|
 Đang trực tuyến :
17 |
|
 Số lượt truy cập :
33215288 |
|
|
|
|
|
Giải mã điều bí ẩn của sinh tổng hợp Strigolactone ở cây trồng
Thứ sáu, 07-02-2020 | 07:27:08
|
|
Sinh tổng hợp orobanchol từ β-carotene. Orobanchol synthase được chỉ định bởi mũi tên màu xanh, cung cấp chất xúc tác cho phản ứng. Hình 1: Đại học Kobe.
Strigolactones (SL) là một nhóm các hợp chất hóa học được tìm thấy trong cây trồng có vai trò như các hormon thực vật và các phân tử tín hiệu rhizosphere. Chúng điều chỉnh cấu trúc cây trồng và thúc đẩy sự nảy mầm của cỏ dại ký sinh rễ có ảnh hưởng bất lợi đến sự sinh trưởng của cây.
Nghiên cứu được thực hiện như một phần của chương trình SATREPS (Đối tác nghiên cứu khoa học và công nghệ vì sự phát triển bền vững) của Tiến sĩ Wakabayashi, Giáo sư Sugimoto và các đồng nghiệp của họ tại Trường đại học Khoa học Nông nghiệp, Đại học Kobe, phối hợp với các nhà nghiên cứu từ Đại học Tokyo và Đại học Tokushima. Họ đã phát hiện ra orobanchol synthase chịu trách nhiệm chuyển axit SL carlactonoic, thúc đẩy mối quan hệ cộng sinh với nấm, thành SL orobanchol, khiến cỏ dại ký sinh ở rễ nảy mầm.
Bằng cách loại bỏ gen orobanchol synthase sử dụng chỉnh sửa bộ gen, họ đã thành công trong việc điều chỉnh sản xuất SL một cách nhân tạo. Khám phá này sẽ dẫn đến sự hiểu biết nhiều hơn về các chức năng của mỗi SL và cho phép ứng dụng thực tế của SL trong việc cải tiến sản xuất của cây trồng.
Phân nhánh cây cà chua. (Mũi tên đỏ chỉ nụ phụ). Loại hoang dại (trái), SlCYP722C-KO (giữa), đột biến thiếu SL (Slccd8, phải). Ảnh: Đại học Kobe.
Strigolactones (SL) là một nhóm các hợp chất hóa học ban đầu được đặc trưng là chất kích thích nảy mầm cho cỏ dại ký sinh rễ. SLs cũng đã nhận được sự chú ý cho các chức năng khác của chúng. Chúng đóng một vai trò quan trọng trong việc kiểm soát sự phát triển của chồi và cũng trong việc thúc đẩy sự cộng sinh của nấm ở nhiều loài cây trồng trong đất, nhờ đó cây và nấm trao đổi chất dinh dưỡng lẫn nhau.
Cho đến nay, khoảng 20 SLs được phân lập, với sự khác biệt về hóa học lập thể trong vòng C và sửa đổi trong vòng A và / hoặc B. Trong những năm gần đây, SLs với vòng BC không được tiết lộ đã được khám phá. Hiện tại, SLs có vòng ABC kín được chỉ định là SLs chính tắc, trong khi SLs có vòng BC không được tiết lộ là SLs không chính tắc. Tuy nhiên, không rõ hợp chất nào hoạt động như hormon và hợp chất nào hoạt động như tín hiệu của rhizosphere.
Nếu sản xuất SL có thể bị ức chế, cây trồng sẽ gây ra sự nảy mầm của ít cỏ dại ký sinh rễ và tác dụng phụ của chúng đối với sản xuất cây trồng sẽ được giảm thiểu. Bằng cách tăng sản xuất SL, dinh dưỡng cây trồng sẽ được cải thiện thông qua việc thúc đẩy mối quan hệ với nấm rễ cộng sinh. Hơn nữa, việc thao tác mức SL nội sinh sẽ kiểm soát cấu trúc cây trồng trên mặt đất. Hiểu được các chức năng của từng SLs sẽ dẫn đến sự phát triển của công nghệ để kiểm soát một cách giả tạo cấu trúc cây trồng và môi trường rhizosphere. Do đó, có nhiều quan tâm về cách các SLs này được sinh tổng hợp.
Các nhà nghiên cứu đã làm sáng tỏ rằng SLs được sinh tổng hợp từ β-carotene. Bốn enzyme có liên quan đến việc chuyển đổi β-carotene thành axit carlactonoic (CLA), một chất trung gian phổ biến của sinh tổng hợp SL. Trong gạo Japonica, việc chuyển đổi CLA thành orobanchol tiến hành với hai enzyme xúc tác hai bước riêng biệt. Tuy nhiên, con đường sinh tổng hợp cho orobanchol ở các cây khác vẫn chưa được biết. Nghiên cứu này đã phát hiện ra giả thuyết tổng hợp orobanchol synthase, chuyển đổi CLA thành orobanchol trong đậu đũa và cây cà chua (Hình 1).
Tỷ lệ nảy mầm của cỏ dại ký sinh rễ p.aegyptiaca trong môi trường thủy canh của các đột biến SlCYP722C-KO Mức độ thấp hơn nhiều so với loại hoang dã. Đồ thị: Đại học Kobe.
Các nhà nghiên cứu đã phân lập orobanchol từ rễ đậu đũa và xác định cấu trúc. Từ các thí nghiệm trao đổi chất sử dụng đậu đũa, họ dự đoán rằng cytochrom P450 sẽ tham gia vào quá trình chuyển đổi CLA thành orobanchol. Trong nghiên cứu này, cây đậu đũa được trồng trong điều kiện giàu và nghèo phosphate, trong đó việc sản xuất orobanchol bị hạn chế và thúc đẩy, một cách tương ứng. Các gen biểu hiện trong rễ của cây trong cả hai điều kiện được so sánh toàn diện. Nhóm đã sàng lọc các gen CYP có biểu hiện tương quan với sản xuất orobanchol, biểu hiện chúng dưới dạng protein tái tổ hợp và thực hiện xét nghiệm phản ứng enzyme.
Từ những kết quả này, người ta đã hiểu rằng enzyme VuCYP722C đã xúc tác cho quá trình chuyển đổi CLA thành orobanchol. Hơn nữa, gen SlCYP722C, tương đồng của VuCYP722C trong cà chua đã được xác nhận là gen orobanchol synthase. Gen SlCYP722C đã bị loại bỏ (KO) trong cây cà chua bằng cách chỉnh sửa bộ gen. Trái ngược với các loại cây cà chua (đối chứng) hoang dã, orobanchol không được phát hiện trong dịch tiết ra rễ của cây KO, thay vào đó CLA được phát hiện.
Do đó, nhóm nghiên cứu đã chứng minh rằng SlCYP722C là orobanchol synthase trong cà chua chuyển đổi SL CLA không chính tắc thành SL orobanchol chính tắc. Cấu trúc của KO và thực vật hoang dã là tương đương (Ảnh). Điều này chứng tỏ rằng orobanchol không kiểm soát cấu trúc thực vật trong cây cà chua. Người ta cho rằng những cây cà chua KO này vẫn có thể được hưởng lợi từ nấm mycorrhizal, vì hoạt động của CLA chống lại sự phân nhánh của nấm có thể so sánh với SLs kinh điển. Hơn nữa, người ta thấy rằng tỷ lệ nảy mầm của cỏ dại ký sinh rễ Phelipanche aegyptiaca thấp hơn đáng kể trong môi trường thủy canh của cây cà chua KO (Hình 2). P. aegyptiaca gây thiệt hại lớn cho sản xuất cà chua trên toàn thế giới, đặc biệt là quanh khu vực Địa Trung Hải. Nghiên cứu này cho thấy có thể hạn chế thiệt hại mà loại cỏ ký sinh này gây ra đối với việc sản xuất cà chua bằng cách loại bỏ gen orobanchol synthase.
Các nhà nghiên cứu đã thành công trong việc ngăn chặn sự tổng hợp của orobanchol SL chính và tích lũy axit SL carlactonoic không chính tắc. Phương pháp tương tự có thể được sử dụng để làm sáng tỏ các gen chịu trách nhiệm sinh tổng hợp các SL chính tắc khác. Sự hiểu biết sâu hơn về các chức năng của các SL khác nhau sẽ cho phép cây trồng được thao tác để tối đa hóa hiệu suất của chúng trong các điều kiện bất lợi. Bất lợi cỏ dại kí sinh rễ ảnh hưởng không chỉ đến cà chua mà còn một loạt các loại cây trồng khác bao gồm các loài Solanaceae, Leguminoceae, Cucurbitaceae và Poaceae. Những kết quả này sẽ dẫn đến sự phát triển của nghiên cứu để giảm bớt thiệt hại do cỏ dại ký sinh ở rễ và tăng sản lượng lương thực trên toàn thế giới.
Nguyễn Thị Quỳnh Thuận theo Phys.org |
Trở lại
In
Số lần xem: 873
|
|
[ Tin tức liên quan ]___________________________________________________
|
(51).png "Giải mã điều bí ẩn của sinh tổng hợp Strigolactone ở cây trồng")
(48).png "Giải mã điều bí ẩn của sinh tổng hợp Strigolactone ở cây trồng")
(53).png "Giải mã điều bí ẩn của sinh tổng hợp Strigolactone ở cây trồng")
