Trong bối cảnh biến đổi khí hậu, giá hạt giống cao và nhu cầu lương thực ngày càng tăng, một công nghệ đột phá đã thu hút sự chú ý mạnh mẽ của giới khoa học và nông nghiệp toàn cầu.

Tại Giải thưởng khoa học, công nghệ toàn cầu VinFuture 2025, một nhóm nhà khoa học quốc tế đã được vinh danh với Giải Đặc biệt trị giá 500.000 USD cho công trình nghiên cứu về giống cây trồng có khả năng tái tạo chính xác đặc tính di truyền của cây mẹ thông qua hạt giống.

Giải thưởng được trao cho nhóm gồm năm nhà khoa học hàng đầu: GS Venkatesan Sundaresan và TS Imtiyaz Ahmad Khanday (Đại học California, Davis, Mỹ); GS Raphaël Mercier (Viện Max Planck về Nghiên cứu Phối giống Thực vật, Đức); cùng TS Emmanuel Guiderdoni và TS Delphine Mieulet (CIRAD - Trung tâm Nghiên cứu Quốc tế vì Sự Phát triển Nông nghiệp, Pháp).

Giải pháp đột phá, cây tự nhân bản trong quá trình tạo hạt

Trước đây, giống cây lai, mặc dù có năng suất vượt trội thường không thể tự nhân giống qua hạt. Việc lai cây bố và cây mẹ tạo ra thế hệ F1 với năng suất cao và nhiều đặc tính vượt trội. Tuy nhiên, khi nông dân giữ lại hạt của cây F1 để gieo trồng cho vụ sau, tức tạo ra thế hệ F2, các đặc tính ưu việt này không còn được duy trì mà bị phân ly mạnh. Hệ quả là năng suất và chất lượng cây trồng suy giảm rõ rệt.

Chính vì vậy, nông dân buộc phải mua hạt giống F1 mới cho mỗi mùa vụ, kéo theo chi phí sản xuất ngày càng gia tăng và làm giảm khả năng tiếp cận giống tốt của các nông hộ nhỏ. Thực trạng này trở thành rào cản lớn đối với các quốc gia đang phát triển, nơi sản xuất nông nghiệp vẫn chủ yếu dựa vào các hộ canh tác quy mô nhỏ, khó tiếp cận các thành tựu nông nghiệp tiên tiến.

Đột phá khoa học vừa được công bố và vinh danh tại Giải thưởng khoa học và công nghệ toàn cầu VinFuture đã mở ra khả năng giải quyết tận gốc vấn đề này. Với công nghệ apomixis sinh học mới, cơ chế sinh sản vô tính đã được “bật” ngay trong quá trình tạo hạt.

GS Venkatesan Sundaresan cho biết, nhóm nghiên cứu đã xác định hai gen then chốt, trong đó một gen được bất hoạt để ngăn quá trình giảm phân gây trộn lẫn di truyền, gen còn lại được kích hoạt nhằm tạo hợp tử không cần thụ tinh. Với sự hỗ trợ của công nghệ chỉnh sửa gen CRISPR, nhóm đã chuyển sinh sản hữu tính sang sinh sản vô tính, giúp hạt giống từ thế hệ F1 phát triển thành các thế hệ sau mang bộ gen giống hệt cây mẹ.

Công trình nghiên cứu về giống cây trồng có khả năng tự tái tạo qua hạt nhưng vẫn giữ nguyên đặc tính di truyền của cây mẹ được ví như một “máy photocopy di truyền”, đem lại cơ hội rộng mở cho người nông dân.

Cơ hội lớn cho người nông dân Việt Nam

Hành trình đưa công trình này từ phòng thí nghiệm đến Giải thưởng VinFuture 2025 là một câu chuyện về hợp tác xuyên biên giới và đam mê khoa học không ngừng nghỉ. Từ những bước đầu nghiên cứu sinh sản vô tính qua hạt, đến khi hoàn thiện giải pháp có khả năng tái tạo giống cây trồng giữ nguyên đặc tính di truyền, các nhà khoa học đã phải vượt qua nhiều thách thức về mặt sinh học phát triển, kỹ thuật di truyền và ứng dụng thực tiễn.

Năm 2019, nhóm nghiên cứu do GS Venkatesan Sundaresan và TS Imtiyaz Ahmad Khanday dẫn dắt lần đầu đạt được apomixis, tức sinh sản vô tính qua hạt, trên cây lúa, với khoảng 30% số hạt tạo ra là bản sao di truyền của cây mẹ. TS Khanday cho biết apomixis từ lâu được coi là mục tiêu then chốt của công nghệ sinh học hạt giống và là “giấc mơ” của các nhà lai tạo, bởi cơ chế này cho phép nhân giống cây lai dưới dạng bản sao vô tính thông qua hạt, qua đó duy trì trọn vẹn sức sống và các đặc tính ưu việt của giống lai.

Không chỉ là bước tiến mang tính đột phá về mặt khoa học, thành tựu này còn mở ra triển vọng lớn cho nông nghiệp, khi các giống cây lai năng suất cao, kháng bệnh và thích ứng tốt với biến đổi khí hậu có thể được nhân giống ổn định qua nhiều thế hệ với chi phí thấp. Nhờ đó, mở ra triển vọng mang lại lợi ích thiết thực cho nông dân trên toàn cầu, trong đó có Việt Nam.

Đối với Việt Nam, một quốc gia xuất khẩu gạo hàng đầu thế giới hiện đối mặt với thách thức kép: biến đổi khí hậu và yêu cầu giảm phát thải, công nghệ này hoàn toàn phù hợp và có tiềm năng ứng dụng to lớn tại Việt Nam.

Đặc biệt, theo Tiến sĩ Ahmad Khanday, công trình nghiên cứu này được thực hiện đầu tiên thành công trên cây lúa. Vì thế, công nghệ hoàn toàn có tiềm năng ứng dụng trên các dòng lúa sẵn có của Việt Nam

Một điểm đáng chú ý khác là các kết quả nghiên cứu nền tảng của công trình hiện được công bố theo hình thức nguồn mở. Điều này đồng nghĩa với việc cộng đồng khoa học, trong đó có các nhà nghiên cứu Việt Nam, hoàn toàn có thể tiếp cận, nghiên cứu và triển khai ứng dụng ngay. Các tác giả cho biết họ đặc biệt kỳ vọng vào những cơ hội hợp tác với Học viện Nông nghiệp Việt Nam cùng các nhà khoa học trong nước nhằm sớm chuyển giao công nghệ, đưa thành tựu này vào thực tiễn sản xuất nông nghiệp.