Cà chua có mùi bỏng ngô: Thành tựu chỉnh sửa gene từ Trung Quốc
Trong một nhà kính nghiên cứu tại tỉnh Chiết Giang, miền đông Trung Quốc, những luống cà chua trông bề ngoài hoàn toàn bình thường với quả đỏ, căng mọng và năng suất cao. Tuy nhiên, khi lại gần, chúng tỏa ra mùi hương đặc biệt giống như bắp rang bơ, một phát hiện gây ngạc nhiên trong ngành nông nghiệp.
Không phải lai tạo ngẫu nhiên
Đây không phải là kết quả của quá trình lai tạo ngẫu nhiên, mà là thành quả của một chỉnh sửa chính xác trong bộ gene bằng công cụ CRISPR/Cas9. Hai gene có vai trò kìm hãm các hợp chất tạo mùi đã được "tắt" đồng thời. Khi cơ chế ức chế bị gỡ bỏ, cà chua bắt đầu tích tụ hợp chất tạo hương đặc trưng - thứ vốn nổi tiếng trong các giống gạo thơm cao cấp.
Bối cảnh và thách thức
Cà chua là một trong những cây trồng có sản lượng lớn nhất thế giới. Riêng năm 2023, Trung Quốc sản xuất hơn 70 triệu tấn, chiếm trên 1/3 tổng sản lượng toàn cầu. Song, phía sau quy mô ấn tượng ấy là một hạn chế mà người tiêu dùng từ lâu đã nhận ra: hương vị cà chua hiện đại không còn đậm đà như trước.
Thay vì cố gắng khôi phục "hương vị truyền thống", nhóm nhà khoa học Trung Quốc và Australia lựa chọn một hướng đi khác. Họ "vay mượn" cơ chế tạo hương từ gạo thơm, một loại cây trồng có giá trị thương mại cao.
Nghiên cứu và phương pháp
Theo ông Xu Shengchun, Phó Giám đốc Viện Nghiên cứu Công nghệ sinh học thuộc Xianghu Laboratory, người tiêu dùng ưa chuộng gạo thơm và giá bán của nó cao hơn gạo thường. Ông trình bày trong nghiên cứu công bố ngày 24/1 trên tạp chí Journal of Integrative Agriculture và là tác giả liên hệ của công trình này.
Ông Xu giải thích rằng các giống gạo Ấn Độ và Thái Lan ngày càng được ưa chuộng trên thị trường quốc tế nhờ mùi thơm đặc trưng, với giá bán thường cao gấp đôi gạo thông thường. Trong các giống gạo cao cấp, hợp chất 2-acetyl-1-pyrroline (2-AP) tạo nên mùi hương giống bỏng ngô. Sự tích tụ của 2-AP bị điều tiết âm tính bởi gene BADH2. Khi gene này bị bất hoạt, hàm lượng 2-AP tăng lên, tạo nên hương thơm rõ rệt.
Cơ chế này đã được áp dụng thành công ở lúa, ngô và đậu tương. Tuy nhiên, từ trước đến nay, cà chua không có bất kỳ giống tự nhiên nào mang mùi thơm tương tự.
Quá trình thực hiện
Nhóm nghiên cứu đã xác định hai gene tương đồng BADH2 trong bộ gene cà chua là SlBADH1 và SlBADH2. Trong đó, SlBADH2 hoạt động liên tục suốt vòng đời sinh trưởng của cây và đóng vai trò "công tắc" chính ức chế hương thơm; SlBADH1 chỉ giữ vai trò bổ trợ.
Bằng công cụ CRISPR/Cas9, nhóm đã tạo ra các dòng cà chua đột biến đơn và đột biến kép. Sau khi kiểm tra kỹ lưỡng để bảo đảm không có tác động ngoài mục tiêu, các cây được đưa vào thử nghiệm cảm quan. Những tình nguyện viên tham gia đánh giá cho biết cà chua chỉ bị bất hoạt SlBADH2 đã có mùi bỏng ngô rõ ở cả quả và lá. Ở dòng đột biến kép, khi cả SlBADH1 và SlBADH2 đều bị vô hiệu hóa, cường độ hương thơm tăng lên gấp bốn lần.
Xác nhận đặc tính mới
Để xác nhận đây thực sự là đặc tính mới, nhóm đã sàng lọc 706 mẫu cà chua với nền di truyền đa dạng. Kết quả cho thấy không mẫu nào mang đột biến mất chức năng tự nhiên ở SlBADH2. Nói cách khác, tự nhiên chưa từng tạo ra cà chua có mùi bỏng ngô, mà thành tựu này chỉ xuất hiện trong phòng thí nghiệm.
Lợi ích và triển vọng
Điểm đáng chú ý là sự thay đổi về hương thơm không kéo theo tổn thất về năng suất hay chất lượng nông học. Thời gian ra hoa, chiều cao cây, trọng lượng quả, hàm lượng đường hòa tan và axit hữu cơ đều không khác biệt đáng kể so với giống đối chứng. Nhóm nghiên cứu đã cải thiện hương vị mà không phải đánh đổi bằng sản lượng.
Xianghu Laboratory - cơ sở nghiên cứu nông nghiệp mới tại Chiết Giang, khởi công từ tháng 6/2022 với vốn đầu tư giai đoạn đầu 3 tỷ nhân dân tệ (khoảng 434 triệu USD), đang tiếp tục nghiên cứu để đưa đặc tính này vào các giống thương mại chất lượng cao hơn.
Theo ông Xu, mục tiêu tiếp theo là tích hợp hương thơm vào các giống cà chua đang được trồng phổ biến, nhằm tăng độ phức hợp hương vị, cải thiện mức độ ưa chuộng của người tiêu dùng và nâng cao giá trị thị trường, tương tự cách các giống gạo thơm đã tạo ra phân khúc cao cấp trong ngành lúa gạo.
