Một gene kiểm soát thời điểm hình thành củ khoai tây cũng đóng vai trò quan trọng trong việc hấp thụ nitơ, giúp giảm nhu cầu phân bón.

Khoai tây, là một trong ba loại thực phẩm được tiêu thụ nhiều nhất trên thế giới, cần một lượng lớn phân bón chứa nitrat để phát triển. Điều này không chỉ tốn kém mà còn gây hại cho môi trường. Tuy nhiên, nghiên cứu mới đây cho thấy cơ chế gene điều chỉnh sự ra hoa và hình thành củ của cây khoai tây cũng quyết định khả năng quản lý nitơ của cây. Kết quả này, được công bố trên tạp chí New Phytologist, có thể dẫn đến việc tạo ra các giống khoai tây cần ít phân bón hơn, tiết kiệm chi phí và giảm tác động tiêu cực đến môi trường.

Khoai tây có nguồn gốc từ dãy Andes - Nam Mỹ, ban đầu chỉ ra củ vào mùa đông để dự trữ dinh dưỡng. Khi được đưa vào châu Âu thế kỷ 16, chúng gặp khó khăn do mùa đông lạnh giá ngăn cản cây phát triển củ lớn trước khi bị chết rét. Một đột biến tự nhiên ở gene StCDF1 đã giúp khoai tây thích nghi, cho phép chúng phát triển củ bất kể mùa và ở khu vực có thời gian ngày ngắn hơn.

Các nhà nghiên cứu nghiên cứu phát hiện gen StCDF1 hoạt động như một công tắc, kích hoạt hoặc tắt một số gen. Maroof Ahmed Shaikh- Nhà sinh học phân tử thực vật tại Trung tâm Nghiên cứu về Hệ gen Nông nghiệp ở Barcelona cho biết: Đặc biệt, gen StCDF1 ngăn chặn enzyme nitrate reductase, một loại enzyme quan trọng trong việc chuyển hóa nitrat để cây sử dụng. Điều này khiến khoai tây tiêu thụ nhiều phân bón hơn so với khả năng hấp thụ.

Để kiểm tra tác động của việc thay đổi gen này có ảnh hưởng đến quá trình hấp thụ nitơ hay không, nhóm nghiên cứu đã trồng khoai tây thiếu StCDF1 trong môi trường ít nitơ; thấp hơn khoảng 400 lần so với đất thông thường. Dù không tạo củ, cây có lá to và rễ dài hơn, thể hiện khả năng hấp thụ nitơ tốt hơn.

Nhóm nghiên cứu giải thích rằng các giống khoai tây bản địa Andes sở hữu phiên bản StCDF1 kém hoạt động hơn, giúp chúng phát triển hiệu quả hơn với ít phân bón. Tuy nhiên, tất cả các giống khoai tây thương mại hiện nay đều mang phiên bản gen hoạt động mạnh hơn, khiến chúng cần lượng phân bón lớn hơn mức cần thiết, dẫn đến ô nhiễm nguồn nước ngầm.

Hiện tại, họ đang lên kế hoạch sử dụng công nghệ chỉnh sửa gen để tăng cường enzyme khử nitrat mà không bị ức chế bởi StCDF1. Ngoài ra, phương pháp lai tạo truyền thống cũng có thể được áp dụng, lai khoai tây trang trại với các giống khoai tây hoang dã hoặc truyền thống có gen khử nitrat tự nhiên đã thay đổi.

Theo Stephan Pollmann, nhà sinh học thực vật tại Trung tâm Công nghệ Sinh học và Genom thực vật ở Madrid, phát hiện này không chỉ có ý nghĩa khoa học mà còn mang giá trị thực tiễn. "Nếu có thể cải thiện khả năng hấp thụ nitrat, cây sẽ dinh dưỡng tốt hơn, dẫn đến củ lớn hơn, đây là bước tiến cực kỳ quan trọng”.

Nguồn: NASATI