Cỏ switchgrass hấpdẫn như một loại cây trồng năng lượng sinh học tiềm năng vì nó có thể pháttriển trong nhiều năm mà không cần phải trồng lại. Yêu cầu phân bón ít hơn sovới các cây trồng hàng năm điển hình như ngô, cỏ switchgrass có thể giữ nhiềunitơ, phốt pho và carbon trong đất, ngoài không khí và đường thủy của chúng ta.Nhưng không giống như ngô, việc nhân giống cỏ switchgrass cho các đặc điểm tốiưu vẫn còn ở giai đoạn đầu.
Cỏswitchgrass hấp dẫn như một loại cây trồng năng lượng sinh học tiềm năng vì nócó thể phát triển trong nhiều năm mà không cần phải trồng lại. Yêu cầu phân bónít hơn so với các cây trồng hàng năm điển hình như ngô, cỏ switchgrass có thểgiữ nhiều nitơ, phốt pho và carbon trong đất, ngoài không khí và đường thủy củachúng ta. Nhưng không giống như ngô, việc nhân giống cỏ switchgrass cho các đặcđiểm tối ưu vẫn còn ở giai đoạn đầu.
Giờđây, với sự hợp tác của Phòng Năng lượng Hoa Kỳ, hay DOE, Viện nghiên cứu về BộGen chung và Đại học Texas tại Austin, các nhà nghiên cứu của Trung tâm nghiêncứu năng lượng sinh học Great Lakes tại Đại học Bang Michigan đã xác định cácbộ phận cụ thể mã di truyền trong cây trồng có thể góp phần vào thu hoạch cỏnhiều hơn trong khi làm giảm các điểm yếu của cây trồng tiềm năng.
DavidLowry, trợ lý giáo sư sinh học thực vật tại MSU và Thomas Juenger, giáo sư sinhhọc tổng hợp tại UT Austin, đã lãnh đạo một nhóm xác định các gen thúc đẩy sựphát triển của cỏ switchgrass trên các vùng khí hậu khác nhau và các loài thựcvật này có thể được nhân giống bằng chỉ thị di truyền.
Ngoàira, các nhà nghiên cứu còn phát hiện một số đặc điểm thích nghi trong cỏswitchgrass thường có thể được cải thiện mà không làm tổn hại đến sức khỏe thựcvật theo những cách khác nhau.
Giốngnhư nhiều loại thực vật đã được thuần hóa, cỏ switchgrass có nhiều giống thíchnghi với các vùng địa lý khác nhau. Ở vùng cao phía bắc cỏ switchgrass thườngsống trên các đỉnh núi và trong các khu vực thảo nguyên ở các bang như NamDakota, Michigan và Wisconsin. Giống này chống chịu được điều kiện lạnh và cóthể sống sót qua các mùa đông khắc nghiệt.
Tuynhiên, cỏ switchgrass ở phía bắc không phát triển lớn hoặc nhanh như kiểu sinhthái vùng đất thấp phía nam, ở các khu vực ẩm ướt, các khu vực đầm lầy từMissouri và Kansas xuống Texas. Giống cây trồng phía Nam cũng có xu hướng chốngchịu sâu bệnh tốt hơn và có thể chịu đựng tốt hơn các điều kiện khắc nghiệt nhưhạn hán và lũ lụt. Mặt khác, kiểu sinh thái ở phía nam không chống chịu đượcmùa đông lạnh, thường chết khi thời tiết lạnh giá.
Để cốgắng đạt được kết quả tốt nhất, Lowry, Juenger và các cộng tác của họ đã nghĩra một thí nghiệm được bố trí tại miền Trung Hoa Kỳ từ Texas đến Nam Dakota, đểxác định những địa điểm nào có sự khác biệt giữa các giống thích nghi với khuvực lạnh phía bắc so với khu vực nóng phía nam.
“Chúng tôi quan tâm đến tần suất vị trí locuscải thiện quá trình phát triển của cỏ swichgrass ở một số địa điểm (nói ở phíanam) nghĩ về vấn đề chi phí hoặc sự phát triển cân bằng ở hai môi trường khácnhau của cỏ tại các địa điểm khác (nói ở phía bắc)," Juenger nói. "10địa điểm được chọn chủ yếu để liên quan đến những người chúng tôi đã gặp hoặcđã có liên quan với cỏ switchgrass trong cùng một môi trường trong vài năm qua- và bao gồm sự phân bố theo vĩ độ của các loài. Chúng tôi đã thực sự cố gắngxây dựng các khu vực trồng trọt ngoài đồng như là tài nguyên của cộngđồng".
Đầutiên, họ tạo ra con lai của hai giống, sau đó trồng chúng ở 10 địa điểm baotrùm toàn bộ khu vực địa lý. So sánh sự phát triển của các con lai với cácgiống bố mẹ ở mỗi địa điểm, các nhà nghiên cứu đã phân lập tác nhân di truyềncủa các kết quả có lợi bằng cách sử dụng một phương pháp gọi là xác định cáclocus điều khiển tính trạng (QTL mapping).
Nóichung giống cỏ phía nam thì lớn hơn, vì vậy các nhà nghiên cứu thường nghĩ rằngvị trí loci của nó sẽ chịu trách nhiệm duy nhất cho việc tăng kích thước củanhững con lai. Đáng ngạc nhiên, thí nghiệm cho thấy rằng gen của cỏ switchgrassphía bắc cũng đóng một vai trò trong việc tăng sinh khối.
"Điềunày có nghĩa là nếu chúng ta có thể kết hợp các bộ gen đó với nhau thông qualai tạo, chúng ta thực sự có thể có được cây cỏ có năng suất cao hơnnhiều", Lowry nói.
Thíchứng di truyền thường đi kèm với cân bằng hai hoàn cảnh môi trường đối lập nhauđể đạt được sự kết hợp tốt nhất. Ví dụ, những tính trạng tạo ra sự thích nghivới sự khắc nghiệt của mùa đông ở miền bắc có thể gây ra cho cỏ thay đổi theohướng giảm sự phát triển. Tương tự như vậy, sự thường thấy của các gen tăngtrưởng ở những cây cỏ thích nghi ở miền Nam có thể làm giảm khả năng chịu lạnhcủa chúng.
Trongnghiên cứu này, các đặc điểm thuận lợi cho phát triển được thể hiện ở một khuvực của quốc gia mà không có đặc điểm khác bị giảm đi. "Điều đó cho chúngta biết một chút về cách thích ứng hoạt động và làm thế nào nó có thể mang lạilợi ích cho nông nghiệp", Lowry nói. "Nếu chúng tôi có thể chọn trêncác locus này, chúng tôi có thể nhận được lợi ích mà không mất nhiều chiphí".
Bởivì họ đã bố trí nghiên cứu để bao quát một khu vực địa lý rộng lớn như vậy, nênnhóm có thể cô lập các kịch bản di truyền cùng có lợi này.
"Thôngthường chỉ có hai điểm ngoài đồng liên quan đến các loại thí nghiệm này, nhưngchúng tôi có 10 điểm", Lowry nói. "Vì vậy, chúng tôi đã có một ýtưởng tốt hơn nhiều rằng có những vị trí locus này có chi phí thấp hơn nhiềuliên kết với chúng".
"Chúngtôi đang nhận được những hiểu biết mới về cách thức cây trồng điều chỉnh trongcác môi trường khác nhau", Lowry nói. "Hiểu cách thức cây cỏ thíchứng với miền Bắc Hoa Kỳ trái ngược với miền Nam Hoa Kỳ sẽ cho phép chúng tôi sửdụng kiến thức đó để cải thiện nó như một loại cây trồng nhiên liệu sinhhọc".