|
 Đang trực tuyến :
17 |
|
 Số lượt truy cập :
33258413 |
|
|
|
|
|
Mối quan hệ cộng sinh giữa thực vật và nấm cung cấp nitrat cho thực vật dẫn đến việc giảm sử dụng phân bón
Thứ sáu, 25-09-2020 | 08:28:01
|
|
Khi nghĩ đến nấm hầu hết mọi người đều nghĩ đến nó là tác nhân gây hại nhiều hơn là tác dụng hữu ích. Tuy nhiên, nấm đóng một vai trò quan trọng trong sự sinh trưởng và phát triển của thực vật và có tác dụng kéo dài hàng triệu năm. Từ lâu, các nhà khoa học đã biết rằng nấm rễ cộng sinh Arbuscular mycorrhizal (AM) sống cộng sinh với khoảng 90% cây trồng trên cạn và đóng vai trò quan trọng đối với hệ thống rễ thực vật, nó có nhiệm vụ vận chuyển phosphate cần thiết đến cây trồng để giúp cây phát triển.
Tuy nhiên, giờ đây, nhờ phát hiện của một nhóm các nhà khoa học từ Khoa Khoa học Thực vật và Đất thuộc Viện Di truyền cây trồng chống chịu stress (IGCAST) thuộc Đại học Công nghệ Texas và Phòng thí nghiệm Trọng điểm Nhà nước, Đại học Nông nghiệp Nam Kinh về Di truyền và Gen thực vật thì vai trò cộng sinh đó mới được được hiểu sâu hơn.
Luis Herrera-Estrella.
Nhóm nghiên cứu bao gồm GS. Guohua Xu, GS. Aiqun Chen và TS. Huimin Feng từ Đại học Nông nghiệp Nam Kinh và Luis Herrera-Estrella, Giáo sư về bộ gen thực vật - giám đốc của IGCAST, cùng với trợ lý Damar López-Arredondo, phát hiện ra rằng nấm AM cũng hoạt động như một nhà cung cấp nitơ cho cây trồng, protein (NPF4.5) chịu trách nhiệm vận chuyển nitrat từ nấm đến thực vật và con đường nitrat cộng sinh này và chức năng của protein có trong thực vật như lúa và có lẽ ở hầu hết các loài thực vật khác.
Giáo sư Xu nhấn mạnh phát hiện của họ về hiệu quả sinh tồn của nấm đã thúc đẩy sự phát triển của thực vật và sự hấp thụ chất dinh dưỡng được duy trì và thậm chí nguồn cung cấp nitơ cũng tăng cao, cho thấy hiệu quả của nấm trong việc cải thiện khả năng sử dụng nitơ ở các mức độ hác nhau.
Khám phá này có thể dẫn đến những đột phá trong quản lý nông nghiệp cho phép giảm lượng phân đạm cần thiết trong canh tác, giúp giảm chi phí sản xuất và có lợi cho môi trường bằng cách giảm sử dụng hóa chất nông nghiệp.
Herrera-Estrella cho biết: “Trong nghiên cứu, chúng tôi đã chỉ ra rằng chất vận chuyển nitrat có trong nhiều loài thực vật và nó được kích hoạt bởi nấm rễ trong ngô, lúa miến và một số loài thực vật khác. Dựa trên dữ liệu, chúng tôi đề xuất rằng quá trình vận chuyển nitrat diễn ra ở nhiều và hầu hết ở các loài thực vật và protein đóng một vai trò quan trọng trong quá trình này. Chất vận chuyển nitrat NPF4.5 nằm trong màng tế bào rễ cộng sinh. Nấm tiết ra nitrat vào không gian giữa màng tế bào thực vật và màng tế bào nấm, nơi chất vận chuyển NPF4.5 đưa nitrat vào tế bào rễ và từ ở đó nó được vận chuyển đến những phần còn lại của cây".
Nguồn gốc lịch sử
Hàng trăm triệu năm trước, khi thực vật tiến hóa từ nguồn gốc thủy sinh và bắt đầu chiếm lĩnh mặt đất, thì việc chúng không có bộ rễ khỏe đã trở thành một trở ngại trong việc lấy nước và chất dinh dưỡng. Herrera-Estrella cho biết bằng chứng hóa thạch cho thấy rằng, ngay từ đầu trong quá trình tiến hóa, thực vật trên cạn đã phát triển mối quan hệ với nấm rễ, giúp cải thiện thể trạng của cây chủ bằng cách tạo điều kiện thuận lợi cho dinh dưỡng khoáng và hấp thụ nước và bằng cách tăng khả năng chống chịu với các áp lực sinh học và phi sinh học.
Herrera-Estrella cho biết: “Sự liên kết cộng sinh cùng có lợi này diễn ra ở hơn 90% các loài thực vật. Có một số loài vì lý do nào đó đã mất khả năng kết hợp với nấm rễ".
Ảnh hưởng của nấm rễ đến sinh trưởng của cây lúa trong đất có nồng độ nitrat thấp. Bên trái là cây lúa có nấm rễ cộng sinh và bên phải là cây lúa không bổ sung nấm rễ. Hình ảnh cho thấy rằng cây có nấm rễ cộng sinh cao hơn và khỏe hơn cây lúa không có nấm rễ.
Tuy nhiên, Herrera-Estrella đã chỉ ra các nghiên cứu trước đây đã phát hiện ra rằng mối quan hệ cộng sinh giữa thực vật và nấm AM hoạt động mạnh nhất ở đất có hàm lượng phốt phát thấp và bị kìm hãm trong đất có hàm lượng chất dinh dưỡng cao. Điều đó có nghĩa là cây trồng được bón phân nhiều thì hiệu quả cộng sinh này cũng sẽ bị giảm tác động hoặc mất đi hoàn toàn.
Herrera-Estrella nói: “Một trong những định hướng tương lai của dự án là tìm cách biến đổi gen thực vật để duy trì sự liên kết và lợi ích độc lập với mức độ dinh dưỡng khác nhau trong đất”.
Ông nói thêm rằng các hồ sơ hóa thạch cũng cho thấy mối quan hệ giữa thực vật và nấm rễ không thay đổi nhiều kể từ khi nó bắt đầu. Với sự ổn định của mối quan hệ này, các nhà nghiên cứu tham gia dự án tò mò muốn xem liệu có thứ gì khác ngoài ngoài phốt phát bị ảnh hưởng bởi mối quan hệ cộng sinh này hay không.
Mục tiêu của nghiên cứu là xác định xem nấm rễ có thể cung cấp các chất dinh dưỡng khác như nitơ cho cây trồng hay không. Bằng chứng gián tiếp cho thấy nấm có thể cung cấp cho cây amoni (NH4 +) như một nguồn nitơ, nhưng nó nhanh chóng được chuyển thành nitrat (NO3-) bởi các vi sinh vật hiếu khí trong đất. Điều đó có nghĩa là trong hầu hết các điều kiện, nitrat là dạng N chủ yếu được cung cấp cho cây.
Khám phá sự vận chuyển nitrat
Theo Herrera-Estrella, nấm xâm nhập vào thành tế bào rễ cây và hình thành cấu trúc giống như một cái cây bên trong tế bào. Màng tế bào của nấm và thực vật tiếp xúc rất chặt chẽ và đây là nơi nấm truyền nước và chất dinh dưỡng cho thực vật và ngược lại, thực vật cung cấp cho nấm những loại đường cần thiết cho sự phát triển.
Để kiểm tra khả năng vận chuyển nitrat, các nhà nghiên cứu đã sử dụng đồng vị nitơ để xác định khả năng hấp thụ nitrat của nấm và vận chuyển nitrat đến thực vật. Các nhà nghiên cứu cũng xác định được gen (NPF4.5) được kích hoạt đặc biệt trong rễ lúa khi có sự tham gia bởi nấm rễ và có thể xác định vai trò của gen này trong việc vận chuyển nitrat bằng cách tạo ra các đột biến lúa không có gen vận chuyển này.
Cấu trúc ba chiều của gen vận chuyển nitrat NPF4.5 liên quan đến việc vận chuyển nitơ từ nấm sang thực vật.
Nhiệm vụ của Herrera-Estrella là phân tích dữ liệu do các nhà nghiên cứu Trung Quốc cung cấp để xác định xem liệu loài nấm có thực sự vận chuyển nitrat đến thực vật hay không. López-Arredondo đã thực hiện phân tích cấu trúc của các protein và phát hiện ra một loại NPF4.5, có tất cả các đặc điểm trong các protein khác được biết là vận chuyển nitrat, xác nhận khả năng vận chuyển nitrat đến thực vật.
Chen cho biết: “Chúng tôi phát hiện ra rằng khi gen bị bất hoạt, tổng lượng nitrat mà thực vật có thể nhận được từ nấm sẽ giảm đáng kể. Do đó, về mặt chức năng, chúng tôi xác nhận rằng NPF4.5 là protein quan trọng trong việc vận chuyển nitơ từ nấm đến thực vật. Chúng tôi cũng nghiên cứu cây lúa được chuyển gen thực vật được làm giàu protein NPF4.5 trong trường hợp không có nấm rễ và nhận thấy rằng những cây chuyển gen này có thể tạo ra nhiều sinh khối hơn và cho thấy hiệu quả hấp thụ nitơ cao hơn so với cây bình thường khi được trồng trong môi trường chứa nitrat, có tiềm năng lớn để ứng dụng trong nông nghiệp".
Các nhà nghiên cứu ước tính rằng cây lúa có mối quan hệ cộng sinh giữa nấm rễ và thực vật có thể hấp thụ được hơn 40% lượng nitơ do sự vận chuyển của nấm rễ và gen vận chuyển nitrat cụ thể là NPF4.5, chiếm khoảng 45% lượng nitrat hấp thụ của nấm rễ.
López-Arredondo cho biết các bước tiếp theo trong dự án sẽ là kiểm tra cây chuyển gen trong điều kiện ngoài đồng và hiểu sâu về cơ chế kích hoạt cụ thể gen vận chuyển nitrat NPF4.5 khi thực vật kết hợp với nấm, cũng như phát hiện ra các tín hiệu hóa học nấm gửi đến thực vật để kích hoạt gen đặc biệt này và các gen vận chuyển chất dinh dưỡng khác có lẽ cần thiết cho sự tương tác này.
Mai Thanh Trúc theo Đại học Công nghệ Texas. |
Trở lại
In
Số lần xem: 707
|
|
[ Tin tức liên quan ]___________________________________________________
|
(77).png "Mối quan hệ cộng sinh giữa thực vật và nấm cung cấp nitrat cho thực vật dẫn đến việc giảm sử dụng phân bón")
(59).png "Mối quan hệ cộng sinh giữa thực vật và nấm cung cấp nitrat cho thực vật dẫn đến việc giảm sử dụng phân bón")
(77).png "Mối quan hệ cộng sinh giữa thực vật và nấm cung cấp nitrat cho thực vật dẫn đến việc giảm sử dụng phân bón")
