Thực vật hạt kín hai lá mầm giúp ngăn sức nóng toàn cầu ảnh hưởng đến thu hoạch.

Chắc chắn rằng loài thực vật thuộc họ Phiên hạnh có thể trở thành vũ khí tuyệt vời trong cuộc chiến chống lại thay đổi khí hậu, điều này gây hại đến các khu vực dùng nhiên liệu sinh học trong quá trình thu hoạch. Nhà sinh hóa và sinh học phân tử John Cushman tại đại học Nevada, Reno sẽ vẽ gen mô phỏng của loài thực vật thuộc họ Phiên hạnh. Điều này giúp tìm ra phương pháp tốt hơn cho phép năng lượng sinh học trong việc giải quyết vấn đề nồng độ muối trong đất và hạn hán.

Phòng thí nghiệm của Sushma đang nghiên cứu về chức năng của gen về quá trình trao đổi chất axit crassulacean hoặc CAM, cách giữ nước khi quang hợp giúp cây sống theo mùa trong khí hậu khô cằn hoặc cung cấp nước không liên tục. Viện ghép gen đã chọn nghiên cứu của Cushman với loài thực vật Phiên hạnh như một trong 37 dự án trong chương trình Khoa học cộng đồng. Viện tổ chức cuộc thi Khoa học cộng đồng giữa các nhà nghiên cứu nhằm khám phá các cách giải quyết về các thách thức năng lượng và môi trường. Mục tiêu của chương trình gen thực vật là tạo ra những hình ảnh mô tả về gen cho những đợt thu hoạch điều này quan trọng đối với nguồn năng lượng sinh học dự trữ’ Cushman cho biết. ‘Tuy nhiên những loài được chọn cũng bao gồm những mẫu thực vật phát triển nhanh chóng và dễ dàng nghiên cứu để cải tiến việc hiểu rõ về chức năng gen’.

Mục tiêu của việc nghiên cứu trong phòng thí nghiệm của Cushman là hiểu áp lực của môi trường và kiểm soát đồng hồ sinh học đối với quang hợp CAM như thế nào. Những thành viên của phòng thí nghiệm thực hiện việc tương tác transcriptome, proteome và metabolome sử dụng để phân tích các cây thuộc họ Phiên Hạnh, điều này giúp nó có thể sống sót ở môi trường khắc nghiệt.

‘Nó thực sự đơn giản’Cushman cho biết. ‘Chúng ta thở ra khí CO2 và các khí nhà kính khác vào không khí và nhiệt độ trung bình xung quanh tăng lên. Nhiều hơi nóng sẽ dẫn đến khả năng đất khô cằn tăng lên và mất nước nên không khí nên lạnh để giảm khả năng hạn hán. Vậy nên một trong những dự đoán về việc trái đất nóng dần lên là do sức nóng này. Chúng ta sẽ cần phát triển nhiều loài thực vật có khả năng chịu hạn hán trong tương lai’.

Họ phiên hạnh, bắt nguồn từ vùng Namibia sa mạc tại châu Phi, quan trọng hơn là những loài thực vật đầu tiên được báo cáo có thể chuyển từ quang hợp C3 (xảy ra suốt ngày) sang quang hợp CAM (xảy ra vào buổi tối) theo lượng muối hoặc xử lí quá trình thiếu nước. Những cây có quá trình quang hợp CAM cần lượng nước gấp 5-6 lần so với loại quang hợp C3.

‘Chúng ta sẽ lên danh sách những mẫu gen để biết chính xác những gen nào quan trọng đối với quá trình quang hợp CAM, và tại sao loài phiên hạnh là  loài thực vật quan trọng mà DOE quan tâm’ Cushman cho biết. ‘Vì vậy hiện nay chúng ta có thể mang gen của họ phiên hạnh nghiên cứu lại và so sánh chúng với việc quang hợp C3 của giống lúa và lúa mì hoặc năng lượng sinh học rừng, điều này giúp chúng ta sử dụng nước một cách hiệu quả.’

Dự án của Cusman đang tiến hành, ông cho biết nó mất khoảng vài năm để hiểu hoàn toàn những loài thực vật chống lại hạn hán và nhiệt độ như thế nào, và nghiên cứu có thể cải tiến xăng sinh học và an toàn trong việc thu hoạch cây trồng. Việc hợp tác trong dự án với Viện ghép Gen sẽ cung cấp việc tiếp cận các nguồn lực và những cơ sở vật chất cho phòng thí nghiệm của ông để tiếp tục quá trình nghiên cứu.

Những dự án CSP mới được chọn thông qua quá trình xem sơ lược, những thí nghiệm, khả năng phân tích của JGI và xây dựng hồ sơ của họ trong những lĩnh vực chủ chốt bao gồm việc sản xuất năng lượng sinh học, mô thực vật và thực địa’ Susannah Tringe, Bộ phận chương trình người dùng JGI DOE, cho biết trong hồ sơ Khoa học cộng đồng 2017.

‘Dự án của chúng tôi và dự án CSP của cộng sự chúng tôi tại phòng thí nghiệm quốc gia Oak Ridge và trường đại học Liverpool, và Newcastle tại Anh trên mẫu thực vật CAM được gọi là Kalanchoe, còn được biết đến với tên CAM’ Cushman cho biết. ‘CAM tồn tại trên hơn 60% các loài thực vật thuộc 36 họ thực vật, nó gần như là tập tính sinh học để thích nghi môi trường.’

Cushman nhận bằng đại học từ cao đẳng Ursinus tại Collegeville, Pennsylvania, và bằng Thạc sĩ và Tiến sĩ từ đại học Rutgers, New Brunswick, New Jersey. Ông dạy học tại đại học Nevada từ 2000, và lập quỹ giáo sư tại trường Nông nghiệp, công nghệ sinh học và nguồn tự nhiên, và được biết đến với vai trò giám đốc chường trình Thạc sĩ Hóa sinh. Ông được ghi tên vào những nhà nghiên cứu của năm bởi hệ thống giáo dục cao học Nevada.

Cushman đang hướng đến Nông nghiệp tại những vùng đất khô cằn của các trường cao đẳng để sản xuất thu hoạch trong điều kiện đất khô hạn bằng việc phát triển hệ thống sản xuất nông nghiệp, cải thiện hiệu quả những nguồn không tái tạo được và tương tác nơi phù hợp, vòng sinh học tự nhiên và kiểm soát khí hậu và sản xuất – liên quan đến những thách thức thực phẩm và chất xơ đảm bảo an toàn cho những thế hệ tương lai.