Biến đổi khí hậu phá vỡ hệ thống miễn dịch của thực vật. Chúng có thể được khởi động lại không?

Phần lớn công việc này đã được thực hiện trên loài arabidopsis cứng cáp – “loài chuột thí nghiệm của thực vật,” như lời Ngài nói. Có một vài điều khiến nó trở thành đối tượng kiểm tra hoàn hảo. Một là bộ gen của loài cỏ dại khiêm tốn khá ngắn, một phần lý do khiến nó là loài thực vật đầu tiên được giải trình tự đầy đủ. Một cách khác là cách duy nhất mà mã của nó có thể được sửa đổi. Đối với hầu hết các loài thực vật, quá trình này rất khó khăn. Vật liệu di truyền mới được đưa vào đĩa petri, được sinh ra bởi vi khuẩn xâm nhập vào tế bào thực vật. Một khi điều đó xảy ra, những tế bào biến đổi đó phải được nuôi cấy và tạo thành rễ và thân mới. Nhưng arabidopsis cung cấp một lối tắt. Các nhà sinh vật học chỉ cần nhúng hoa của cây vào một dung dịch chứa đầy vi khuẩn mang gen và thông điệp sẽ được chuyển thẳng đến hạt giống là có thể gieo trồng một cách đơn giản. Trong lĩnh vực thực vật học chậm chạp một cách cẩn thận, nó đang diễn ra với tốc độ chóng mặt.

Tuy nhiên, phải mất nhiều năm để tìm ra tất cả những gen sản xuất SA đó đã làm gì trong điều kiện nhà kính hoàn hảo. Chỉ sau đó, nhóm của He mới có thể bắt đầu can thiệp vào môi trường để kiểm tra xem có vấn đề gì xảy ra hay không. Nhiệm vụ của họ: tìm ra một gen (hoặc các gen) kiểm soát bất kỳ bước nào đang thúc đẩy quá trình sản xuất SA khi nó trở nên nóng bỏng. Phải mất 10 năm để tìm ra câu trả lời. Họ đã sửa đổi gen này đến gen khác, lây nhiễm vào cây trồng và xem xét các hiệu ứng. Nhưng cho dù họ có làm gì đi nữa, thì cây vẫn bị khô héo vì bệnh tật. Ông nói: “Bạn sẽ không tin rằng chúng tôi đã có bao nhiêu thí nghiệm thất bại. Các hướng dẫn chính, chẳng hạn như xác định trong phòng thí nghiệm của người khác về các gen phản ứng với nhiệt ảnh hưởng đến sự ra hoa và tăng trưởng, đã kết thúc trong sự thất vọng tràn trề. Nhiều thế hệ sinh viên tốt nghiệp đã tiếp tục dự án. “Công việc của tôi chủ yếu là trở thành hoạt náo viên của họ,” anh nói.

Cuối cùng, phòng thí nghiệm đã tìm ra người chiến thắng. Gen được gọi là CBP60g, và nó dường như hoạt động như một “công tắc tổng thể” cho một số bước liên quan đến việc tạo SA. Quá trình thực hiện các chỉ dẫn di truyền đó và tạo ra một protein đã bị cản trở bởi một bước phân tử trung gian. Chìa khóa là vượt qua nó. Họ phát hiện ra rằng, các nhà nghiên cứu có thể làm được điều đó bằng cách đưa vào một đoạn mã mới — một “chất xúc tiến” được lấy từ một vi rút — sẽ buộc thực vật phiên mã CBP60g và khôi phục lại dây chuyền lắp ráp SA. Có một lợi ích rõ ràng khác: Sự thay đổi này dường như cũng giúp khôi phục lại các gen kháng bệnh ít được hiểu biết hơn đang bị kìm hãm bởi nhiệt.

Nhóm của ông đã bắt đầu thử nghiệm các biến đổi gen trên cây lương thực như hạt cải dầu, một loài họ hàng gần gũi của arabidopsis. Ngoài những điểm tương đồng về gen, đây là một loại cây tốt để làm việc, ông nói, bởi vì nó phát triển ở những nơi có khí hậu mát mẻ, nơi cây có nhiều khả năng bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ tăng. Cho đến nay, nhóm nghiên cứu đã thành công trong việc kích hoạt lại phản ứng miễn dịch trong phòng thí nghiệm, nhưng họ cần phải thực hiện các thử nghiệm thực địa. Các ứng cử viên tiềm năng khác bao gồm lúa mì, đậu nành và khoai tây.

Marc Nishimura, một chuyên gia về miễn dịch thực vật tại Đại học Bang Colorado, người không tham gia nghiên cứu, cho biết với sự phổ biến của con đường SA, không có gì ngạc nhiên khi bản sửa lỗi di truyền của He sẽ hoạt động rộng rãi trên nhiều loài thực vật. Nhưng đó chỉ là một trong nhiều con đường miễn dịch nhạy cảm với khí hậu mà các nhà sinh học cần khám phá. Và có những biến số khác ngoài sóng nhiệt sẽ ảnh hưởng đến khả năng miễn dịch của thực vật, ông chỉ ra, chẳng hạn như tăng độ ẩm hoặc nhiệt độ duy trì kéo dài qua toàn bộ mùa trồng trọt. Ông nói: “Nó có thể không phải là giải pháp hoàn hảo cho mọi nhà máy, nhưng nó cho bạn một ý tưởng chung về những gì sai và cách bạn có thể sửa chữa nó. Ông coi đây là một chiến thắng khi sử dụng khoa học cơ bản để giải mã gen thực vật.

Nhưng để bất kỳ điều gì trong số này hoạt động, người tiêu dùng sẽ cần phải chấp nhận sự mày mò di truyền nhiều hơn với thực phẩm của họ. Nishimura nói rằng giải pháp thay thế là mất mùa nhiều hơn và phải dùng nhiều thuốc trừ sâu hơn để ngăn chặn. Ông nói: “Khi biến đổi khí hậu gia tăng, chúng ta sẽ phải chịu áp lực phải học những thứ trong phòng thí nghiệm và đưa chúng vào thực địa nhanh hơn. “Tôi không thể thấy chúng ta sẽ làm điều này như thế nào nếu không có sự chấp nhận nhiều hơn đối với thực vật biến đổi gen.”