Chỉnh sửa gene trong nông nghiệp: Đã rộng cửa phát triển?

Nông nghiệp thế giới hiện đang phải đối mặt với những thách thức lớn: dân số tăng, nhu cầu tiêu thụ lương thực tăng. Trong khi đó, bất chấp đầu tư và đổi mới công nghệ, sản lượng lương thực đã tăng chậm lại trong những thập kỷ qua. Kể từ những năm 1990, sản lượng các loại cây lương thực trên toàn cầu chỉ tăng trung bình hơn 1%/năm một chút, thấp hơn nhiều so với những năm 1960 – theo con số của FAO công bố năm 2017.

Sự tăng tốc cần thiết về năng suất cây trồng còn bị cản trở bởi biến đổi khí hậu. Mặc dù nhiệt độ cao hơn có thể cải thiện sự phát triển của cây trồng, nhưng các nghiên cứu đã ghi nhận rằng năng suất cây trồng giảm đáng kể khi nhiệt độ ban ngày vượt quá một mức nhất định. Ngoài ra, biến đổi khí hậu có thể làm cho cây trồng dễ bị sâu bệnh hơn vì những thay đổi về nhiệt độ và độ ẩm kích thích sự xuất hiện của mầm bệnh, nấm và côn trùng.

Dữ liệu lịch sử cho thấy những cải tiến về di truyền của cây trồng đã dẫn đến những thay đổi đáng kể về năng suất và sự ổn định của năng suất. Hơn 50% các tiến bộ về năng suất cây trồng có đóng góp của các giống cây được cải thiện các đặc tính như kháng bệnh, hiệu quả dinh dưỡng, khả năng chịu hạn hoặc tích lũy các hợp chất liên quan đến sức khỏe.

Hiện nay, trong nông nghiệp, công nghệ chỉnh sửa gene thông qua hệ thống CRISPR/Cas đang được xem là phương pháp chính xác và hiệu quả nhất để cải tạo giống cây trồng. CRISPR/Cas được khám phá ở tế bào vi khuẩn E.Coli vào năm 1987. Sau khi được sử dụng thành công trong chỉnh sửa hệ gene ở tế bào động vật năm 2013, hệ thống này được ứng dụng rộng rãi trên nhiều đối tượng khác nhau như vi sinh vật, thực vật và cả trên tế bào người. Trong nông nghiệp, hệ thống này cho phép tạo ra các đột biến theo định hướng, có thể tác động tới nhiều gene cùng một lúc và đặc biệt là các đột biến tạo được có thể không mang theo bất cứ trình tự DNA ngoại lai (tức gene chuyển hay transgene) nào trong hệ gene. Khác với cây chuyển gene hay còn gọi là GMO (với DNA ngoại lai sẽ tồn tại bên trong hệ gene cây chủ để tạo tính trạng), hệ thống CRISPR/Cas sau khi thực hiện việc chỉnh sửa gene sẽ được loại khỏi hệ gene cây chủ thông qua quá trình phân ly để tạo ra các dòng đột biến ổn định tương tự như những đột biến xuất hiện tự nhiên hay thông qua xử lý hóa chất hoặc phóng xạ.

Bên cạnh đó, chỉnh sửa gene còn giúp giảm đáng kể thời gian chọn tạo và đưa những giống cây trồng mới ra thị trường so với sử dụng các phương pháp truyền thống, vốn thường tốn rất nhiều thời gian để có thể cho ra đời một giống mới với tính trạng mong muốn.