Arabidopsis thaliana, vườn phân bổ ở Szczecin, West Pomeranian Voivodeship, Ba Lan. Nguồn: Salicyna. Wikimedia Commons/CC-SA-4.0).

Các nhà nghiên cứu do giáo sư Caroline Dean, người đứng đầu đã khám phá cơ sở di truyền cho các biến thể trong phản ứng tiết ra từ thực vật đang phát triển ở các vùng khí hậu rất khác nhau, được liên kết các cơ chế biểu sinh với sự thay đổi tiến hóa.

Xuân hóa là một giai đoạn lạnh kéo dài mà ở một số cây trồng cần trước khi chúng ra hoa. Điều này đảm bảo rằng cây trồng chỉ ra hoa sau khi đợt rét của mùa đông qua đi. Thực vật phải có cách "ghi nhớ" thời tiết lạnh giá mà nó đã phải chịu đựng như thế nào và vào năm 2011, các nhà nghiên cứu đã khám phá ra cơ chế mà thực vật sử dụng.

Khi đủ thời gian lạnh trôi qua, một công tắc biểu sinh làm im lặng một gen ức chế ra hoa có tên gọi là FLC. Những thay đổi biểu sinh này sau đó được truyền cho các tế bào con trong phần còn lại của chu kỳ phát triển thực vật.

Các loại cây khác nhau có các yêu cầu về sự xuân hóa khác nhau, vì thời gian lạnh của mùa đông mà chúng phải trải qua thay đổi theo địa lý và khí hậu.

Trong nghiên cứu mới được công bố trên tạp chí Science, nhóm của giáo sư Dean đã tìm ra cách các loài thực vật khác nhau thiết lập mức độ kích hoạt chuyển đổi biểu sinh này.

Họ đã xem xét nhiều loại Arabidopsis thaliana có nguồn gốc từ Bắc Thụy Điển (Lov-1) và so sánh nó với giống "Columbia" tham khảo. Giống Columbia cần bốn tuần lạnh để kích hoạt chuyển đổi biểu sinh. Giống Lov-1 cần 9 tuần lạnh để đạt được điều tương tự, một biến thể tự nhiên để chống chọi với mùa đông dài hơn ở vĩ độ phía bắc.

Họ đã tìm thấy sự biến đổi trong trình tự ở bộ gen và xung quanh gen FLC. Một sự kết hợp của bốn khác biệt di truyền (đa hình) giữa hai giống là nguyên nhân dẫn đến yêu cầu về thời gian lạnh lâu hơn.

Các đa hình ảnh hưởng đến các biến đổi hóa học đối với các protein histone mà DNA được bao bọc xung quanh. Những sửa đổi này ảnh hưởng đến sự biểu hiện gen và phía sau bộ nhớ biểu sinh. Bốn đa hình ảnh hưởng đến những sửa đổi này trên gen FLC, do đó, điều này chỉ ra cách chúng có thể xác định điểm chuyển đổi cho sự im lặng của gen.

Cần thêm nhiều nghiên cứu để xác định chính xác cách mà những đa hình này đóng góp vào trí nhớ biểu sinh, vì bản thân cơ chế vẫn chưa được hiểu một cách đầy đủ. Hệ thống mô hình thực vật này là lý tưởng để khám phá sự phức tạp của các cơ chế đã nêu và cách thức chúng áp dụng trên các sinh vật khác nhau.

Nghiên cứu này đưa ra lời giải thích về mức độ mà trạng thái biểu sinh tự chuyển đổi được xác định như thế nào để đáp ứng với một kích thích định lượng. Đây có thể là một cơ chế chung mà nhiều sinh vật khác thích nghi khi môi trường thay đổi.

Arabidopsis có sự phân bố địa lý rộng rãi và việc thích ứng với yêu cầu tươi tốt của nó theo cách này có thể là chìa khóa để giúp nó phát triển ở các vùng khí hậu khác nhau.

Khi khí hậu của chúng ta thay đổi, chúng ta có thể học hỏi từ cách Arabidopsis đã thích nghi để giúp canh tác các giống cây trồng mới.

Nguyễn Thị Quỳnh Thuận theo Phys.org