Trong công nghệ sinh học thực vật hiện đại, khả năng tái sinh – tức quá trình nuôi cấy một tế bào đơn lẻ để phát triển thành một cây hoàn chỉnh – là nền tảng cốt lõi. Tuy nhiên, phương pháp truyền thống phụ thuộc vào hormone đang bộc lộ nhiều hạn chế. Mới đây, một nghiên cứu được công bố trên tạp chí khoa học The Plant Cell bởi các nhà nghiên cứu từ WUR và KeyGene đã mở ra một hướng đi hoàn toàn mới.
"Nút thắt" của phương pháp dùng hormone truyền thống
Bà Jana Wittmer, nhà nghiên cứu sinh học tế bào tại WUR, giải thích cơ chế cơ bản: "Tái sinh hoạt động dựa trên nguyên lý chuyển đổi một tế bào đã biệt hóa (như tế bào rễ hoặc lá) trở về trạng thái chưa biệt hóa – hay còn gọi là tế bào gốc. Từ đây, tế bào có thể chuyên hóa lại từ đầu để phát triển thành rễ, lá hoặc cây mới."
Quy trình này cho phép các nhà lai tạo duy trì chính xác bộ gen của giống cây mẹ sang thế hệ sau. Tuy nhiên, rào cản lớn nhất hiện nay là việc sử dụng hormone thực vật. Để kích thích tái sinh, các nhà khoa học phải bổ sung hormone vào môi trường nuôi cấy (mẫu cấy).
"Quá trình này cực kỳ tốn công sức và thời gian," bà Wittmer nhận định. "Chúng ta phải thử nghiệm từng chút một để tìm ra 'công thức' hormone phù hợp cho từng loài, thậm chí từng giống cây khác nhau. Hơn nữa, với nhiều loại cây quan trọng như ớt và dưa chuột, hiện vẫn chưa có quy trình dùng hormone nào đảm bảo tính ổn định và lặp lại được."
Cảm hứng từ giải Nobel: Tái lập trình tế bào chỉ với 2 gen
Để tìm giải pháp thay thế, nhóm nghiên cứu đã lấy cảm hứng từ công nghệ "Tế bào gốc vạn năng cảm ứng" (iPS) – một phương pháp từng đoạt giải Nobel trong y học. Thay vì dùng hóa chất (hormone), họ tập trung vào các gen quy định tế bào gốc rễ. Sau hàng loạt thử nghiệm, kết quả thu được rất bất ngờ: Chỉ cần kích hoạt đúng hai gen, quá trình tái sinh sẽ tự động diễn ra.
"Sau khi kích hoạt hai gen này, chúng tôi không cần can thiệp gì thêm, các tế bào thực vật tự tổ chức và sắp xếp lại. Từ một khối tế bào, một cây hoàn chỉnh phát triển trở lại," bà Wittmer hào hứng chia sẻ.
Phương pháp này đã được chứng minh thành công trên cây mô hình Arabidopsis (cải xoong), cà chua, xà lách và đặc biệt là ớt chuông – loài cây vốn "khét tiếng" là khó tái sinh bằng phương pháp hormone truyền thống.
Tiềm năng to lớn và thách thức pháp lý
Việc loại bỏ hormone không chỉ giúp tiết kiệm chi phí và nhân lực mà còn mở ra cơ hội to lớn trong việc chỉnh sửa gen để tạo ra các giống cây chống chịu sâu bệnh tốt hơn, năng suất cao hơn.
Tuy nhiên, thách thức hiện tại nằm ở rào cản pháp lý và kỹ thuật thương mại hóa. Bà Wittmer thẳng thắn nhìn nhận: "Trong phòng thí nghiệm, chúng tôi thực hiện bằng cách biến đổi vật liệu di truyền. Tại thị trường châu Âu, việc đưa cây trồng biến đổi gen (GMO) ra thương mại là một lộ trình đắt đỏ và khó khả thi."
Để giải quyết bài toán này, hướng đi tiếp theo của nhóm là tìm cách kích hoạt các gen tái sinh mà không cần can thiệp vào bộ gen (DNA). Một giải pháp tiềm năng là đưa trực tiếp các protein được mã hóa bởi gen tái sinh vào tế bào. "Nếu thành công, phương pháp này có thể ứng dụng ngay lập tức. Nhưng chúng tôi cần thêm vài năm để nghiên cứu và hoàn thiện," bà Wittmer cho biết.
Nghiên cứu này không chỉ là bước tiến về kỹ thuật mà còn mở ra những câu hỏi khoa học thú vị về cơ chế tế bào gốc, hứa hẹn tương lai nơi con người có thể điều khiển tế bào thực vật sản xuất các dược chất quý hiếm một cách chính xác.
