|
 Đang trực tuyến :
19 |
|
 Số lượt truy cập :
33323078 |
|
|
|
|
|
Thực vật có thể đo cường độ căng thẳng do muối
Thứ sáu, 09-09-2022 | 08:25:49
|
|
Như một phản ứng tức thời với nồng độ muối (NaCl) tăng cao, nồng độ canxi trong dịch bào của một nhóm tế bào cụ thể tăng lên trong vòng một phút. Được hiển thị bằng màu sắc: đỏ (nồng độ cao nhất)> vàng> xanh lá cây> xanh lam. Nguồn: AG Kudla.
Điều kiện môi trường không thuận lợi gây căng thẳng đáng kể đối với thực vật. Hàm lượng muối cao (dạng NaCl) trong đất chỉ là một yếu tố gây căng thẳng có tác động tiêu cực đến cây trồng. Nhiễm mặn là một vấn đề nghiêm trọng trong nông nghiệp, đặc biệt là ở các vùng khô hạn trên thế giới. Các nhà sinh học tại Đại học Münster lần đầu tiên phát hiện ra rằng căng thẳng do muối kích hoạt tín hiệu canxi trong một nhóm tế bào đặc biệt ở rễ cây và những tín hiệu này tạo thành một "góc cảm nhận natri". Ngoài ra, các nhà nghiên cứu đã xác định một protein liên kết canxi (CBL8) góp phần vào khả năng chịu mặn đặc biệt trong điều kiện căng thẳng mặn nghiêm trọng. Kết quả của nghiên cứu đã được công bố trên tạp chí Developmental Cell.
Căng thẳng mặn là do sự tích tụ của nồng độ muối quá mức trong đất. Điều này ức chế sự phát triển của cây và cuối cùng có thể dẫn đến chết cây. Vì lý do này, các nhà nghiên cứu thực vật quan tâm đến việc hiểu rõ hơn về căng thẳng mặn để lai tạo các loại cây chịu mặn. GS. Jörg Kudla và đồng nghiệp tại Viện Sinh học và Công nghệ Sinh học Thực vật tại Đại học Münster đã nghiên cứu về cách thực vật đo cường độ căng thẳng do muối và cách chúng phản ứng với nó. Cây mô hình mà họ sử dụng để thử nghiệm là cải xoong (Arabidopsis thaliana), là một thành viên của nhóm thực vật có hoa lớn nhất - họ cây thập tự, hay họ Cải. Chúng bao gồm nhiều loại cây thực phẩm và cây làm thức ăn gia súc như bắp cải, mù tạt và củ cải.
Jörg Kudla nhận xét: “Trước hết, chúng tôi đã kiểm tra rễ cây Arabidopsis xem liệu chúng có bất kỳ loại tế bào nào sẽ phản ứng đặc biệt với sự căng thẳng của muối hay không, hoặc liệu toàn bộ rễ có biểu hiện phản ứng đồng nhất hay không. Chúng tôi cũng đã tiến hành điều tra để xem liệu cường độ căng thẳng do muối được phản ánh một cách định lượng trong cường độ của tín hiệu canxi”.
Kết quả đã làm các chuyên gia ngạc nhiên: Mặc dù toàn bộ hệ thống rễ của thực vật bị căng thẳng, nhưng chỉ có một nhóm tế bào cụ thể phản ứng - và chỉ nhóm này hình thành cái gọi là tín hiệu canxi tế bào oligo. Nhóm tế bào này nằm trong vùng biệt hóa của rễ cây và chỉ được hình thành bởi vài trăm tế bào. Chỉ để so sánh: một rễ cây có hàng nghìn tế bào. Các nhà nghiên cứu gọi khu vực này là "góc cảm nhận natri".
Kudla giải thích: “Nhóm tế bào này không thể nhìn thấy được và chúng ta chỉ có thể phân biệt chúng về mặt chức năng với các tế bào khác bằng công nghệ cảm biến sinh học độ phân giải cao. Đó là một khám phá tình cờ vô cùng ý nghĩa”. Nguyên nhân là do tín hiệu canxi sơ cấp được hình thành trong các tế bào chuyên biệt về chức năng này. Trong quá trình này, các nhà sinh học thực vật phát hiện ra rằng mức độ căng thẳng do muối càng lớn thì tín hiệu canxi càng mạnh.
Nói cách khác, thực vật có thể cung cấp thông tin cho sinh vật về cường độ của căng thẳng gặp phải. Điều này dẫn đến câu hỏi làm thế nào tế bào thực vật có thể phân biệt tín hiệu canxi yếu và mạnh để có thể phản ứng phù hợp. Nói chung, tín hiệu canxi được giải mã bởi các protein liên kết canxi khác nhau hoạt động như cảm biến canxi.
Protein CBL quan trọng đối với khả năng chịu mặn
Ở thực vật, nhiệm vụ quan trọng này thường được thực hiện bởi cái gọi là protein CBL (giống calcineurin B). Từ lâu, người ta đã biết rằng protein CBL4 rất quan trọng đối với khả năng chịu mặn và những đột biến tương ứng không có bất kỳ protein CBL4 nào hoạt động cực kỳ nhạy cảm với căng thẳng do muối. Trong công trình của mình, các nhà nghiên cứu đã phát hiện ra rằng các đột biến của một protein CBL khác - CBL8 - cũng làm giảm khả năng chịu mặn. Tuy nhiên, đột biến CBL8 - trái ngược với đột biến CBL4 - chỉ biểu hiện sự ức chế tăng trưởng khi bị căng thẳng mặn nghiêm trọng. Sau khi thực hiện các phân tích sinh hóa, các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng nồng độ canxi cao sẽ kích hoạt protein CBL8 - trong khi protein CBL4 cũng hoạt động ở nồng độ canxi thấp hơn. TS. Leonie Steinhorst giải thích thêm: “Chỉ trong điều kiện căng thẳng do độ mặn cao, CBL8 mới giúp bơm muối ra khỏi cây. Nó là một loại cơ chế chuyển đổi được điều khiển bởi nồng độ canxi”.
Một khía cạnh thú vị mà các nhà sinh học phát hiện ra trong mối liên hệ này là sự tiến hóa của các protein CBL. Hầu hết các loại ngũ cốc - chẳng hạn như ngô, lúa mì và lúa mạch - được gọi là cây một lá mầm. Chúng chỉ có protein CBL4 - nói cách khác, chúng thiếu cơ chế chuyển đổi này để thích nghi với tình trạng căng thẳng mặn nghiêm trọng. Ngoài ra còn có các cây hai lá mầm, chẳng hạn như thuốc lá và cà chua và có thể chứng minh trong trường hợp này rằng quá trình nhân đôi gen diễn ra sớm trong quá trình tiến hóa và CBL8 đã phát triển từ đó. Kết quả là, những cây này có cơ hội tốt hơn để phản ứng với căng thẳng do muối.
Theo Jörg Kudla: “Một cách tiếp cận thú vị sẽ là đưa protein CBL8 vào các cây một lá mầm để chúng cũng có thể thích nghi tốt hơn với căng thẳng do muối. Đây có thể là một biện pháp ngày càng quan trọng đối với các nhà chọn giống cây trồng trong tương lai để đối phó tốt hơn với hạn hán và căng thẳng do mặn”.
Kính hiển vi có độ phân giải cao, sử dụng công nghệ cảm biến sinh học canxi phân tử trong thực vật, có thể phát hiện ra các tín hiệu canxi tế bào oligo đã được mô tả. Các cảm biến sinh học này hình dung những thay đổi về nồng độ của các chất hoạt tính sinh học như canxi trong tế bào và mô. Những nghiên cứu này liên quan đến công nghệ cảm biến sinh học in vivo được kết hợp với các phương pháp di truyền, sinh học tế bào và sinh hóa khác để làm sáng tỏ chi tiết các cơ chế cơ bản.
Đỗ Thị Thanh Trúc theo Phys.org |
Trở lại
In
Số lần xem: 227
|
|
[ Tin tức liên quan ]___________________________________________________
|
(188).png "Thực vật có thể đo cường độ căng thẳng do muối")
