Loài nấm rễ cộng sinh (mycorrhiza) đã hình thành cộng đồng thức ăn với phần lớn các loại cây trồng. Cây cho nấm sinh sống trong rễ đồng thời cung cấp cho chúng chất béo và đường. Đổi lại, nấm sẽ sử dụng các sợi nấm vươn xa của mình để thu giữ các dưỡng chất đất tối quan trọng cho cây bao gồm khoáng chất phốtpho.

Nay các nhà nghiên cứu tại Khoa Khoa học môi trường và cây trồng của Đại học Copenhagen vừa khám phá ra một gen đặc biệt có tên CLE53 quy định sự hợp tác giữa cây trồng và nấm. Gen này là trung tâm của một cơ chế kiểm soát mức độ tiếp nhận của thực vật với việc cộng tác cùng nấm rễ cộng sinh. Trong tương lai, kiến thức mới này sẽ góp phần tăng năng suất và giảm sử dụng phân bón hóa học.

Phốtpho rất quan trọng đối với tất cả các loại cây trồng. Tuy nhiên, vấn đề với việc sử dụng phốtpho trong nông nghiệp thiên nhiều về việc bón phân hơn là khả năng cây trồng có thể hấp thu. Ước tính có khoảng 70% phân lân được sử dụng trong ngành nông nghiệp ở Đan Mạch tích tụ trong đất trong khi chỉ có 30% là đến được với cây trồng.

Nghịch lý là các nhà nghiên cứu quan sát thấy rằng, khi hàm lượng phốtpho trong đất cao, cây trồng có ít khả năng hợp tác với nấm, nghĩa rằng chúng sẽ hấp thu dưỡng chất kém hơn.

“Thông qua một loạt các thí nghiệm, chúng tôi đã chứng minh được rằng một cây trồng không sản sinh gen CLE53 nếu thiếu phốtpho. Tuy nhiên, khi hàm lượng phốtpho trong cây tăng cao hoặc nếu cây đã có mối quan hệ cộng sinh với một loài nấm, làm lượng CLE53 sẽ tăng lên. Nghiên cứu của chúng tôi chứng minh CLE53 có tác động tiêu cực khả năng cây trồng can thiệp vào việc cộng sinh với nấm và nhờ đó sẽ hấp thu phốtpho hiệu quả nhất”, Phó Giáo sư Thomas Christian de Bang cho biết.

Kỹ thuật biên bộ gen của cây trồng đã được hợp pháp hóa ở nhiều quốc gia ngoài EU như Trung Quốc, Mỹ, Thụy Sỹ và Anh Quốc. Tuy nhiên, với EU, nói chung các phương pháp biên tập gen như CRISPR để thay đổi cây trồng và thực phẩm không được chấp nhận.

Do đó, thời điểm hiện tại, phát hiện của các nhà nghiên cứu có ít cơ hội để sử dụng ở Đan Mạch và phần còn lại của châu Âu. Thực tế, 90% tất cả các loài thực vật có quan hệ cộng sinh với nấm mycorrhiza vốn mở rộng mạng lưới rễ của cây, do đó giúp cây hấp thủ đủ phốtpho, nước và các dưỡng chất khác.

Để để hưởng lợi từ khả năng của nấm rễ cộng sinh trong việc khai thác phốtpho từ đất, cây phải cung cấp cho nấm chất béo và đường. Để tránh việc dành quá nhiều năng lượng cho loài ăn bám này, nếu chẳng hạn cây được cung cấp hàm lượng phốtpho quá mức hay đã bị nấm xâm chiếm, cây có thể ngưng việc cộng sinh.

Ước tính các trang trại ở Đan Mạch bón gần 30 kg phốtpho trên mỗi ha đất. Trong số đó, khoảng 30% tìm đường vào cây trồng trong khi 70% còn lại vẫn nằm trong đất. Cùng với mưa, một phần phốtpho tích tụ này sẽ bị rửa trôi theo dòng nước, đi vào ao hồ, sông suối và đại dương. Việc này làm tăng sự sinh trưởng của tảo và có thể tiêu diệt cả cây trồng và loài hoang dã. Phốtpho là một nguồn tài nguyên thiên nhiên có hạn, do đó sử dụng quá mức rốt cuộc sẽ sớm cạn kiệt.