Trồng khoai tây an toàn hơn: Loại bỏ độc tố khỏi khoai tây

Cây khoai tây tự nhiên sản xuất ra các hóa chất bảo vệ chúng khỏi côn trùng. Các hóa chất này, được gọi là glycoalkaloid steroid, hay SGA, được tìm thấy với số lượng lớn trong các phần xanh của vỏ khoai tây và ở các vùng nảy mầm. Chúng khiến khoai tây không an toàn cho côn trùng cũng như con người.

“Những hợp chất này rất quan trọng đối với cây trồng để xua đuổi côn trùng, nhưng chúng khiến một số bộ phận nhất định của những loại cây trồng này không ăn được”, Adam Jozwiak, một nhà hóa sinh phân tử của Đại học California – Riverside UCR, người đứng đầu nghiên cứu cho biết. “Bây giờ chúng tôi đã khám phá ra con đường tổng hợp sinh học, chúng tôi có khả năng tạo ra những loại cây chỉ sản xuất các hợp chất này trong lá trong khi vẫn giữ an toàn cho các bộ phận ăn được”.

Ánh sáng mặt trời có thể thúc đẩy sản xuất SGA trong củ khoai tây ngay cả sau khi chúng đã được thu hoạch. Bằng cách xác định cơ chế di truyền quan trọng trong quá trình sản xuất SGA, các nhà nghiên cứu tại UCR có thể giảm độc tính của khoai tây trong khi vẫn bảo tồn khả năng phòng vệ tự nhiên của cây. Việc loại bỏ SGA khỏi khoai tây cũng giúp việc bảo quản và vận chuyển khoai tây ngoài trời dễ dàng hơn.

Nghiên cứu được công bố trên tạp chí Science tập trung vào một loại protein có tên là GAME15, đóng vai trò quan trọng trong việc chỉ đạo quá trình sản xuất SGA của cây. Loại protein này hoạt động như một loại enzyme và một khung, sắp xếp các enzyme khác thành một nhà máy chuyển đổi sản xuất SGA hiệu quả đồng thời ngăn chặn các hợp chất độc hại rò rỉ vào các bộ phận khác của tế bào thực vật, nơi chúng sẽ gây ra sự tàn phá.

Cà chua cũng sản xuất SGA, chủ yếu ở quả xanh, chưa chín, cũng như ở lá, thân và rễ của cây. Khi các nhà nghiên cứu làm im lặng gen GAME15 ở cà chua, họ đã loại bỏ quá trình sản xuất SGA nhưng cũng khiến cây dễ bị sâu bệnh tấn công.

Bằng cách biến đổi gen thực vật để kiểm soát thời điểm và vị trí sản xuất SGA, ví dụ như ở lá nhưng không phải ở chính khoai tây, các nhà nghiên cứu hình dung ra những loại cây trồng có thể được bảo quản mà không có nguy cơ bị độc tính do tiếp xúc với ánh sáng mặt trời.

“Bạn có thể cất khoai tây trong bếp mà không phải lo lắng về việc tiếp xúc với ánh nắng mặt trời, khiến chúng sản xuất nhiều SGA hơn. Và sau đó, bạn có thể ăn chúng bất cứ khi nào bạn muốn, giúp giảm lãng phí thực phẩm”, Jozwiak cho biết.

Ngoài ra, những phát hiện này có thể cho phép sử dụng các bộ phận khác của cây, chẳng hạn như lá, làm thực phẩm trong môi trường không gian hạn chế như các sứ mệnh không gian hoặc hệ thống canh tác thẳng đứng. “Đối với canh tác không gian, nơi mọi bộ phận của cây đều có thể ăn được, những phát hiện này đặc biệt hứa hẹn”, Jozwiak cho biết.

Nhóm nghiên cứu đã đạt được những hiểu biết này bằng cách ban đầu tái tạo quy trình sản xuất SGA ở cây thuốc lá. Đáng ngạc nhiên là họ phát hiện ra rằng trong quá trình tiến hóa, quá trình này đã chuyển hướng protein từ màng sinh chất hoặc bộ máy Golgi, nơi chịu trách nhiệm sản xuất các thành phần thành tế bào quan trọng cho sự phát triển của tế bào, đến lưới nội chất, một phần của tế bào nơi bắt đầu sản xuất độc tố.

“Về cơ bản, cây vay mượn từ chính nó để tạo ra GAME15”, Jozwiak cho biết. “Chúng tôi không ngờ rằng cây lại chiếm đoạt protein mà nó cần để sản xuất thành tế bào”.

Quả xanh, chưa chín có thể có độc, nhưng trong quá trình chín, các phân tử này chuyển hóa thành thứ có thể ăn được. Bằng cách hạn chế SGA ở các bộ phận không ăn được của cây, cả nông dân và người tiêu dùng đều có thể hưởng lợi từ các loại cây trồng an toàn hơn, đa năng hơn.

“Nghiên cứu của chúng tôi chứng minh rằng thực vật đã phát triển những cách khéo léo để cân bằng giữa tăng trưởng, sinh sản và phòng thủ”, Jozwiak cho biết. “Hiểu được các hệ thống này cho phép chúng tôi thiết kế lại các loại cây trồng để đáp ứng nhu cầu hiện đại mà không ảnh hưởng đến khả năng phát triển của chúng”.

Nghiên cứu này là nỗ lực hợp tác chặt chẽ giữa các nhà nghiên cứu từ Viện Khoa học Weizmann ở Israel, cũng như Đại học Kobe, Trung tâm Khoa học Tài nguyên Bền vững RIKEN và Đại học Osaka ở Nhật Bản. Những phát hiện của nhóm không chỉ hứa hẹn về thực phẩm lành mạnh hơn mà còn đại diện cho bước tiến vượt bậc trong nông nghiệp bền vững và khám phá không gian.

“Chúng tôi rất vui mừng về tiềm năng của khám phá này”, Jozwiak cho biết. “Thật thú vị khi nghĩ về cách chúng ta có thể kéo dài đáng kể thời hạn sử dụng của các loại cây trồng như khoai tây và giảm lãng phí thực phẩm trên Trái đất và hơn thế nữa”.