Giữ nguyên đặc tính cây lai ban đầu nhờ đột phá trong công nghệ sinh sản vô tính

Giải Đặc biệt VinFuture 2025 dành cho Nhà khoa học nghiên cứu các lĩnh vực mới đã vinh danh 5 nhà khoa học: Giáo sư Venkatesan Sundaresan (Hoa Kỳ), Giáo sư Raphaël Mercier (Đức), Tiến sĩ Emmanuel Guiderdoni (Pháp), Tiến sĩ Imtiyaz Khanday (Hoa Kỳ) và Tiến sĩ Delphine Mieulet (Pháp) vì những đổi mới trong phát triển các loại cây trồng lai có khả năng tự nhân giống. Cây lai có năng suất vượt trội so với cây bố mẹ nhưng việc sản xuất hạt giống lai cho cây lúa – nguồn lương thực chính của hơn một nửa dân số thế giới – lại phức tạp và tốn kém, khiến phần lớn nông dân khó có cơ hội tiếp cận.

Nhóm nghiên cứu đã tạo ra hạt giống lúa mang các đặc tính ưu việt giống hệt cây mẹ thông qua tự thụ phấn, dựa trên những hiểu biết mới về sinh học phát triển và di truyền, giúp cải thiện năng suất, giảm chi phí hạt giống và thúc đẩy an ninh lương thực bền vững.

Ngay sau lễ trao giải, Chủ nhân giải thưởng đã có những chia sẻ về cảm xúc và tương lai của công nghệ được xem tạo ra cuộc cách mạng lớn trong ngành nông nghiệp thế giới.

Giữ nguyên đặc tính hạt giống qua các đời nhờ công nghệ mới

Phóng viên: Giải Đặc biệt VinFuture 2025 dành cho Nhà khoa học nghiên cứu các lĩnh vực mới có phải động lực cho các ông theo đuổi tiếp con đường nghiên cứu của mình để đưa thành tựu này ứng dụng vào thực tiễn?

Giáo sư Raphaël Mercier: Tôi vô cùng vinh dự được nhận giải thưởng này. Giải thưởng này mang 2 ý nghĩa. Thứ nhất là sự công nhận nghiên cứu cơ bản và ứng dụng, thứ hai là sự tôn vinh những giá trị của nghiên cứu này trong ngành nông nghiệp. Chúng tôi đã đặt ra những câu hỏi: tại sao chúng ta khác với những anh chị em của mình? Điều này cũng được ứng dụng với giống cây trồng. Sự tìm tòi, nghiên cứu để hiểu được khía cạnh này đã dẫn tới công trình được vinh danh ngày hôm nay.

Giáo sư Venkatesan Sundaresan: Tôi cũng vinh dự và vui mừng đc nhận giải thưởng ngày hôm nay. Hành trình khám phá của tôi cũng bắt đầu từ một câu hỏi đơn giản thôi: Chúng ta cần gene nào để tạo ra phôi thực vật? Câu hỏi đơn giản nhưng dẫn tới ứng dụng rất quan trọng trong ngành nông nghiệp. Nó cho thấy khoa học cơ bản thực sự có ích, miễn là chúng ta có tư duy cởi mở, có thể tìm ra ứng dụng cho khoa học cơ bản. Tôi rất cảm kích Quỹ VinFuture đã công nhận tầm quan trọng của câu chuyện này với ngành nông nghiệp. Tôi hy vọng đây sẽ là nguồn cảm hứng cho người trẻ tiếp tục theo đuổi khoa học, phụng sự nhân loại.

Tiến sĩ Delphine Mieulet: Xin gửi gửi lời cảm ơn sâu sắc tới Quỹ VinFuture và những lãnh đạo có tầm nhìn của Quỹ. Ở tuổi 25, tôi đã đào tạo cho các nhà khoa học trẻ để phục vụ nông dân. Và sau đó tôi tìm ra các giống cây lai cho năng suất cao hơn. Đó là ý tưởng đơn giản nhưng mang lại sức mạnh lớn vì khi ta biến ý tưởng thành thực sẽ giúp cho nông dân trồng các giống lai có năng suất cao hơn 30% giống thường.

Tiến sĩ Imtiyaz Khanday: Tôi thực sự vui mừng được nhận giải thưởng, vì đây là sự tôn vinh cho đột phá khoa học và giấc mơ giúp người nông dân trồng giống cây lai mà không mất năng suất. Những công nghệ này đóng vai trò quan trọng bảo đảm rằng sức mạnh của khoa học hiện đại có thể chạm tới các cánh đồng và người dân. Quỹ VinFuture đã thúc đẩy nhiệm vụ của khoa học phụng sự nhân loại, nhắc nhở mọi khám phá là hạt giống gieo mầm cho thế giới mạnh mẽ hơn.

Phóng viên: Xin các ông chia sẻ đâu là sự khác biệt và những giá trị đột phá trong tương lai của công nghệ mà các ông nghiên cứu?

Giáo sư Raphaël Mercier: Công nghệ của chúng tôi có 2 ưu điểm. Đầu tiên giúp cho cây trồng có chất lượng tốt hơn, năng suất cao hơn và khả năng sống sót tốt hơn. Thứ hai là việc nhân giống cây trồng rất thuận lợi, giá cả hợp túi tiền và dù một nông hộ quy mô nhỏ hay là một doanh nghiệp có quy mô lớn đều có thể tiếp cận.

Nói một cách rõ hơn về công nghệ chúng tôi đang triển khai, chúng ta biết là sinh sản vô tính hay sinh sản vô tính tổng hợp có sự tác động của con người đã được phát hiện ra từ năm 1934. Bên cạnh đó thì chúng ta cũng đã biết về sinh sản hữu tính, tức là cây bố-cây mẹ lại với nhau tạo ra cây con. Vô tính là 1.000 cây nhân lên chính nó, nó tự sinh sản vô tính, chính nó nhân lên từ các bản sao của chính nó.

Trước khi có nghiên cứu của chúng tôi thì chưa có một công nghệ nào áp dụng được sinh sản vô tính nhân tạo, hoặc là sinh sản vô tính tổng hợp này vào cây lai, tức là từ một cây và tạo ra từ quá trình sinh sản hữu tính.

Công nghệ của chúng tôi đã làm được điều ấy, biến giấc mơ trong cả một thế kỷ qua thành hiện thực, tức là bây giờ chúng ta có thể sinh sản vô tính cây lai đó chỉ nhờ hạt giống mà người nông dân mua ở đời F1. Công nghệ của chúng tôi sẽ giúp cho chúng ta nhân bản F1 qua các đời F2, F3 vẫn giống hệt nhau về mặt tính trạng, giữ nguyên đặc tính qua các đời.

Phóng viên: Vậy công nghệ này nó có khác gì so với công nghệ biến đổi gene và nuôi cấy mô?

Giáo sư Venkatesan Sundaresan (Đại học California, Davis, Hoa Kỳ): Có thể hiểu đơn giản là các kỹ thuật về chỉnh sửa, các kỹ thuật gene nói chung và nuôi cấy mô nó chỉ là kỹ thuật thôi. Còn công nghệ của chúng tôi lại chính là sản phẩm.

Nuôi cấy mô phụ thuộc nhiều vào yếu tố ngẫu nhiên, trong khi với công nghệ gene, muốn can thiệp thì phải biết rõ mình cần chỉnh sửa vào gene nào. Không thể ngồi chỉnh từng hạt một, mất rất nhiều thời gian.

Nghiên cứu chỉ ra hai phát hiện quan trọng. Một là, xác định được một gene mà khi bất hoạt, quá trình giảm phân sẽ không còn diễn ra nữa, tức là chu trình giảm phân bình thường trong sinh sản tế bào bị dừng lại. Hai là, xác định được một gene cụ thể mà khi được kích hoạt, quá trình hình thành hợp tử có thể diễn ra mà không cần thụ tinh. Nghiên cứu đã xác nhận được hai gene then chốt, giúp cây trồng hạt giống có khả năng tự nhân bản vô tính, tự sinh sản qua các đời mà vẫn giữ nguyên các đặc tính ưu việt của cây lai ban đầu.

Giáo sư Imtiyaz Ahmad Khanday: Công nghệ abomicsis là sinh sản vô tính thông qua hạt giống. Chúng ta có thể nhân giống cây bằng phương pháp nuôi cấy mô. Nhưng nuôi cấy mô thì rất khó để vận chuyển ra đồng ruộng để trồng, gây khó khăn cho người nông dân. Trong khi đó, Abomicsis cho phép sinh sản vô tính thông qua hạt, và hạt giống thì dễ bảo quản, dễ vận chuyển, dễ phân phối và dễ gieo trồng.

Vì vậy, 2 điểm cốt lõi của công nghệ này là: sinh sản vô tính, và sinh sản đó diễn ra thông qua hạt giống, từ đó tận dụng được toàn bộ ưu thế của hạt so với các phương thức nhân giống vô tính khác.

Chúng tôi sẵn sàng chia sẻ và hợp tác công nghệ với các nhà khoa học Việt Nam

Phóng viên: Công nghệ chỉnh sửa gene cho hạt giống của các giáo sư hiện nay đã được thử nghiệm trên những loại cây trồng nào và các kết quả sơ bộ ra sao?

Giáo sư Raphaël Mercier: Loại cây đầu tiên chúng tôi làm việc là lúa và chúng ta có thể mở rộng sang những cây trồng khác, cây lương thực khác gần gũi với cây lúa, ví dụ như lúa mì, ngô, lúa mạch.

Trong phòng thí nghiệm của chúng tôi hiện đang nghiên cứu trên cây ngô, còn các nhà khoa học ở đây thì nghiên cứu trên cây đại mạch và cây lúa – cũng chính là hai giống cây ban đầu chúng ta đã nhắc đến. Đây là 3 loại cây trồng đã cho thấy kết quả thành công trong nghiên cứu thực nghiệm. Ở Trung Quốc, một số phòng thí nghiệm cũng đang triển khai các nguyên tắc này. Tại Hoa Kỳ, một vài phòng thí nghiệm đang áp dụng trên cây cao lương.

Ý tưởng tiềm năng ứng dụng công nghệ này có từ năm 1994 khi Viện Nghiên cứu lúa quốc tế tại Philippines - trung tâm hàng đầu về công nghệ chỉnh sửa gene trên cây lúa - đã tổ chức một hội thảo quy mô lớn với chủ đề “Sinh sản vô tính và Cây lúa”. Hành trình để hiện thực hóa giấc mơ ấy lại mất rất nhiều thời gian: từ năm 1994 đến năm 2019 - thời điểm tôi công bố công trình nghiên cứu đầu tiên - mới có thể đưa ra được công nghệ.

Giải pháp của chúng tôi là làm thế nào để người dân mua hạt giống F1 về trồng thì khi có F2, F3, F4, Fn, những đặc điểm về tình trạng ưu Việt vẫn giữ nguyên vẹn như đời bố mẹ.

Giáo sư Raphaël Mercier

Trong quãng thời gian ấy, chúng tôi thực hiện các nghiên cứu khoa học nền tảng như tìm hiểu bản chất, cơ chế sinh học xảy ra bên trong các tế bào sinh sản. Các phòng thí nghiệm đều làm việc độc lập, dù cùng chung chủ đề lớn là nhân giống và lai tạo.

Kết hợp với các kết quả nghiên cứu cơ bản của những nhà khoa học khác như Giáo sư Emmanuel Guiderdoni hay Tiến sĩ Delphine Mieulet, mỗi phòng thí nghiệm, mỗi hướng nghiên cứu tạo ra những phát hiện khác nhau. Nhưng khi tổng hợp tất cả các kết quả đó, chúng lại cùng góp phần giải đáp một bài toán chung và chính bài toán ấy đã dẫn đến công nghệ của tập thể chúng tôi.

Phóng viên: Việt Nam cũng đang đối mặt với biến đổi khí hậu. Giáo sư đã làm việc với nhà khoa học Việt Nam hay chưa? Và liệu có những sự hỗ trợ như thế nào cho các nhà khoa học Việt Nam trong việc ứng dụng công nghệ này trong thực tiễn?

Giáo sư Imtiyaz Ahmad Khanday: Nghiên cứu của chúng tôi là phát triển một giải pháp để chúng ta có thể nhân giống các cây lai một cách hiệu quả hơn và vẫn giữ nguyên được tình trạng ưu việt từ đời cây bố mẹ. Chúng tôi muốn công nghệ này được áp dụng trên toàn thế giới, chứ không chỉ cho một số ít người được chọn. Và ứng dụng tốt nhất của công nghệ này là dành cho những hộ nông dân sản xuất nhỏ lẻ.

Hiện đã có những giống lai có sẵn ở hầu hết các loại cây trồng nhưng các nước đang phát triển hoặc những hộ nông dân sản xuất nhỏ lẻ không trồng những giống lai đó là do sản xuất hạt giống lai vốn rất tốn kém. Nhưng với công nghệ này, các hộ nông dân nhỏ lẻ không phải mua chúng hàng năm, nên họ có thể tận dụng những lợi ích của sinh sản vô tính tổng hợp. Do đó, chúng tôi muốn công nghệ này có thể dân chủ hóa việc trồng cây trồng lai.

Cá nhân tôi chưa từng hợp tác với các nhà nghiên cứu Việt Nam cho đến nay, nhưng tôi rất mong đợi những cơ hội trong chuyến thăm này, và VinFuture mở ra những cơ hội để chúng tôi có thể hợp tác với các nhà nghiên cứu và nhà khoa học tại đây.

Giáo sư Raphaël Mercier: Tôi vừa đến Việt Nam mới đây thôi và thấy rằng là môi trường của Việt Nam vô cùng năng động. Công nghệ của chúng tôi rất mới và chúng tôi mới cho ra bản nguyên mẫu prototype trong khoảng vài năm trở lại đây. Trong tương lai, chúng tôi hy vọng công nghệ này sẽ được ứng dụng, được thương mại hóa để có những kết quả cụ thể.

Chúng tôi hy vọng công nghệ này sẽ tạo ra một cuộc cách mạng trong công nghệ nhân giống và lai tạo, đặc biệt là mang lại rất nhiều lợi ích cho các nông hộ, những người nông dân canh tác ở quy mô nhỏ. Tôi cũng cho rằng điều này sẽ góp phần vào phát triển bền vững, khi chúng ta giúp những nông dân quy mô nhỏ tiếp cận được các giống cây có năng suất cao, khả năng chống chịu tốt và sở hữu những tính trạng ưu việt.

Phóng viên: Nếu trong tương lai gần, các ngài có cơ hội hợp tác với các chuyên gia nông nghiệp Việt Nam để phát triển cây lúa theo hướng thích ứng với biến đổi khí hậu, các ngài kỳ vọng hay dự định sẽ tập trung vào những hướng nào?

Giáo sư Raphaël Mercier: Thách thức đặt ra là làm thế nào để tăng năng suất sản xuất một cách hiệu quả hơn, nhưng vẫn bảo đảm tiêu chí sản xuất xanh và bền vững. Vấn đề này có thể được giải quyết theo hai hướng. Thứ nhất là cải thiện tập quán canh tác, giảm mức độ phụ thuộc vào các nguồn tài nguyên thiên nhiên và giảm áp lực lên hệ sinh thái. Thứ hai là giải pháp từ góc độ giống cây trồng – hạt giống, chính là hướng mà công nghệ của chúng tôi đang theo đuổi.

Công nghệ này hoàn toàn có thể ứng dụng ở Việt Nam. Thực tế, các kết quả nghiên cứu cơ bản của chúng tôi, tức nền tảng công nghệ để áp dụng trực tiếp trên cây lúa, hiện đang ở dạng nguồn mở, hoàn toàn miễn phí. Các nhà khoa có thể đọc công trình nghiên cứu và áp dụng trực tiếp cho các dòng lúa sẵn có ở Việt Nam.

Nếu họ cần thêm thông tin chuyên sâu về nghiên cứu hay công nghệ, chúng tôi hoàn toàn sẵn sàng chia sẻ và hợp tác, đặc biệt đối với các giống lúa lai có tính trạng ưu việt.

Về mặt giống cây trồng, chúng ta đã có sẵn, thậm chí có thể đa dạng hóa thêm. Còn để nhân giống và duy trì ổn định các tính trạng ưu việt qua nhiều thế hệ, chúng ta có thể dựa trên nền tảng nghiên cứu cơ bản của chúng tôi.

Công nghệ mới giúp giải quyết bài toán chống biến đổi khí hậu

Phóng viên: Theo Giáo sư, làm thế nào để bảo vệ được bản quyền cho các hạt giống vô tính khi mà mình nhân rộng?

Giáo sư Raphaël Mercier: Thứ nhất, về sở hữu trí tuệ (IP) đối với công nghệ, chúng tôi có một số bằng sáng chế thuộc viện Maxfarm, cơ quan của chúng tôi. Viện sẽ chịu trách nhiệm quản lý và trao đổi bản quyền này.

Thứ hai, trong nông nghiệp, tôi biết là ở châu Âu, và một số quốc gia khác, nông dân có quyền nhân giống hạt của chính họ. Vì vậy, hạt giống thường không bị ràng buộc bởi sở hữu trí tuệ

Như vậy, ở đây có 2 bản quyền: bản quyền của giống, và công nghệ nhân giống.

Phóng viên: Khi công nghệ này giúp người dân có được giống F1 có thể tự nhân giống, thì điều này có thể làm giảm giá trị của bản quyền về công nghệ tạo giống?

Giáo sư Raphaël Mercier: Công nghệ này sẽ thay đổi phần nào cấu trúc kinh tế và cách phân chia lợi ích. Theo tôi, điều quan trọng là các công ty chọn tạo giống phải tiếp tục cung cấp những giống mới. Dù nông dân có thể tự nhân giống lai, thì chỉ sau vài năm, các doanh nghiệp vẫn sẽ đưa ra những giống lai vượt trội hơn – năng suất cao hơn, khả năng chống chịu tốt hơn hoặc nhiều đặc tính ưu việt khác. Vai trò của các công ty là liên tục phát triển và giới thiệu những giống lai mới tốt hơn thế hệ trước, qua đó đóng góp vào sự phát triển của nền kinh tế.

Phóng viên: Trong bối cảnh biến đổi khí hậu đang ngày càng phức tạp như hiện nay, những nghiên cứu của các nhà khoa học có thể ứng dụng như thế nào trong bối cảnh biến đổi khí hậu và để bảo đảm an ninh lương thực?

Giáo sư Imtiyaz Ahmad Khanday: So với giống thuần, giống lai cho năng suất cao hơn khoảng 30%. Tức là chỉ cần chuyển sang giống lai, năng suất đã tăng ngay khoảng 30% so với giống thuần.

Khi năng suất cao hơn, bạn có thể tạo ra cùng một sản lượng nhưng với diện tích đất ít hơn và lượng phân bón thấp hơn. Vì vậy, tác động môi trường của sản xuất sẽ giảm đi một cách gián tiếp. Tôi chưa tính toán cụ thể, nhưng có thể kỳ vọng mức giảm phát thải khoảng 20–30% nếu các yếu tố khác giữ nguyên.

Một lần nữa, tôi muốn nhấn mạnh: đây chỉ là một công nghệ trong ‘bộ công cụ’ lớn mà chúng ta cần kết hợp để giải quyết những thách thức phía trước.

Chúng tôi gọi khả năng chống chịu với biến đổi khí hậu của các giống cây trồng là tình trạng đa gene. Công nghệ của chúng tôi sẽ giúp cố định được tình trạng đó, tức là giúp cho tình trạng đó có thể lưu chuyển được từ đời cây bố mẹ sang các đời cây con. Và điều này sẽ tạo ra một cơ hội mở để chúng ta có thể nhân giống các loại cây trồng có khả năng chống chịu với biến đổi khí hậu.

Giáo sư Raphaël Mercier: Giải pháp của chúng tôi cung cấp thông qua nghiên cứu này chỉ là một công cụ thôi. Trên thực tế để giải quyết vấn đề của biến đổi khí hậu và an ninh lương thực đòi hỏi chúng ta phải có một giải pháp hài hòa tổng thể cùng rất nhiều công cụ khác nhau.

Xin cảm ơn các Giáo sư!