Bạn Nhà Nông

Nhiều nhà khoa học đang thực hiện chiến lược tăng năng suất cây lương thực đặc biệt với cây lúa. Một trong số đó là Chương trình Quốc tế Công nghệ Sinh học lúa (International Program on Rice Biotechnology - IPRB) do Quỹ Rockefeller tài trợ từ năm 1984 cho các nghiên cứu  về di truyền lúa nhằm hỗ trợ cho nông dân ở các nước đang phát triển. Hầu hết các chuyên gia và nhà khoa học về lúa ở các nước đang phát triển đều nhận được nguồn tài trợ này.

Các nghiên cứu của công nghệ sinh học lúa khởi sự đầu thập niên 1980 bắt đầu từ cấy mô với môi trường cấy là các hormone, phức hợp a-xít amin, đường và các chất ly trích thực vật khác để tái sinh mô túi phấn. Sau đó các nhà khoa học sử dụng vi khuẩn Agrobacterium tumefaciens- và súng bắn gene để tạo ra các giống lúa có đặc tính mong muốn

1. Ứng dụng công nghiệp sinh học trong kháng sâu bệnh trên lúa

Khám phá các gene kháng sâu bệnh nằm trong chương trình nghiên cứu  quốc tế về nguồn gene kháng dịch hại IPRB, công nghệ sinh học lúa đã góp phần tạo ra các giống lúa cải thiện kháng sâu đục thân, cháy lá, cháy bìa lá, đốm vằn. Thiệt hại do sâu đục thân lúa xảy ra trên vụ Hè thu có thể lên đến 30%. Lai tạo ra giống kháng sâu đục thân rất khó vì đến nay các nhà khoa học chưa tìm ra nguồn gene nào kháng sâu đục thân hiệu quả. Một số phòng thí nghiệm đã tạo ra các giống chứa gene Bt  (cry1Ab, 1Ac 1Aa, 2A, 1B, hay kết hợp các gene này) để kháng lại các côn trùng thuộc bộ cánh vãy. Các thử nghiệm đầu tiên trên đồng ruộng về giống lúa Bt do Trung Quốc thực hiện vào năm 1998. Tuy nhiên chưa có giống lúa Bt nào được đưa ra thương mại hóa cho đến nay. Cuối năm 2009 Trung Quốc làm thủ tục để công nhận cho phóng thích 2 giống lúa Bt Huahui No. 1 và  Bt Shanyou 63 để đưa ra đại trà vào 2012.

Các giống lúa kháng bệnh cháy bìa lá do vi khuẩn Xanthomonas oryzae pv. Oryzae gây ra có thể gây thiệt hại lên đến 50% khi bị nhiễm nặng. Qua khảo nghiệm đã phát hiện gene Xa21 từ giống lúa hoang Oryza longistaminata có phổ kháng rộng để chống chịu tốt với nhiều dòng vi khuẩn Xanthomonas oryzae.  Các khoa học triển khai chiến lược lai tạo bằng công nghệ sinh học để chuyển sang các giống lúa như IR64, IR72, IR50, CO39, Pusa Basmati-1, IR68899B, MH63, BPY5204 và một số dòng lai của Trung Quốc Các khảo nghiệm trên đồng ruộng ở Trung Quốc và Philippines, nhưng đến nay chưa có giống nào đưa ra thương mại hóa

Nồ lực tạo ra giống kháng bệnh đốm vằn bằng kỹ thuật lai truyền thống trong thời gian qua không thành công. Các nhà khoa học đang vận dụng công nghệ sinh học để kết hợp gene tạo ra enzymes chitinase và glucanase cùng các protein cần thiết khác cần thiết tổng hợp vách tế bào khuẩn ty nấm bệnh. Việc chuyển gene để gia tăng hoạt tính của chitinase và glucanase sẽ hạn chế khuẩn ty nấm đốm vằn phát triển. Các nước đang triển khai các thí nghiệm ngoài đồng để đánh giá hiệu quả tính kháng.

Để hỗ trợ cho công tác lai tạo, việc xây dựng bản đồ gene được tiến hành qua hợp tác giữa các Viện nghiên cứu  nhà nước và tư nhân. Vào tháng 2 năm 2001, bản đồ gene của lúa đã được hoàn tất đã giúp cho các nhà khoa học hiểu rõ cấu trúc di truyền của lúa và các protein tương ứng để khai thác chúng hiệu quả hơn

Hạn hán và thiếu nước ngày càng làm cỏ dại phát triển, ảnh hưởng đến năng suất chất lượng lúa. Để kiểm soát cỏ dại, nông dân sử dụng thuốc trừ cỏ, luân canh, đánh bùn và bơm nước, các thao tác này thường tốn nhiều công và chi phí. Phát triển giống lúa kháng nhóm thuốc trừ cỏ nhóm glufosinate bắt đầu năm 1999 giúp trừ cỏ hiệu quả hơn. Glufosinate ammonium là loại hóa chất có trong thiên nhiên, phổ rộng, tiếp xúc và  diệt được nhiều loại cỏ bằng cách ngăn tổng hợp enzymes glutamine synthetase làm ngưng quang tổng hợp của cỏ. Thuốc cỏ dạng này phân hũy rất nhanh, không lưu tồn, độc lực rất thấp đối với người và động vật. Giống lúa kháng thuốc trừ cỏ Glufosinate-resistant đã được cấp phép tại Mỹ, Canada, và Mexico.

2.  Chống chịu điều kiện khắc nghiệt

Lúa là loại cây rất cần nước, nó sử dụng đến 30% lượng nước ngọt trên thế giới, cao gấp 2-3 lần so với các loại cây lương thực khác. Trong bối cảnh thế giới đang thiếu nước và nước mặn xâm nhập sâu vào đất liền do hiện tượng nóng lên của toàn cầu, chiến lược phát triển các giống lúa chống chịu các điều kiện khắc nghiệt nêu trên, các nhà khoa học đã chuyển gen của cây Arabidopsis, là thực vật có hoa nhỏ thuộc họ cải (Brassicaceae), sản sinh nhiều chất SRK2C và giúp cây sống sót trong điều kiện khô hạn. Gene của cây này chuyển qua lúa được đặt tên là HRD gene làm gia tăng sinh khối lá lúa và bó mạch trong bẹ, giúp cây tăng quang hợp, hiệu suất sử dụng nước và chịu hạn. Họ còn chuyển gene CBF3/DREB1A và ABF3 vào cây lúa giúp tăng tính chịu mặn và khô hạn. Những gene này làm tăng tích lũy chất trehalose giúp cây tăng tính chịu hạn, mặn và lạnh trong cây lúa chuyển gene.

3. Cải thiện dinh dưỡng hạt gạo

Gạo là nguồn thực phẩm rất tốt để cung cấp chất bột đường, proteins, chất xơ, chất béo, chất khoáng (potassium, phosphorous, magnesium, calcium, sodium, copper và iodine) và các vitamins (thiamine, riboflavin, niacin, vitamin B6 và folic acid). Những nước nghèo người dân ít ăn thịt cá. Nếu chỉ ăn gạo thường dẫn đến thiếu một số khoáng và vitamins trong khẩu phần ăn, phổ biến nhất là thiếu vitamin A và E, sắt và kẽm, ảnh hưởng phát triển của thai nhi và trẻ em. Các chương trình chống suy dinh dưỡng hoặc bổ sung thực phẩm ở các nước này thường tốn kém và khó khả thi vì cần hệ thống phân phối thật tốt. Chiến lược sử dụng công nghệ sinh học để bổ sung các` vi chất và vitamine trong gạo được vạch ra. Trong đó gạo chứa nhiều tiền vitamine A (lúa vàng Golden Rice) bằng cách chuyển gene beta carotene loci vào các giống lúa cao sản ở Philippines, Bangladesh và Ân Độ. Các tiến bộ về sử dụng phân tữ đánh dấu sẽ được phổ biến trên diện rộng vào năm 2012. Công nghệ sinh học lúa còn giúp tăng hàm lượng ferritin có nhiều trong tế bào máu và gan. Công nghệ sinh học tạo ra các giống lúa chứa nhiều chất sắt góp phần giải quyết thiếu sắt trên thế giới.

Gạo còn thiếu một số a-xít thiết yếu như threonine, tryptophan, lysine, và methionine. Chiến lược cải thiện hàm lượng lysine trong gạo bằng cách ngăn cản ngăn lysine phân hũy thành RNAi làm tăng lượng lysine tự do, nó cũng ảnh hưởng đến các a-xít amin khác liên quan đến tiến trình biến dưỡng lysine để tạo ra các a-xít như threonine và aspartic. Proteins thực vật là nguồn protein chính của con người và thú nuôi do giá nó không đắt như thịt, mở triển vọng giải quyết thiếu hụt chất này ở nước nghèo trong tương lai

4. Gạo dược phẩm

Gạo có thể sử dụng làm dược phải, nhất là thuốc chủng ngừa. Một trong số đó là chủng ngừa dịch tả (vaccine antigen cholera toxin B subunit - CTB) có trong các hạt protein trong tế bào tinh bột nội nhũ. Hơn nữa đặc tính của nó ổn định ở nhiệt độ phòng trong hơn 1,5 năm do được bao bởi các hạt lipid. Các nhà khoa học về công nghệ sinh học di truyền tiếp tục nghiên cứu để tạo ra các giống lúa có chứa vaccine về hô hấp và đường ruột khác có giá trị kinh tế và y học lớn đối với các nước đang phát triển

Lạm dụng kháng sinh sẽ góp phần phát triển các dòng vi khuẩn kháng thuốc trên gà, trâu bò, heo và người nên cần thay đổi chiến lược nghiên cứu. Các phân tữ kháng sinh như lactoferrin và lysozyme được chuyển qua lúa bằng công nghệ sinh học. Các thí nghiệm cho gà ăn gạo có chứa lactoferrin và lysozyme cho thấy cải thiện được hiệu quả thức ăn, chỉ số tăng trọng và tăng sức đề kháng làm gà khoẻ mạnh hơn. Chiến lược này được sử dụng trong bảo vệ đường ruột, ngăn chận bệnh tiêu chảy ở thú non và trẻ em.

5. Hướng về tương lai

Công nghệ sinh học lúa được phát triển nhằm vào lợi ích của nông dân trồng lúa như kháng sâu bệnh tốt hơn, chống chịu được điều kiện môi trường khắc nghiệt, tăng giá trị dinh dưỡng, giá trị dược phẩm, bảo vệ môi trường, thích ứng được biến đổi khí hậu toàn cầu. Hơn nữa, các nghiên cứu  còn cho thấy có thể gia tăng năng suất lúa bằng ghép gene C4 làm lúa quang hợp tốt hơn, biến khí carbonic thành tinh bột nhiều hơn.  Một triển vọng khác là các kỹ thuật nhân giống lúa vô tính (cloned seed) sẽ giúp hạ giá thành hạt giống lúa lai, giúp phát triển lúa lai mạnh hơn trong thời gian tới.

Nguyễn Phước Tuyên

Trung tâm Khuyến nông – Khuyến ngư Đồng Tháp