Trung tâm công nghệ sinh học Thành Phố Hồ Chí Minh

Sự gia tăng dân số toàn cầu cùng với những tác động ngày càng nghiêm trọng của biến đổi khí hậu đang đặt ra thách thức lớn đối với sản xuất nông nghiệp. Trong bối cảnh đó, hệ thống lương thực hiện nay sẽ không đủ khả năng đáp ứng nhu cầu trong tương lai. Mặc dù có hơn 12.000 loài thực vật có thể sử dụng làm thực phẩm, nền nông nghiệp toàn cầu vẫn phụ thuộc chủ yếu vào một số rất ít cây trồng, trong đó khoảng 30 loài cung cấp tới 95% lượng calo cho nhân loại. Sự phụ thuộc này đã tạo nên một hệ thống lương thực mang tính đồng nhất cao và ngày càng dễ bị tổn thương trước các tác động của môi trường và khí hậu.

Một góc nhìn mới từ nhóm nghiên cứu của Giáo sư Xu Cao tại Viện Di truyền học và Sinh học Phát triển (IGDB), Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc, đã đề xuất hướng tiếp cận đầy tiềm năng nhằm tăng cường an ninh lương thực và dinh dưỡng toàn cầu thông qua việc phục hồi và phát triển các loại cây trồng chưa được quan tâm đúng mức (cây trồng mồ côi). Đây là những loài cây có mức độ đa dạng sinh học cao, giá trị dinh dưỡng phong phú và khả năng thích nghi tốt với điều kiện sinh thái địa phương.

Cụ thể, các nhà nghiên cứu đã phân tích một cách có hệ thống giá trị nông nghiệp cũng như những thách thức then chốt đang cản trở việc phát triển các cây trồng này, đồng thời đề xuất một chiến lược lai tạo giống dựa trên trí tuệ nhân tạo để đẩy nhanh quá trình cải tiến và khai thác tiềm năng chưa được sử dụng của các cây trồng ít được biết đến.
  Các “cây trồng mồ côi” bao gồm nhiều loài ngũ cốc như kê (fonio), lạc (tef), các cây họ đậu như đậu mắt đen (cowpea), cùng với nhiều loại rau, cây ăn quả, cây lấy sợi và cây dầu có tầm quan trọng ở quy mô khu vực. Những cây trồng này được đánh giá cao nhờ khả năng chịu hạn, giá trị dinh dưỡng cao và sự đa dạng loài. Việc đưa các cây trồng ít được chú ý vào hệ thống sản xuất nông nghiệp chủ lực có thể góp phần cải thiện an ninh dinh dưỡng, tăng cường khả năng chống chịu với biến đổi khí hậu và mở rộng đa dạng sinh học nông nghiệp ở cả quy mô khu vực và toàn cầu.

Tuy nhiên, do đầu tư nghiên cứu hạn chế và thiếu các hệ thống lai tạo giống tiên tiến, nhiều “cây trồng mồ côi” vẫn chưa có các giống ưu tú đạt năng suất cao, chất lượng tốt và độ ổn định, từ đó hạn chế khả năng ứng dụng rộng rãi trong sản xuất.

Để khắc phục những hạn chế này, Giáo sư Xu Cao và cộng sự đã đề xuất một chiến lược DSAP tích hợp, kết hợp thuần hóa mới (de novo domestication), chọn giống tăng tốc (speed breeding) và phân tích kiểu hình được hỗ trợ bởi AI (AI-empowered phenomics) nhằm đẩy nhanh quá trình chọn giống các “cây trồng mồ côi”.

Trong đó, thuần hóa mới sử dụng công nghệ chỉnh sửa hệ gen để nhanh chóng đưa các tính trạng mong muốn vào cây trồng trong khi vẫn duy trì khả năng chống chịu stress vốn có. Chọn giống tăng tốc khai thác các điều kiện môi trường được kiểm soát và kéo dài thời gian chiếu sáng để rút ngắn chu kỳ thế hệ. Nghiên cứu kiểu hình dựa trên trí tuệ nhân tạo cho phép thu thập và phân tích dữ liệu kiểu hình với thông lượng cao, từ đó nâng cao độ chính xác trong việc chọn lọc các dòng ưu tú.

Việc tích hợp các phương pháp này trong một khung chiến lược thống nhất có thể thúc đẩy đổi mới nguồn gen, rút ngắn thời gian thế hệ và nâng cao hiệu quả đánh giá giống, qua đó giải quyết những nút thắt then chốt của các chương trình chọn giống truyền thống.

Các tác giả nhấn mạnh rằng việc cải tiến và phát triển các “cây trồng mồ côi” có thể mang lại một chiến lược toàn diện nhằm nâng cao tính đa dạng của nguồn thực phẩm, cải thiện chất lượng dinh dưỡng và tăng cường tính bền vững của môi trường. Với sự đầu tư lâu dài cho nghiên cứu khoa học cùng các chính sách hỗ trợ phù hợp, các “cây trồng mồ côi” hoàn toàn có thể trở thành những thành phần quan trọng của hệ thống lương thực bền vững trong tương lai.

Nguồn: phys.org