|
 Đang trực tuyến :
22 |
|
 Số lượt truy cập :
33223990 |
|
|
|
|
|
Xác định hàng ngàn gen thực vật được kích hoạt bằng khí ethylene
Thứ năm, 20-06-2013 | 08:20:57
|
|
Phát hiện mới có thể giúp tìm ra những cách tốt hơn để kiểm soát tốc độ tăng trưởng và tốc độ chín của cây nông nghiệp.
Chú thích: Khí ethylene, còn được gọi là hormone làm chín quả, "nói chuyện với" nhiều quá trình khác kiểm soát sự tăng trưởng của cây bằng cách sử dụng một loại protein gọi là EIN3. Hình ảnh hiển thị mạng lưới gen cho từng quá trình tổng hợp sinh học hormone chính ở cây, các quá trính phát tín hiệu và phản ứng, và các gen mà protein EIN3 "chạm vào" (có khả năng điều chỉnh). Ảnh: Katherine Chang, Viện Nghiên cứu Sinh học Salk
Lâu nay người ta biết rằng, một quả táo thối trong một thùng làm hỏng tất cả những quả táo khác, và một quả táo chín làm chín một quả chuối xanh nếu chúng được đặt chung trong một túi giấy. Cách để làm chín, hoặc hư trái cây đã được biết đến hàng ngàn năm nay nhưng mãi đến n nay các gen đứng sau hiện tượng tự nhiên này mới được tìm ra.
Trong tạp chí trực tuyến eLIFE, một nhóm lớn các nhà khoa học quốc tế, đứng đầu bởi các nhà nghiên cứu tại Viện Nghiên cứu Sinh học Salk, đã xác định hàng ngàn gen trong một thực vật được kích hoạt mỗi khi ethylene, một loại khí có tác dụng như một loại hormone tăng trưởng thực vật, được phát ra.
Nghiên cứu này – một phân tích bộ gen toàn diện đầu tiên về sự kích hoạt sinh học của ethylene, có thể đem lại những ứng dụng thực tế mạnh mẽ, theo các nhà nghiên cứu cho biết. Ethylene không chỉ giúp trái cây chín mà nó còn điều chỉnh sự tăng trưởng và giúp bảo vệ cây chống lại các mầm bệnh, bên cạnh một loạt các chức năng khác.
Tìm ra được các gen cụ thể thực hiện từng chức năng riêng biệt này từ nhiều gen được phát hiện là bị kích hoạt bởi ethylene có thể cho phép các nhà khoa học sản xuất ra các giống cây trồng mà làm chậm sự tăng trưởng khi cần thiết, thúc đẩy hoặc ngăn chặn quá trình chín, làm chậm thối rữa hoặc làm cho thực vật có khả năng kháng bệnh cao hơn, theo Joseph R. Ecker, tại Phòng thí nghiệm Sinh học phân tử và Tế bào Thực vật thuộc Viện Salk, cho hay.
"Vì bây giờ chúng tôi biết rằng các gen mà ethylene cuối cùng kích hoạt nên chúng tôi sẽ có thể xác định các gen và protein chủ chốt liên quan đến từng quá trình nhánh này, và điều này có thể giúp chúng tôi tác động vào từng chức năng riêng biệt mà hormone này điều chỉnh, " Ecker cho biết.
Được biết, để giải mã được các quá trình di truyền mà ethylene kích hoạt phải có một nỗ lực rất lớn với sự tham gia của 4 tổ chức và 19 nhà nghiên cứu.
Mặc dù thực vật mà họ nghiên cứu là cây cải xooong Arabidopsis thaliana, có họ hàng với cải bắp và rau cải, nhưng ethylene vẫn đóng vai trò là hormone quan trọng trong tất cả thực vật.
Các nhà nghiên cứu đã xem xét chuyện gì xảy ra ở cây Arabidopsis sau khi khí ethylene gây ra sự hoạt hóa cho EIN3, một yếu tố phiên mã chính hay một loại protein điều khiển sự biểu hiện gen - mà Ecker đã phát hiện và nhân bản vào năm 1997. EIN3 và một loại protein liên quan, EIL1, là các yếu tố bắt buộc phải có để tạo ra phản ứng với khí ethylene, vì không có các protein này, ethylene không ảnh hưởng gì đến cây.
"Chúng tôi muốn biết ethylene đang thực sự làm công việc của mình ra sao," Ecker giải thích. "Một khi cây phản ứng với ethylene bằng cách kích hoạt EIN3, thì chuyện gì sẽ xảy ra? Những gen nào được bật lên? Và những gen này đang làm gì?".
Sử dụng một kỹ thuật gọi là ChIP-Seq, các nhà nghiên cứu cho Arabidopsis tiếp xúc với ethylene và xác định tất cả các khu vực của bộ gen trong cây gắn kết với EIN3, một việc đòi hỏi phải sử dụng kỹ thuật giải trình tự thế hệ tiếp theo. Do đó, họ sử dụng kỹ thuật giải trình tự mRNA trên toàn bộ gen để xác định những gen mục tiêu có biểu hiện thực sự thay đổi do tương tác với EIN3. "Không phải tất cả các gen mục tiêu của EIN3 đều thay đổi trong biểu hiện gen của chúng", Ecker giải thích.
Họ nhận thấy rằng, hàng ngàn gen trong cây phản ứng với EIN3. Sau đó, các nhà nghiên cứu phát hiện ra hai điều thú vị. Điều đầu tiên là, khi EIN3 được kích hoạt bởi ethylene, thì nó quay trở lại kiểm soát các gen trong quá trình mà đã được sử dụng để kích hoạt yếu tố phiên mã EIN3 vào lúc đầu. "Điều đó cho chúng ta biết rằng, một cây tạo ra một chất điều chỉnh chính tối quan trọng như EIN3 muốn giữ cho quá trình sản xuất đó nằm trong sự kiểm soát rất chặt chẽ," Ecker cho biết. "Chúng tôi đã không nghĩ đến điều này, và hiện nay điều này cho chúng tôi một phương pháp để hiểu về sự kiểm soát di truyền của các hormone thực vật khác".
Khám phá thú vị thứ hai đó là, EIN3 nhắm đích tất cả các quá trình phát tín hiệu hormone khác trong cây. Ecker đưa ra một ví dụ tương tự để hiểu được lý do tại sao:. "Hãy tưởng tượng bạn đang ở trong một phòng thu âm và một trong những chiếc bàn điều khiến đó ở phía trước bạn và nó có tất cả các nút điều khiển. Nếu bạn bắt đầu đẩy một nút lên để có được một hiệu ứng âm thanh, thì bạn có thể phải đẩy một nút khác xuống để có được một hiệu ứng âm thanh khác.
"Nếu ethylene yêu cầu một cây ngừng phát triển, thì nó phải kiểm soát các hormone khác yêu cầu cây phát triển", ông giải thích. "Chúng tôi phát hiện thấy rằng, khoảng một nửa những đích nhắm trong bộ gen của protein EIN3 được tìm thấy trong các quá trình phát tín hiệu hormone khác".
Kiểm soát những hormone này bằng EIN3 là một việc rất phức tạp và được hoàn thành trong khoảng thời gian 24 giờ trong đó bốn tầng sóng điều chỉnh phiên mã diễn ra, Ecker cho biết.
Ông cho biết thêm rằng, bên cạnh hiểu rõ hơn về cách ethylene kiểm soát về mặt di truyền các chức năng khác nhau ra sao trong một thực vật, thì những phát hiện từ nghiên cứu này cũng cung cấp một khuôn mẫu mà theo đó có thể giải mã hoạt động của các hormone thực vật khác – mà chưa có hormone nào được nghiên cứu kỹ và nhiều như ethylene.
"Biết được cách thức thực vật phối hợp ra sao với phản ứng hormone là một yếu tố thiết yếu để hiểu được sự điều chỉnh tăng trưởng và phát triển của chúng, có thể là trong quá trình nảy mầm, quá trình quả chín, hoặc quá trình phản ứng với hạn hán, côn trùng, hoặc mầm bệnh," Katherine Chang, tác giả đầu tiên của bài nghiên cứu và là nhà nghiên cứu trong phòng thí nghiệm của Ecker, cho biết. "Theo như cách này, thì việc lập bản đồ các mối liên kết giữa các quá trình hormone có thể mang nhiều ý nghĩa trong nông nghiệp".
# # #
Thông tin về Viện Nghiên cứu Sinh học Salk:
Viện Nghiên cứu Sinh học Salk là một trong những tổ chức nghiên cứu cơ bản ưu việt của thế giới. Tập trung cả về phát hiện và tư vấn cho các thế hệ các nhà nghiên cứu trong tương lai, các nhà khoa học Salk có những đóng góp đột phá cho sự hiểu biết của chúng ta về bệnh ung thư, sự lão hóa, bệnh tiểu đường, bệnh Alzheimer và các bệnh truyền nhiễm thông qua nghiên cứu khoa học thần kinh, di truyền học, sinh học tế bào và thực vật, và các ngành liên quan.
Nhiều thành tựu đã được công nhận qua rất nhiều danh hiệu, trong đó có giải Nobel và nhiều thành viên trong Viện Hàn lâm Khoa học Quốc gia. Được thành lập vào năm 1960 bởi nhà tiên phong trong vắc-xin bại liệt, Jonas Salk, Viện là một tổ chức phi lợi nhuận độc lập. Thomson Reuters xếp hạng Chương trình Sinh học Thực vật của Viện Salk là tổ chức nghiên cứu số 1 về sinh học thực vật trên thế giới, dựa trên số lượng các bài nghiên được trích dẫn nhiều và có ảnh hưởng lớn nhất.
Xem thêm tại http://www.eurekalert.org/pub_releases/2013-06/si-sit061113.php
Thanh Vân - Dostdongnai, Theo Eurekalert. |
Trở lại
In
Số lần xem: 1600
|
|
[ Tin tức liên quan ]___________________________________________________
|
