích hoạt các cơ chế tăng trưởng chiều cao nhằm tiếp nhận nhiều quang năng hơn, điều kiện thiết yếu cho quá trình quang hợp. Protein SlBBX20 đã được xác định là nhân tố thiết yếu trong việc điều khiển quá trình này.

Trưởng nhóm nghiên cứu Javier Botto từ Viện Nghiên cứu Sinh lý và Sinh thái Gắn liền với Nông nghiệp (IFEVA, CONICET-UBA) nhấn mạnh tầm quan trọng của phát hiện này: "Kết quả nghiên cứu chứng minh protein này là nhân tố quan trọng giúp cây tối ưu hóa việc hấp thụ ánh sáng cho quang hợp và điều chỉnh năng suất theo bóng râm". Nghiên cứu này còn có sự tham gia của các nhà khoa học từ Khoa Nông học Đại học Buenos Aires, Viện Thực vật học thí nghiệm Đại học Palacký (Cộng hòa Séc) và Viện Khoa học Sinh học Đại học São Paulo (Brazil).

Phát hiện này không chỉ đóng góp kiến thức về sinh học thực vật mà còn có ứng dụng thực tiễn trong nông nghiệp. Javier Botto cho biết nghiên cứu đã xác định gen SlBBX20 điều chỉnh các hormone tăng trưởng và quang hợp, ảnh hưởng đến năng suất của cây cà chua. Ông nhận định đây là tiềm năng khai thác gen này làm mục tiêu phân tử để phát triển các giống cà chua và cây trồng khác có năng suất cao và hiệu quả hơn.

Nhóm nghiên cứu đã tiến hành thử nghiệm trên cây cà chua được biến đổi gen không thể sản xuất protein SlBBX20 để hiểu rõ chức năng của gen này. Kết quả cho thấy các cây thiếu protein mất hầu hết khả năng tăng trưởng chiều cao khi bị bóng râm, làm giảm khả năng hấp thu ánh sáng.

Theo Mariano Mejía, kỹ sư nông nghiệp và tác giả chính của nghiên cứu, cây không có protein này cũng giảm tần suất mở các khí khổng, làm hạn chế lượng CO₂ hấp thu và giảm quang hợp, dẫn đến việc tạo quả ít hơn.

Nghiên cứu cũng chứng minh protein SlBBX20 thúc đẩy sản xuất anthocyanin, sắc tố tự nhiên tạo nên màu tím và xanh lam trên lá, thân và quả, góp phần bảo vệ cây tránh tác hại của bức xạ mặt trời mạnh.

Gabriel Gómez Ocampo, tiến sĩ khoa học nông nghiệp và đồng tác giả nghiên cứu, giải thích protein SlBBX20 tăng cường biểu hiện các gen sản xuất anthocyanin – chất chống oxy hóa tự nhiên như kem chống nắng bảo vệ thực vật khỏi ánh sáng quá cao, giảm tác động tiêu cực của bức xạ lên quá trình quang hợp.

Kết quả là cây thu nhận nhiều ánh sáng hơn, tổng hợp nhiều carbohydrate hỗ trợ sự phát triển, và do đó gia tăng sản lượng cà chua trong điều kiện ánh sáng mạnh và trồng thưa.

Để kiểm chứng, các nhà nghiên cứu đã so sánh cây cà chua hoang dã và cây biến đổi gen không sản xuất SlBBX20 dưới các điều kiện mô phỏng bóng râm, như sử dụng bộ lọc ánh sáng, hệ thống chiếu sáng và mật độ trồng cao trong phòng nuôi cấy và nhà kính. Cây thiếu protein có khả năng thích nghi kém, giảm số lượng khí khổng, hormone auxin và sắc tố bảo vệ, kết quả là giảm quang hợp cùng năng suất và cân nặng quả thấp hơn.

Javier Botto nhấn mạnh tầm quan trọng ứng dụng của phát hiện này trong phát triển cây trồng: "Việc xác định vai trò của gen SlBBX20 mở ra cơ hội phát triển các giống cà chua tận dụng tối đa carbohydrate quang hợp để sản xuất quả nhiều hơn".

Phát hiện trên được kỳ vọng sẽ góp phần tăng năng suất cây trồng trong điều kiện canh tác mật độ cao cũng như cải thiện chất lượng sản phẩm nông nghiệp, đáp ứng yêu cầu phát triển bền vững và kinh tế trong ngành nông nghiệp hiện đại.