Chỉnh sửa gene tạo ra các loài cây không thể tiêu hóa được với côn trùng

Các loài côn trùng ăn tinh bột có thể sẽ thấy các loại ngô, đậu đỗ trở nên khó nhằn. Không phải tình cờ mà tổ tiển của chúng đã phát triển các protein ức chế α-amylase, khiến cho tinh bột của chúng trong hạt trở nên khó tiêu hóa với côn trùng, qua đó giúp chúng tránh khỏi những mối đe dọa nghiên trọng. Tuy nhiên, quá trình thuần hóa cây hoang dại của con người để tăng năng suất và dễ tiêu hóa có thể làm giảm đi sự hiện diện của các chất ức chế này.

Chỉnh sửa gene đề xuất giải pháp mới

Trong một bài báo xuất bản trên Biotechnology Journal, một nhóm nghiên cứu quốc tế đã thảo luận về những tiên tiến mới từ hai thập kỷ qua và nhấn mạnh đến tiềm năng của chỉnh sửa gene để phát triển những cây trồng có thể tạo ra những chất ức chế với số lượng lớn hơn để chiến đấu với côn trùng gây bệnh. Dĩ nhiên, song song với đó là phải đảm bảo cây trồng có thể tiêu hóa được ở người và những sinh vật không chủ đích khác, ví dụ như gia súc.

Nhóm nghiên cứu do các nhà nghiên cứu ở Cơ quan hợp tác nghiên cứu nông nghiệp Brazil (EMBRAPA) và Trung tâm nghiên cứu các hệ gene cho biến đổi khí hậu, thực hiện.

“Vào đầu những năm 2000, đã có nhiều tiến bộ trong khu vực này, như tìm kiếm các gene mã hóa cac chất ức chế alpha-amylase trong nhiều loại cây trồng khác nhau, sự tiến hóa của các phân tử đặc biệt đó chống lại các enzyme alpha-amylase trong côn trùng gây bệnh và các sinh vật không hướng đích, và sự phát triển của cây trồng chuyển gene biểu hiện quá mức các phân tử đó. Những tiến bộ này được bảo hộ quyền sở hữu trí tuệ thông qua các bằng sáng chế”, theo Marcos Fernando Basso, một nhà nghiên cứu ở GCCRC và là tác giả thứ nhất của bài báo.

Thách thức với cách tiếp cận chuyển gene truyền thống

Tuy nhiên, việc sử dụng cách chuyển gene cổ điển, bao gồm việc đưa các gene gene từ các loài cụ thể vào hệ gene của cây trồng quan tâm, đã khiến các công ty công nghệ sinh học và thực phẩm e ngại trong việc phát triển và khai thác sản phẩm cuối. Các sinh vật chuyển gene mới dành cho người đang phảiđứng trước nguy cơ khó được thị trường chấp nhận, thêm vào trở ngại nữa là chi phí vận hành cao.

Rệp, bọ cánh cứng, mọt và mọt gỗ là những loại côn trùng phổ biến tạo ra các enzyme amylase. Các enzyme này chuyển đổi các phân tử tinh bột được tạo ra trong lá và hạt của các cây trồng quan trọng thành đường. Trong thời kỳ trưởng thành hay còn là ấu trùng, chúng có thể tấn công hạt ở ngoài đồng hoặc trong nhà kho, gây ra những mất mát kinh tế và làm suy giảm chất lượng lương thực.

Các loài họ Bruchids, như mọt đậu hay mọt gỗ, thuộc nhóm đích mà các công nghệ hướng đến do sức tàn phá của chúng, đặc biệt trên các loại hạt được bảo quản dài hạn. Trong môi trường phong phú đồ ăn này, chúng sinh sản rất nhanh. Sự xâm nhập có thể xảy ra trong thời kỳ phát triển quả và tồn tại trong quá trình lưu kho và thương mại hóa.

Mở rộng phạm vi của chất ức chế alpha-amylase

Các chất ức chế alpha-amylase đã được chứng minh hiệu quả với nhiều loại côn trùng. Ví dụ, mọt bông (Anthonomus grandis) ăn đường được tạo ra và có trong nụ hoa bông vải. Tương tự, sâu đục quả cà phê (Hypothenemus hampei) là một loài côn trùng có ấu trùng ăn hạt cà phê.

Các tác giả chỉ ra là việc phát triển các giống có khả năng sản xuất chất ức chế alpha-amylase cao hơn—với điều kiện là không ức chế enzyme amylase ở người và các sinh vật không phải mục tiêu—có tiềm năng lớn khi sử dụng các kỹ thuật chỉnh sửa gene.

Những cân nhắc về quy định và triển vọng tương lai

Sử dụng những kỹ thuật đó để gia tăng sự biểu hiện hoặc biến đổi chuỗi DNA của các gene một loại cây trồng có thể cho phép tạo ra những loài cây không bị Ủy ban Kỹ thuật Quốc gia về An toàn Sinh học (CTNBio) coi là chuyển gene.

CTNBio là cơ quan khoa học có chức năng điều phối, cập nhật và hoàn thiện chính sách an toàn sinh học quốc gia cho sinh vật biến đổi về mặt di truyền (GMOs). Nhờ đó, các kỹ thuật này có thể được chấp nhận trên thị trường, và có thể được các công ty nông nghiệp xem xét thương mại hóa.

“Chỉnh sửa gene sử dụng kỹ thuật CRISPR [một công cụ cho phép biến đổi di truyền chính  xác và hướng đích để tạo ra các chuỗi DNA hoặc tái sắp xếp hệ gene được tạo ra] và những giống của nó sẽ trao cho chúng ta tiềm năng làm gia tăng số lượng các chất ức chế hoặc làm cho chúng hoạt động mạnh hơn trong cây lương thực để đóng vai trò chống lại các côn trùng sâu hại cụ thể, mà không có các phân tử gây lo ngại cho con người và động vật tiêu thụ loài cây đó hoặc hạt của nó. Do đó, đó có thể là một cách hứa hẹn trong nhiều năm tới’, Basso kết luận.

Bội Linh dịch từ São Paulo Research Foundation

Nguồn: https://agencia.fapesp.br/gene-editing-produces-plants-that-are-indigestible-to-pests/56413