Các nhà khoa học từ Viện Sinh học Quốc gia (NIB) ở Ljubljana, Slovenia, cùng với các đối tác quốc tế, đã phát triển potato-GEM, mô hình trao đổi chất toàn diện đầu tiên của khoai tây. Công cụ tiên tiến này nhằm mục đích đẩy nhanh quá trình phát triển các giống khoai tây có khả năng chống chịu sâu bệnh và biến đổi khí hậu tốt hơn, đồng thời nâng cao năng suất cây trồng.
Mô hình potato-GEM, được công bố trên Kỷ yếu của Viện Hàn lâm Khoa học Quốc gia Hoa Kỳ (PNAS), cho phép các nhà nghiên cứu phân tích sự cân bằng phức tạp giữa tăng trưởng và phòng thủ trong quá trình trao đổi chất của cây. Khoai tây, một loại cây lương thực quan trọng trên toàn cầu, thường xuyên phải đối mặt với các mối đe dọa từ các tác nhân gây bệnh như virus và sâu bệnh hại, trong đó có bọ cánh cứng Colorado. Những loài gây hại này có thể gây thiệt hại mùa màng lên tới 80%, buộc cây phải chuyển hướng nguồn lực từ tăng trưởng sang phòng thủ.
Tiến sĩ Jan Zrimec từ NIB nhấn mạnh rằng việc tái tạo trao đổi chất mở rộng này bao gồm toàn bộ quá trình trao đổi chất thứ cấp đã biết của cây khoai tây. "Potato-GEM cung cấp một nền tảng tuyệt vời để phát triển và ứng dụng thêm," ông nói. Đồng nghiệp Kristina Gruden, người đứng đầu nhóm nghiên cứu tại NIB, bổ sung: "Hiểu được các cơ chế phân tử đằng sau phản ứng của cây với căng thẳng có thể cải thiện các chiến lược nhân giống và giúp chúng tôi phát triển các giống cây có khả năng chống chịu căng thẳng, năng suất và chất lượng tốt hơn."
Sự phát triển của potato-GEM đặc biệt kịp thời trong bối cảnh dân số toàn cầu ngày càng tăng và những thách thức do biến đổi khí hậu gây ra. Những thay đổi về điều kiện môi trường dẫn đến thiệt hại mùa màng hàng năm lên tới hàng tỷ euro. Khả năng của mô hình trong việc phân tích sự tương tác giữa tăng trưởng và cơ chế phòng thủ cung cấp một cơ sở khoa học cho các nỗ lực nhân giống có mục tiêu, có khả năng dẫn đến những cải thiện đáng kể về năng suất và chất lượng cây trồng, đồng thời giảm sự phụ thuộc vào thuốc trừ sâu.
Nghiên cứu này cũng làm sáng tỏ những phát hiện khác trong lĩnh vực này. Các nhà nghiên cứu tại Đại học Khoa học Nông nghiệp Thụy Điển (SLU) đã xác định được một gen mới, Parakletos, có thể điều chỉnh độ nhạy cảm của cây đối với các mối đe dọa như nấm và hạn hán. Bằng cách loại bỏ gen này, khả năng phòng thủ tự nhiên của cây được tăng cường đáng kể, giúp cây trồng có khả năng chống chịu tốt hơn với các điều kiện khí hậu khắc nghiệt hơn trong tương lai. Ngoài ra, các nỗ lực đang được thực hiện để phát triển các giống khoai tây có khả năng chống chịu khí hậu bằng cách sử dụng các họ hàng hoang dã của khoai tây. Trung tâm Khoai tây Quốc tế (CIP) đang đi đầu trong lĩnh vực này, lai tạo các giống khoai tây có khả năng chịu nhiệt và hạn hán, cũng như kháng bệnh bạc lá và héo xanh. Những tiến bộ này, cùng với việc phát triển các mô hình dự đoán như potato-GEM, báo hiệu một kỷ nguyên mới của sự đổi mới trong nông nghiệp, nơi khoa học và công nghệ hội tụ để giải quyết những thách thức về an ninh lương thực toàn cầu.