Trong một nghiên cứu được công bố trênKỷ yếu của Viện Hàn lâm Khoa học Quốc giaCác nhà nghiên cứu từ Đại học bang Utah và các đồng nghiệp quốc tế của họ đã tiết lộ những phát hiện mới có thể thúc đẩy đáng kể kỹ thuật di truyền cố định đạm ở cây lương thực. Nhóm nghiên cứu, dẫn đầu bởi các nhà hóa sinh Lance Seefeldt và Zhi-Yong Yang, đã phát hiện ra một phương pháp hợp lý chỉ liên quan đến 7 gen quan trọng cho phép các loại cây ngũ cốc như ngô và lúa chuyển đổi nitơ trong khí quyển thành chất dinh dưỡng có thể sử dụng được.
Trong lịch sử, nitơ, chất cần thiết cho sự phát triển của cây trồng, được cung cấp thông qua phân bón tổng hợp, một phương pháp phụ thuộc rất nhiều vào quy trình Haber-Bosch được phát triển hơn một thế kỷ trước. Mặc dù có hiệu quả trong việc thúc đẩy sản xuất lương thực toàn cầu, nhưng quá trình này đòi hỏi đầu vào nhiên liệu hóa thạch đáng kể và gây ra dấu ấn môi trường đáng kể. Ngược lại, khả năng cây trồng cố định đạm trong không khí chỉ bằng ánh sáng mặt trời có thể làm giảm đáng kể nhu cầu phân bón hóa học và giảm thiểu lượng khí thải carbon liên quan.
Seefeldt và Yang, làm việc với các nhà khoa học từ Đại học Bách khoa Madrid và Đại học Carnegie Mellon, tập trung vào việc tích hợp các gen cố định đạm vào ty thể và lục lạp thực vật. Cách tiếp cận này sẽ cho phép thực vật sản xuất phân bón một cách độc lập, có khả năng thay đổi các hoạt động nông nghiệp, đặc biệt là ở các khu vực như Châu Phi cận Sahara, nơi khả năng tiếp cận phân bón tổng hợp còn hạn chế.
Bước đột phá này cũng mở rộng sang nông nghiệp vũ trụ, hỗ trợ các sứ mệnh dài hạn và các nỗ lực xâm chiếm thuộc địa tiềm năng bằng cách cung cấp một phương pháp bền vững để trồng trọt trong môi trường ngoài Trái đất.
Khi thế giới phải vật lộn với những thách thức kép là biến đổi khí hậu và nhu cầu lương thực ngày càng tăng, nghiên cứu này đưa ra một con đường đầy hứa hẹn hướng tới các hệ thống nông nghiệp bền vững và kiên cường hơn. Công việc đang diễn ra của nhóm là tìm cách cải tiến hơn nữa các tổ hợp di truyền cần thiết cho quá trình cố định đạm hiệu quả ở thực vật, nhằm mục đích điều phối một bản giao hưởng đầy đủ của hoạt động di truyền để tổng hợp chất dinh dưỡng tối ưu.
