Chúng ta đã nghe nói về các loại gạo bị biến đổi gen có khả năng chịu hạn và giàu chất chống oxy hóa. Tuy nhiên, mới đây, các nhà khoa học đã phát triển thành công một loại mới có các hoạt chất có tác dụng chống tăng huyết áp, mang lại hy vọng cho những người bị huyết áp cao.
Huyết áp cao [còn gọi là tăng huyết áp] là một bệnh lý tim mạch nguy hiểm rất phổ biến hiện nay và là căn nguyên của nhiều biến chứng tim mạch nghiêm trọng đột quỵ, nhồi máu cơ tim... Bệnh lý này thường được điều trị bằng thuốc ức chế men chuyển angiotensin hay còn gọi là thuốc ức chế ACE. Nhóm thuốc này nhắm đến enzyme chuyển đổi angiotensin vốn bản chất là một loại protein có tác dụng gây co thắt mạch máu và tăng huyết áp trong hệ thống nội tiết tố của bệnh nhân, giúp giảm huyết áp bằng cách làm giãn mạch, giảm sức cản ngoại biên, từ đó giảm áp lực lên thành mạch. Tuy nhiên, thuốc cũng gây ra các tác dụng phụ không mong muốn như gây ho khan dai dẳng, phát ban, đau đầu, thậm chí là suy thận.
Trong khi đó, các peptide ức chế men chuyển tự nhiên [axit amin] có trong một số loại thực phẩm như cá, thịt, trứng, sữa và một số loại thực vật tạo ra ít tác dụng phụ hơn. Theo các nhà khoa học từ Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc, mặc dù quá trình cô lập một lượng lớn các peptide đó từ thực phẩm rất tốn kém thời gian và chi phí.
Thay vào đó, nhóm nghiên cứu đã áp dụng kỹ thuật chỉnh sửa gen để tạo ra một gen gồm 9 peptide ức chế men chuyển và 1 peptide gây giãn mạch liên kết với nhau. Kết quả cho thấy cây lúa đã được biến đổi gen có chứa hàm lượng peptide cao.
Trong thử nghiệm, hai giờ sau khi tiêu thụ cây lúa đã được chỉnh sửa gen, chỉ số huyết áp ở các cá thể chuột bị cao huyết áp giảm đáng kể so với nhóm đối chứng tiêu thụ lúa thông thường.
Các nhà khoa học hy vọng phương pháp mới có thể mang lại hiệu quả với người. Khi đó, một người trưởng thành nặng 68 kg sẽ chỉ cần tiêu thụ không quá nửa muỗng gạo sản xuất từ lúa đã được chỉnh sửa gen mỗi ngày để điều trị và phòng ngừa hiệu quả tăng huyết áp.
Ngoài ra, những con chuột tiêu thụ bột làm từ gạo biến đổi gen [thông qua hình thức tiêm dạ dày] cũng có biểu hiện giảm huyết áp trong thời gian suốt năm tuần. Thậm chí, tình trạng khả quan vẫn được duy trì sau khi quá trình điều trị kết thúc được 1 tuần, và không có tác dụng phụ rõ ràng nào được ghi nhận.
Các nhà khoa học tạo đột biến gene, làm thay đổi hình thái và sinh lý tế bào, nên khi trời nắng lá lúa xoắn lại, giảm khả năng mất nước.
Lá lúa đột biến xoắn lại khi gặp nhiệt độ mặt trời cao. Ảnh: China News.
Nhóm nghiên cứu biến đổi gene lúa của Viện Nghiên cứu Lúa Trung Quốc phối hợp với Đại học California [Berkeley] phát hiện ra đột biến gene PSL1 ảnh hưởng trực tiếp tới cây lúa, làm phiến lá trở nên nhạy cảm, dễ xoắn lại trong môi trường độ ẩm thấp và bức xạ ánh sáng mặt trời cao, giúp cải thiện khả năng chống chịu hạn của cây lúa.
Lá lúa bị xoắn là kết quả của những thay đổi về hình thái và sinh lý tế bào hình thoi khu trú trên biểu bì cây lúa. Zhang Guangheng, nhà nghiên cứu tại Viện Nghiên cứu Lúa gạo Trung Quốc cho biết, nhiệt độ cao và ánh sáng mạnh trong mùa trồng lúa có thể khiến cây lúa mất nước nghiêm trọng. Vì vậy, nếu cây phản ứng với nhiệt độ khắc nghiệt và ánh sáng vào buổi trưa bằng cách cuốn lá, có thể làm giảm sự mất nước, tăng sức chịu hạn. "Hiện tượng "ngủ trưa" hoặc kiểu "quang hợp bị ức chế vào buổi trưa" này là một cơ chế giúp thực vật thích ứng và tránh tác hại của môi trường", ông Zhang nói.
Nhóm nghiên cứu đã nhân bản và xác định được enzyme mã hóa gene PSL1. Đột biến của gene này khiến thành tế bào ở rễ và mô lá lúa dày lên, tỷ lệ tế bào ngậm nước tăng, dẫn đến lá lúa xoắn lại trong môi trường ẩm thấp và nhiệt độ cao.
Kết quả phân tích sinh hóa cho thấy, so với cây hoang dã ở vùng sa mạc, hoạt tính galacturonase trong PSL1 tổ hợp và hàm lượng pectin trong tế bào cây chứa đột biến PSL1 tăng lên đáng kể.
Trong môi trường khô hạn, lượng nước nuôi cây lúa không dễ bị mất đi. PSL1 có chức năng điều chỉnh quá trình sinh tổng hợp thành tế bào, phát triển cây trồng và khả năng chịu hạn ở lúa.
Nhóm nghiên cứu từ trường Đại học Kobe, Nhật Bản khám phá ra rằng sự đột biến trong gen qSH3 có thể ngăn chặn sự rụng hạt lúa. Công trình được công bố trên tạp chí rất uy tín PNAS gần đây. Trong sự đột biến gen qSH3, liên quan đến việc thay thế 1 nucleotide trong gen YABBY. Đột biến này thường xảy ra trên các giống lúa indica và japonica được trồng phổ biến khắp thế giới. TS. Ishikawa và cộng sự tìm thấy nếu cây lúa chỉ có sự đột biến gen qSH3 xảy ra thì hạt sẽ bị rụng một cách tự nhiên. Tuy nhiên, khi đột biến gen qSH3 kết hợp với đột biến gen sh4 thì tỉ lệ hạt lúa bị rụng sẽ giảm. Trong trường hợp, nếu bổ sung thêm đột biến xảy ra ở gen SPR3 cùng với qSH3 và sh4 thì tỉ lệ hạt bị rụng không đáng kể, vì vậy có thể đảm bảo và gia tăng năng suất lúa. Sự rụng hạt có thể được kiểm soát thông qua việc tận dụng gen với nhiều đột biến, dẫn đến việc tạo ra giống lúa mới có tỉ lệ rụng hạt thấp cho đến khi thu hoạch. Dự án nghiên cứu này là dự án cộng tác quốc tế gồm các nhà nghiên cứu từ trường đại học Kobe và Viện di truyền quốc gia Nhật Bản, đại học Luân Đôn, đại học Warwick, đại học nông nghiệp Yezin, và Viện nghiên cứu nông nghiệp Cambodia.
Nguồn: //www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2121692119
Tài liệu tham khảo
Ryo Ishikawa, Cristina Cobo Castillo, Than Myint Htun, Koji Numaguchi, Kazuya Inoue, Yumi Oka, Miki Ogasawara, Shohei Sugiyama, Natsumi Takama, Chhourn Orn, Chizuru Inoue, Ken-Ichi Nonomura, Robin Allaby, Dorian Q. Fuller, Takashige Ishii. A stepwise route to domesticate rice by controlling seed shattering and panicle shape. PNAS 119:26 [2022]. DOI: 10.1073/pnas.2121692119