Phân bón Phosphate có vai trò thiết yếu đối với sự sinh trưởng phát triển và quyết định tới năng suất của cây trồng. Bên cạnh đó, sự cạn kiệt nhanh chóng của nguồn mỏ nguyên liệu không tái tạo cũng như những tác động tiêu cực từ việc khai thác phosphate tới môi trường đất, nước và hệ sinh thái đã thu hút sự chú ý đặc biệt của các nhà nghiên cứu nhằm tìm ra giải pháp cải tiến các giống cây trồng, nâng cao hiệu quả trong việc hấp thụ và sử dụng Phosphate. Kế thừa kết quả phân tích di truyền liên kết toàn bộ hệ gen (GWAS) trên một tập đoàn gần 200 giống lúa bản địa đã được giải trình tự, chúng tôi đề xuất sử dụng công nghệ chỉnh sửa gen nhằm nâng cao hiệu quả sử dụng Phosphate ở cây lúa, hướng tới phát triển nông nghiệp bền vững, với một số mục tiêu cụ thể như sau:
- Định vị chính xác SNP quyết định tới khả năng hấp thụ và sử dụng phosphate trong đất của cây lúa bằng phương pháp QTL-sequencing
- Hiểu rõ được cơ chế phân tử của các gen ứng viên trên cây lúa tới khả năng hấp thụ và sử dụng phosphate bằng phương pháp phân tích hệ gen chức năng.
- Cải tiến một giống lúa ưu tú của Việt Nam nhằm nâng cao khả năng sử dụng Phosphate bằng phương pháp chỉnh sửa gen chính xác.
Những nội dung chính của dự án
- Nội dung 1 (01 / 2022-12 / 2022): Xác định chính xác SNP quyết định tới khả năng sử dụng Phosphate bằng phương pháp QTL-sequencing.
- Nội dung 2 (01/2022-06/2025): Nghiên cứu chức năng gen của các gen ứng viên bằng phương pháp mất chức năng, thêm chức năng và giải phẫu mô học của dòng promotor gắn với gen báo cáo Gus.
- Nội dung 3 (01/2023-06/2025): Chỉnh sửa gen GDPD5 và/hoặc GDPD13 cho một giống lúa phổ biến của Việt Nam.
Để mở rộng ứng dụng của nghiên cứu về khả năng cải thiện khả năng hấp thụ và sử dụng Phosphate trên cây lúa bản địa của Việt Nam, cùng với thông tin chính xác về các alen quyết định cho hấp thụ và sử dụng Phosphate cao, chúng tôi sẽ chọn một giống lúa ưu tú của Việt Nam để cải thiện khả năng sửa dụng Phosphate của chúng. Đầu tiên, chúng tôi sẽ tiến hành khảo sát khả năng sử dụng Phosphate trên 50 giống lúa phổ biến của Việt Nam để chọn ra dòng ưu tú, năng suất cao nhưng khả năng sử dụng Phosphate thấp. Sau khi đã chọn được giống cần cải tiến, chúng tôi sẽ chuyển cấu trúc chỉnh sửa gen bằng CRISPR/Cas9 thông qua quy trình đã được tối ưu cho việc chuyển gen lúa bản địa. Tác động của đột biến của gen GDPDs đối với sự thay đổi cấu trúc rễ cũng như hiệu quả sử dụng Phosphate của lúa đột biến trên cây lúa Việt Nam sẽ được đánh giá bằng kiểu hình và bằng phương pháp định lượng hiệu suất sử dụng Phosphate.
Tác động của dự án
- Tác động đối với phát triển KH&CN và giáo dục:
Công nghệ chỉnh sửa gen nói chung và chỉnh sửa chính xác bộ gen nói riêng là một công nghệ đột phá, đặc biệt hứa hẹn sẽ đóng góp lớn cho lĩnh vực sinh học nông nghiệp. Đề tài có sự tham gia của các giảng viên và nhà nghiên cứu đến từ USTH, Viện công nghệ sinh học IBT-VAST và với sự hỗ trợ đắc lực của nhóm nghiên cứu chỉnh sửa gen tại Khoa Khoa học Đời sống Ứng dụng (Đại học Quốc gia Gyeongsang, Hàn Quốc). Chúng tôi kỳ vọng sẽ phát triển thành một nhóm nghiên cứu mạnh chuyên về chỉnh sửa bộ gen và nghiên cứu giải phẫu mô ở cây lúa tại Việt Nam. Việc làm chủ công nghệ này sẽ góp phần nâng cao năng lực nghiên cứu, giảng dạy và góp phần đẩy nhanh quá trình chọn giống cây trồng có năng suất, chất lượng. Trong tương lai, chúng tôi hy vọng sẽ phát triển các giống lúa có khả năng chống chịu một số điều kiện bất lợi của môi trường. - Tác động tới kinh tế xã hội và môi trường:
Các dòng lúa được tạo ra được coi là không mang các gen chuyển, thân thiện với môi trường chuyển giao dưới hình thức chuyển giao vật liệu nghiên cứu cho các đơn vị lai tạo, sản xuất để tạo giống lúa mới, phục vụ sản xuất. Và nếu chọn tạo giống lúa mới được thực hiện đúng hướng sẽ làm giảm việc sử dụng phân bón Phosphate, giảm chi phí chi tiêu cho phân bón đồng nghĩa với việc tăng thu nhập cho người nông dân. Hơn nữa, việc giảm khai thác và giảm sử dụng Phosphate cũng làm giảm ô nhiễm môi trường, tránh hiện tượng phú dưỡng, tránh ô nhiễm do tích tụ kim loại nặng Cadmium khi khai thác mỏ Phosphate, góp phần hướng tới mục tiêu phát triển nông nghiệp bền vững.
