Ngày 9/12/2025, nhóm nghiên cứu tại Trường Đại học Aarhus (Đan Mạch) công bố một phát hiện có thể làm thay đổi nền nông nghiệp toàn cầu: chỉ với một điều chỉnh nhỏ trong cấu trúc protein, các nhà khoa học đã mở ra khả năng giúp cây trồng tự tổng hợp đạm, giảm mạnh nhu cầu sử dụng phân bón hóa học, một bước tiến hướng tới nông nghiệp bền vững và thân thiện môi trường.
Cây trồng có thể tự tổng hợp đạm: Bước đột phá từ Đại học Aarhus
Các nhà khoa học đã phát hiện một vùng protein nhỏ đóng vai trò quyết định việc thực vật từ chối hay chấp nhận vi khuẩn chuyển hóa đạm, những vi khuẩn có khả năng biến nitơ trong không khí thành hợp chất hữu ích cho cây.
Bằng cách điều chỉnh chỉ hai axit amin, nhóm nghiên cứu đã chuyển đổi một thụ thể phòng vệ của thực vật thành thụ thể hỗ trợ cộng sinh. Kết quả bước đầu trên cây lúa mạch cho thấy, trong tương lai, các loại ngũ cốc có thể được biến đổi gen để tự tổng hợp đạm, qua đó giảm đáng kể nhu cầu sử dụng phân bón hóa học và phát thải khí nhà kính.
Theo nhóm nghiên cứu tại Đại học Aarhus (Đan Mạch), phát hiện này hé mở một cơ chế phân tử cho phép thực vật hợp tác với vi khuẩn cố định đạm tự nhiên, thay vì kích hoạt phản ứng miễn dịch để chống lại chúng. “Chúng ta đang tiến gần hơn một bước đến nền sản xuất thực phẩm xanh hơn và thân thiện hơn với khí hậu,” hai giáo sư Kasper Røjkjær Andersen và Simona Radutoiu, đồng tác giả nghiên cứu khẳng định.
Công trình này cung cấp manh mối sinh học quan trọng nhằm giảm sự phụ thuộc của nông nghiệp vào phân bón hóa học. Hiện nay, hầu hết cây trồng cần nitơ từ phân bón để phát triển, trong khi chỉ một số ít, như đậu Hà Lan, đậu nành hay cỏ ba lá có thể tự cộng sinh với vi khuẩn cố định đạm để hấp thụ nguồn dinh dưỡng này.
Các nhà khoa học trên toàn thế giới đang nỗ lực giải mã cơ chế di truyền và phân tử đằng sau khả năng kỳ diệu đó, với hy vọng chuyển đặc tính này sang các cây trồng chủ lực như lúa mì, lúa mạch và ngô. Nếu thành công, nông nghiệp toàn cầu có thể giảm mạnh tiêu thụ năng lượng và khí thải CO₂, vốn chiếm tới 2% năng lượng toàn cầu chỉ riêng cho sản xuất phân bón.
Nghiên cứu của Đại học Aarhus đánh dấu một bước tiến quan trọng hướng tới nền nông nghiệp bền vững, nơi cây trồng không chỉ sinh trưởng nhờ đất, nước và ánh sáng, mà còn tự tạo ra nguồn dinh dưỡng từ không khí.
Cách thực vật lựa chọn giữa phòng thủ và hợp tác
Thực vật liên tục “lắng nghe” môi trường xung quanh thông qua các thụ thể trên bề mặt tế bào, giúp chúng nhận biết tín hiệu hóa học từ vi sinh vật trong đất.
Một số vi khuẩn phát ra “tín hiệu cảnh báo”, khiến cây kích hoạt hệ thống phòng vệ để chống lại sự xâm nhập. Ngược lại, có những vi khuẩn gửi đi “tín hiệu thân thiện”, cho biết chúng là đối tác có lợi, có thể cung cấp dinh dưỡng cho cây.
Ở các loài cây họ đậu như đậu Hà Lan, đậu và cỏ ba lá, thực vật cho phép vi khuẩn chuyên biệt xâm nhập vào rễ, nơi chúng chuyển hóa nitơ trong không khí thành hợp chất hữu ích. Chính nhờ mối quan hệ cộng sinh này mà các loài cây họ đậu có thể phát triển mà không cần phân bón hóa học.
Nhóm nghiên cứu tại Đại học Aarhus (Đan Mạch) mới đây đã phát hiện rằng khả năng “nhận diện bạn hay thù” của thực vật phụ thuộc vào chỉ hai axit amin nhỏ bé trong một loại protein rễ.
“Đây là một phát hiện đáng chú ý và có ý nghĩa sâu sắc,” giáo sư Simona Radutoiu cho biết.
Theo nhóm nghiên cứu, protein này hoạt động như một thụ thể tiếp nhận tín hiệu từ vi khuẩn, quyết định xem cây sẽ kích hoạt hệ miễn dịch hay mở đường cho sự cộng sinh. Họ đã xác định được một vùng đặc biệt trong protein, gọi là “Yếu tố quyết định cộng sinh 1” hoạt động như một công tắc điều khiển, định hướng phản ứng của cây.
Chỉ bằng cách thay đổi hai axit amin trong “công tắc” này, các nhà khoa học đã chuyển đổi một thụ thể phòng vệ thành thụ thể hỗ trợ cộng sinh.
“Chúng tôi đã chứng minh rằng chỉ hai thay đổi nhỏ cũng có thể khiến thực vật thay đổi hành vi của chúng, từ việc từ chối vi khuẩn sang hợp tác với chúng,” Radutoiu nhấn mạnh.
Mở rộng tiềm năng sang các cây trồng lương thực chính
Trong các thí nghiệm tại phòng thí nghiệm, nhóm nghiên cứu đã tái tạo thành công cơ chế điều chỉnh protein này trên cây sen Nhật Bản (Lotus japonicus), một mô hình thường dùng trong nghiên cứu thực vật. Sau đó, họ thử nghiệm trên cây lúa mạch, và kết quả cho thấy cơ chế cộng sinh này cũng hoạt động hiệu quả.
“Điều đáng kinh ngạc là giờ đây chúng ta có thể lấy một thụ thể từ lúa mạch, thực hiện những thay đổi nhỏ trong đó, và quá trình chuyển hóa nitơ lại diễn ra bình thường,” giáo sư Kasper Røjkjær Andersen chia sẻ.
Theo các nhà khoa học, tiềm năng dài hạn của phát hiện này là vô cùng lớn. Nếu cơ chế này có thể được áp dụng cho các loại ngũ cốc khác, con người có thể phát triển những giống lúa mì, ngô hoặc gạo có khả năng tự chuyển hóa nitơ, tương tự như cây họ đậu.
“Tuy nhiên, vẫn còn nhiều bí ẩn cần được giải mã. Chúng ta phải tìm ra những ‘chìa khóa’ phân tử khác để hoàn thiện cơ chế này,” giáo sư Simona Radutoiu lưu ý. “Hiện nay, chỉ một số ít loài thực vật có thể cộng sinh với vi khuẩn cố định đạm. Nếu mở rộng được đặc tính này sang các cây trồng phổ biến, chúng ta có thể giảm đáng kể lượng nitơ cần bổ sung cho nông nghiệp toàn cầu.”
Phát hiện mới của các nhà khoa học Đại học Aarhus không chỉ làm sáng tỏ cách thực vật quyết định giữa phòng thủ và hợp tác, mà còn mở ra một hướng đi táo bạo trong cải tiến giống cây trồng. Bằng việc điều chỉnh chỉ hai axit amin trong một vùng protein nhỏ, các nhà nghiên cứu đã minh chứng rằng một thay đổi tinh vi ở cấp độ phân tử có thể dẫn đến bước ngoặt lớn trong nông nghiệp toàn cầu.Nếu các nguyên tắc này có thể được mở rộng sang những cây lương thực chủ lực như lúa mì, ngô hay gạo, thế giới có thể tiến gần hơn tới mục tiêu nông nghiệp tự cung cấp dinh dưỡng, giảm phụ thuộc phân bón hóa học, từ đó cắt giảm phát thải CO₂ và xây dựng nền sản xuất lương thực xanh, bền vững hơn.
Phát hiện này không chỉ là một bước tiến của khoa học thực vật, mà còn là một lời hứa cho tương lai, nơi cây trồng và vi khuẩn cùng nhau nuôi sống hành tinh một cách hài hòa và hiệu quả.
Đinh Hoàng Anh
Tài liệu tham khảo tạp chí :
Magdalini Tsitsikli, Bine Simonsen, Thi-Bich Luu, Maria M. Larsen, Camilla G. Andersen, Kira Gysel, Damiano Lironi, Christina Krönauer, Henriette Rübsam, Simon B. Hansen, René Bærentsen, Jesper Lundsgaard Wulff, Sarah Holt Johansen, Gülendam Sezer, Jens Stougaard, Kasper Røjkjær Andersen, Simona Radutoiu. Hai dư lượng lập trình lại các thụ thể miễn dịch để cộng sinh cố định đạm . Thiên nhiên , 2025; DOI: 10.1038/s41586-025-09696-3
Đại học Aarhus. “Đột biến nhỏ ở rễ có thể giúp cây trồng tự thụ phấn.” ScienceDaily. ScienceDaily, ngày 9 tháng 12 năm 2025. < www.sciencedaily.com/releases/2025/12/251209043038.htm > .