Một nghiên cứu mới của Đại học Kansas (Mỹ), đăng trên tạp chí Nature Microbiology, đã phát hiện khả năng “ghi nhớ” đáng kinh ngạc của các vi sinh vật trong đất.

Nhóm nghiên cứu cho biết, các vi sinh vật như vi khuẩn, nấm và những sinh vật nhỏ khác trong đất không chỉ ảnh hưởng đến sự hấp thu chất dinh dưỡng hay tích trữ carbon, mà còn có thể lưu giữ “ký ức” về các đợt hạn hán trong quá khứ. Ký ức này giúp chúng điều chỉnh tương tác với cây trồng, từ đó tác động đến khả năng chịu hạn của cây.

Để tìm hiểu hiện tượng này, các nhà khoa học đã thu thập mẫu đất từ 6 địa điểm khác nhau trên khắp bang Kansas, trải dài từ vùng ẩm phía Đông đến vùng đồng bằng khô hạn phía Tây. Họ chia các mẫu đất thành 2 nhóm: một nhóm được giữ ẩm đầy đủ, nhóm còn lại chịu khô hạn liên tục trong 5 tháng.

Khi trồng cây trong 2 loại đất này, nhóm nghiên cứu nhận thấy “dấu ấn hạn hán” vẫn tồn tại trong cộng đồng vi sinh vật, dù trải qua hàng nghìn thế hệ. Đặc biệt, cây bản địa phản ứng mạnh mẽ hơn so với cây trồng nông nghiệp như ngô, cho thấy mối liên hệ tiến hóa lâu dài giữa thực vật bản địa và hệ vi sinh vật địa phương.

Trong thí nghiệm, loài cỏ gamagrass bản địa của Kansas phát triển tốt hơn rõ rệt khi sống cùng các vi sinh vật có “ký ức hạn hán”, trong khi ngô lại phản ứng yếu hơn. Theo lý giải của Phó Giáo sư Maggie Wagner, tác giả chính của nghiên cứu, “Điều này có thể xuất phát từ lịch sử đồng tiến hóa. Cỏ gamagrass đã chung sống với các cộng đồng vi sinh vật này hàng nghìn năm, còn ngô chỉ mới được du nhập từ Trung Mỹ”.

Nhóm nghiên cứu từ Đại học Kansas đã tiến hành phân tích di truyền trên cả vi khuẩn và thực vật để hiểu rõ hơn ở cấp độ phân tử về cách thức các hiệu ứng di truyền có thể hoạt động. Hình ảnh là mặt cắt ngang của một rễ ngô trong nghiên cứu.

Phân tích di truyền sâu hơn cho thấy, một gen có tên nicotianamine synthase đóng vai trò quan trọng trong cơ chế này. Gen giúp cây hấp thụ sắt trong đất và tăng cường khả năng chịu hạn. Đáng chú ý, cây chỉ kích hoạt gen này khi được trồng cùng vi sinh vật từng trải qua điều kiện khô hạn cho thấy phản ứng sinh học của cây phụ thuộc trực tiếp vào “trí nhớ” của vi sinh vật.

Theo nhóm nghiên cứu, phát hiện này mở ra hướng đi mới cho ngành công nghệ sinh học nông nghiệp, giúp tìm ra những loại vi sinh vật có lợi nhằm nâng cao sức chống chịu của cây trồng trong bối cảnh khí hậu ngày càng khắc nghiệt.

“Ngành thương mại vi sinh vật nông nghiệp đang phát triển nhanh và đạt giá trị hàng tỷ USD. Những hiểu biết mới này có thể giúp chọn lọc và phát triển các cộng đồng vi sinh vật phù hợp, mang lại lợi ích bền vững cho nông nghiệp toàn cầu”, bà Wagner nhấn mạnh.