Từ thực phẩm an toàn đến kỷ nguyên trồng cây làm sạch môi trường
Nhân loại cuối cùng đã giải mã được bí ẩn đằng sau khả năng hấp thụ và tích lũy các chất ô nhiễm độc hại từ môi trường đất vào phần ăn được của cây bí ngô và các loại bầu bí khác (họ Cucurbitaceae). Phát hiện này không chỉ mở ra hướng đi mới cho an toàn thực phẩm mà còn hứa hẹn những ứng dụng đột phá trong lĩnh vực xử lý ô nhiễm sinh học.
Từ lâu, giới nghiên cứu đã biết rằng các loại cây thuộc họ bầu bí, bao gồm bí ngô, bí xanh, dưa lưới và dưa chuột, có xu hướng tích tụ nồng độ chất ô nhiễm cao như dioxin và kim loại nặng trong thân và quả của chúng. Khả năng này vốn là một điều trăn trở lớn đối với an toàn nông nghiệp, đặc biệt khi các loại cây này được trồng trên đất bị ô nhiễm.
Nghiên cứu trước đây của nhóm nhà khoa học dẫn đầu bởi Giáo sư Inui tại Đại học Kobe, Nhật Bản đã xác định được một nhóm protein trong cây bầu bí có khả năng liên kết với các chất ô nhiễm. Các protein này đóng vai trò như những "xe tải" phân tử, cho phép các chất độc di chuyển qua nhựa cây và lên các bộ phận phía trên mặt đất, bao gồm cả quả. Tuy nhiên, điều làm các nhà khoa học vẫn mãi băn khoăn là tại sao những protein tương tự cũng có mặt trên nhiều loại cây khác nhưng chúng lại không tích lũy chất ô nhiễm nhiều như bí ngô. Thậm chí, ngay trong họ bầu bí, có những giống lại dễ tích lũy ô nhiễm hơn các giống khác.
Chính sự trăn trở thôi thúc nhóm khoa học gia ngày đêm tìm tòi nghiên cứu và những nỗ lực đã được đáp đền. Câu trả lời chính là sự khác biệt về nồng độ của protein liên kết chất ô nhiễm này trong nhựa cây (SAP). Ở các giống cây có khả năng tích lũy ô nhiễm cao, nồng độ protein này trong nhựa cây cao hơn đáng kể.
Trong công trình mới nhất được công bố trên tạp chí Plant Physiology and Biochemistry, nhóm nghiên cứu Đại học Kobe đã chứng minh rằng một sự thay đổi nhỏ trong chuỗi axit amin của protein này hoạt động như một "thẻ tín hiệu" phân tử. Chính "thẻ" này quyết định xem tế bào có nên giữ lại protein bên trong hay bài tiết nó ra ngoài vào nhựa cây.
Cụ thể, các biến thể protein từ những cây có khả năng tích lũy ô nhiễm cao được hướng dẫn để được giải phóng vào nhựa cây, nơi chúng có thể vận chuyển chất ô nhiễm đi khắp nơi. Ngược lại, các dạng protein khác lại được giữ lại bên trong tế bào. Theo giải thích của Giáo sư Inui chỉ những protein được bài tiết mới có thể di chuyển bên trong cây và được vận chuyển đến các bộ phận trên mặt đất. Do đó, đây dường như là yếu tố phân biệt giữa các giống cây ít ô nhiễm và các giống cây tích lũy ô nhiễm cao.
Để khẳng định cơ chế này, các nhà khoa học đã thử cấy các biến thể protein tích lũy cao này vào cây thuốc lá vốn là một loại cây không có xu hướng tích lũy ô nhiễm cao. Kết quả, cây thuốc lá biến đổi gen này cũng bắt đầu bài tiết protein vào nhựa cây của nó.
Tương Lai Của Nông Nghiệp An Toàn và Xử Lý Môi Trường
Phát hiện mang tính đột phá này định hình một mục tiêu chính xác để các nhà khoa học và nhà lai tạo giống có thể tạo ra các giống bầu bí kháng ô nhiễm. Bằng cách thao túng hoặc loại bỏ "thẻ tín hiệu" phân tử này, họ có thể phát triển các loại bí ngô, bí xanh, và dưa an toàn hơn để trồng trên các vùng đất có nguy cơ ô nhiễm.
Bên cạnh đó, phát hiện này có thể được ứng dụng trong công nghệ sinh học môi trường. Nếu bí ngô và các cây họ bầu bí có thể được biến đổi gen để tăng cường khả năng bài tiết các protein vận chuyển. Con người có thể tận dụng biến chúng thành các "bơm" chất ô nhiễm và trở thành những công cụ sinh học mạnh mẽ để làm sạch đất bị ô nhiễm một cách tự nhiên và bền vững. Những loại cây trồng đặc biệt này sẽ được dùng để hấp thụ tối đa chất độc khỏi đất, sau đó được thu hoạch và xử lý an toàn.
Việc giải mã được cơ chế phân tử đằng sau khả năng hấp thụ chất ô nhiễm của bí ngô không chỉ là một chiến thắng của khoa học thực vật - mà còn là một bước đệm quan trọng hướng tới một nền nông nghiệp toàn cầu an toàn hơn và một hành tinh sạch hơn.