Nature Communications, một trong những tạp chí khoa học uy tín nhất thế giới, tháng trước công bố nghiên cứu quan trọng của tiến sĩ người Việt Đinh Xuân Hoàn, 37 tuổi. Tiến sĩ Hoàn đã phát hiện và xác định trình tự của gen bảo vệ các loại cây trồng như lúa mì và lúa mạch chống lại gỉ sắt do nấm, loại bệnh làm giảm 10% sản lượng lương thực toàn cầu.
Anh Hoàn tìm ra loại gen kháng này khi đang là nghiên cứu sinh năm thứ ba tại Đại học Sydney, Australia.
Xác định trình tự gen là mục đích học tiến sĩ của anh, nhưng tìm ra loại gen đặc biệt này, anh cho biết, một phần nhờ may mắn. Gen kháng anh phát hiện ra không giống với bất kỳ gen nào trước đó và không có trong ngân hàng dữ liệu thông tin thế giới.
"Tôi đã nghĩ mình nhầm ở đâu đó. Tôi hơi lo lắng", anh Hoàn nhớ lại.
Nhưng thầy hướng dẫn khuyên anh nên ăn mừng.
"Thầy bảo: 'Tối nay tôi sẽ đi uống bia để mừng sự kiện này'. Thầy biết tôi đã tìm ra cái gì đó khác biệt, như 'vớ được kho báu'", anh Hoàn kể.
Bộ gen của lúa mạch có 5 tỷ nucleotide, mã hóa khoảng 80.000 gen. Mục đích của anh Hoàn và nhóm nghiên cứu là tìm ra trong 80.000 gen đó, gen nào chịu trách nhiệm hình thành tính kháng ở cây.
"Giống như mò kim đáy bể", tiến sĩ Hoàn nói.
Anh Hoàn trong phòng làm việc tại Nhật. Ảnh: Nhân vật cung cấp
Việc đầu tiên anh làm là thu hẹp phạm vi tìm kiếm bằng cách lai giống kháng với giống nhiễm. Hầu hết các nghiên cứu theo hướng này sẽ chọn lọc từ khoảng 5.000 cây F2 nhưng anh Hoàn làm trên hơn 11.000 cây. Bằng việc thiết kế và sử dụng các chỉ thị phân tử, phạm vi tìm kiếm gen đã được thu hẹp từ 5 tỷ nucleotide ban đầu xuống còn 9.000 nucleotide.
Khi đã thu hẹp chỉ còn hai gen, các nhà nghiên cứu sẽ gây đột biến làm mất chức năng để đánh giá tác động của từng gen và xác định đâu là gen cần tìm. Nhóm sau đó tiếp tục lấy trình tự gene kháng chuyển vào giống nhiễm để xem nó có khả năng biến giống nhiễm đó thành giống kháng không, từ đó có thêm bằng chứng khẳng định chính xác cái tìm ra là đúng.
Hầu hết các gen kháng bệnh ở thực vật (90-95%) nằm trong nhóm gen đã được giới khoa học biết đến, tuy nhiên, phát hiện của anh Hoàn thuộc 5% còn lại.
"Gen đó hoàn toàn mới và chỉ hoạt động khi nào cây bị bệnh gỉ sắt tấn công, còn trong điều kiện bình thường sẽ ở trạng thái bất hoạt và không sử dụng năng lượng của cây. Đó là lý do nghiên cứu của chúng tôi trở nên thú vị, được công bố trên tạp chí đặc biệt như vậy", anh Hoàn chia sẻ.
Anh Hoàn nhận học bổng chính phủ Australia năm 2015. Ảnh: Nhân vật cung cấp
Theo tiến sĩ Mohammad Pourkheirandish, giảng viên cao cấp ngành Di truyền học cây trồng, Đại học Melbourne, bệnh gỉ sắt gây thiệt hại lớn cho sản xuất ngũ cốc trên toàn thế giới. Sử dụng giống kháng là biện pháp hiệu quả nhất về mặt kinh tế cũng như sinh thái.
"Việc xác định được gen kháng bệnh giúp bảo vệ cây ngũ cốc khỏi bệnh gỉ sắt theo cách xanh và sạch hơn so với phun thuốc trừ nấm. Những phát hiện này giúp bảo vệ người nông dân cũng như môi trường khỏi các loại hóa chất độc hại", tiến sĩ Mohammad nói, cho biết anh Hoàn thuộc top 1% sinh viên xuất sắc mà nhóm ông từng hướng dẫn.
Giáo sư Robert F. Park, người hướng dẫn anh Hoàn, đánh giá đây là một phát hiện quan trọng để hiểu cách thực vật tự bảo vệ mình khỏi các mầm bệnh. Tác nhân gây bệnh làm giảm sản lượng thực vật toàn cầu 20-25% mỗi năm và các nhà khoa học chỉ có hai cách chính để kiểm soát chúng là bằng hóa chất hoặc qua di truyền.
"Khám phá đã tạo ra một đóng góp quan trọng bằng việc công bố cơ chế kháng bệnh hoàn toàn mới", Chủ tịch quỹ Judith & David Coffey về nông nghiệp bền vững kiêm Giám đốc nghiên cứu bệnh gỉ sắt tại Đại học Sydney, khẳng định.
Dựa trên kết quả nghiên cứu của anh Hoàn và các cộng sự, những nơi trồng lúa mạch trên thế giới hoặc các nhà lai tạo giống có thể ứng dụng trực tiếp để tạo ra giống mới mang gen kháng, giúp cây khỏe hơn.
Giáo sư Park cho biết thêm, phân lập gen để tìm ra chính xác thứ tự các nucleotide là nhiệm vụ khó về mặt kỹ thuật vì lúa mạch có bộ gen khổng lồ. Việc tìm kiếm một gen giống như trò chơi ghép hình với hàng nghìn mảnh ghép mà không có hình ảnh để tham khảo.
"Hoàn là nghiên cứu sinh năng động và đầy năng lượng, có niềm đam mê khoa học. Đây là lý do tôi giao cho anh ấy dự án đầy thử thách và trong ba năm, Hoàn đã thể hiện sự kiên nhẫn, bền bỉ đáng kinh ngạc", ông nhận xét.
Đề tài của anh Hoàn thực hiện phần lớn trong phòng thí nghiệm, với việc tách chiết ADN, chạy PCR, chọn ra những cây mục tiêu mang gen kháng rồi trồng ngoài thực địa và chờ đến vụ tới thu hoạch để làm tiếp những thí nghiệm khác.
Thông thường, một người có thể tách chiết ADN của khoảng 200 mẫu và chạy 1.000 mẫu PCR mỗi ngày. Anh Hoàn và nhóm nghiên cứu đã cải tiến phương pháp để tách chiết ADN của 1.800 mẫu và chạy PCR 3.600-4.000 mẫu mỗi ngày. Mọi công đoạn đều được anh Hoàn tự thực hiện, thay vì có sự hỗ trợ của nhân viên kỹ thuật.
Tiến sĩ người Việt cho hay, anh áp dụng phương pháp nghiên cứu tiên tiến tương tự các nhà khoa học khác trên thế giới nhưng may mắn hơn vì trình tự và đặc điểm gen tìm ra khác với những công bố trước đây. Lúa mạch có 28 gen kháng bệnh gỉ sắt lá nhưng mới chỉ có bốn gen được phân lập. Ba trong số này thuộc nhóm 95% đã được biết tới.
Hiện anh đã hoàn thành chương trình ở Australia, tiếp tục giành học bổng và sang Nhật làm nghiên cứu sinh sau tiến sĩ hồi tháng trước. Với anh, làm việc trong lĩnh vực nông nghiệp và giúp được người nông dân, không chỉ ở Việt Nam mà còn khắp thế giới, là khát khao, mong muốn ấp ủ từ thơ ấu.
Anh Hoàn sinh ra trong một gia đình làm nông ở huyện Yên Khánh, Ninh Bình. Tuổi thơ của anh lớn lên cùng đồng ruộng, quen thuộc với công việc đồng áng. Chứng kiến sự vất vả của người nông dân, anh Hoàn mong muốn có những nghiên cứu hữu ích cho cây trồng.
"Tôi chọn học Đại học Nông nghiệp Hà Nội (nay là Học viện Nông nghiệp) vì muốn nghiên cứu về nông nghiệp. Theo thống kê, 60% dân số làm việc trong lĩnh vực nông nghiệp, do đó, đi theo hướng này là cách tốt nhất tôi giúp được nhiều người", anh Hoàn tâm sự.
Tốt nghiệp năm 2007, anh Hoàn về công tác tại Viện Bảo vệ thực vật, nghiên cứu giải pháp giúp bảo vệ cây trồng trên đồng ruộng, tránh thiệt hại do sâu bệnh. Cơ quan có nhiều đối tác nước ngoài nhưng thời gian đầu, mỗi lần gặp chuyên gia, anh Hoàn không tự tin giao tiếp vì vốn tiếng Anh hạn chế.
Hoàn thành chương trình tiến sĩ tại Australia, anh Hoàn hiện sang Nhật làm sau tiến sĩ tại Tsukuba, tỉnh Ibaraki. Ảnh: Nhân vật cung cấp
Từ đó, anh quyết tâm học tiếng Anh với mục đích tự tin trao đổi với các chuyên gia nước ngoài. Thi được IELTS 6.0, anh bắt đầu nghĩ tới việc xin học bổng du học.
Năm 2014, anh Hoàn ứng tuyển một số học bổng nhưng thất bại. Sau khi trượt, anh dành thời gian xem lại hồ sơ, đọc kỹ tiêu chí lựa chọn ứng viên. Một năm sau, anh trúng tuyển đồng thời ba học bổng tiến sĩ tại Trung Quốc, Nhật Bản và Australia. Anh chọn Đại học Sydney, Australia.
Tiến sĩ 37 tuổi cho hay, những nỗ lực của bản thân cộng với việc tập trung đi sâu vào nghiên cứu cơ bản đã cho anh cơ hội tham dự các hội nghị khoa học lớn nhất thế giới về nông nghiệp tại Mỹ, Australia, đồng thời có cơ hội gặp gỡ và trao đổi với các nhà khoa học hàng đầu thế giới lĩnh vực này. Sau khi hoàn thành chương trình sau tiến sĩ, anh Hoàn dự tính tiếp tục công việc tại cơ quan cũ ở Việt Nam.
Bình Minh