Các nhà khoa học cây trồng của Brookhaven Lab đã phát hiện ra lý do tại sao một loại protein làm tăng tổng hợp dầu cũng kích hoạt hệ thống kiềm hãm quá trình tổng hợp này: Jantana Keereetaweep, Kate Kuczynski, Zhiyang Zhai, Hui Liu, Jorg Schwender, John Shanklin (từ trái sang phải). Ảnh: Phòng thí nghiệm quốc gia Brookhaven

Các nhà nghiên cứu sinh hóa thực vật tại Phòng thí nghiệm quốc gia Brookhaven của Bộ Năng lượng Hoa Kỳ gần đây đã thực hiện một khám phá đáng ngạc nhiên: Họ phát hiện ra rằng một loại protein kích hoạt quá trình tổng hợp dầu cũng có khả năng kích hoạt một loại protein khác kiềm hãm quá trình tổng hợp này. Trong một bài báo vừa được công bố trên tạp chí Plant Physiology, họ mô tả làm thế nào hệ thống có vẻ nghịch lý này giữ cho tiền chất dầu-acid béo cân bằng một cách hoàn hảo để đáp ứng nhu cầu của thực vật.

John Shanklin, nhà hóa sinh của Brookhaven Lab, người đứng đầu nghiên cứu cho biết: "Ban đầu, chúng tôi rất ngạc nhiên khi phát hiện ra rằng protein kích hoạt bật quá tổng quá trình tổng hợp dầu đồng thời cũng kích hoạt tắt quá trình này”.

Và những nghiên cứu tiếp theo khiến cho sự mô tả trở nên hoàn hảo. Các axit béo - tiền chất của dầu có thể trở nên độc nếu chúng được sản sinh nhiều. Nếu mức độ tăng vượt quá yêu cầu của tế bào, các tế bào cần một cách để dừng sản sinh ra chúng.

Shanklin nói “Điều quan trọng là công tắc tắt, một protein được gọi là BADC, là một chất ức chế có điều kiện. Nó chỉ nhấn phanh khi mức độ axit béo tự do cao”.

Việc này có thể thúc đẩy nỗ lực của nhóm để tìm ra những cách mới có thể kiểm soát quá trình tổng hợp dầu của cây trồng nhằm phục vụ sản xuất nhiên liệu hoặc các sản phẩm hữu ích khác.

Ghép các mảnh lại với nhau

Nghiên cứu mới dựa trên công trình trước đây của nhóm Shanklin. Một trong những nghiên cứu đã tiết lộ rằng BADC thực hiện cơ chế kiềm hãm của nó bằng cách chèn chính nó vào một loại enzyme quan trọng liên quan đến việc tạo ra axit béo, ACCase.

Shanklin nói "Chúng tôi quan tâm tìm hiểu thêm về các protein BADC và các gen điều hòa chúng”.

Trong một nghiên cứu khác, nhóm nghiên cứu đã tìm hiểu chi tiết về protein tín hiệu được gọi là WRINKLED1, bật các enzyme để tổng hợp axit béo, bao gồm các bộ phận của ACCase, và do đó đóng vai trò là công tắc cho con đường tổng hợp dầu.

Các nhà khoa học không có nhiều lý do để nghi ngờ mối liên hệ trực tiếp giữa WRI1 (công tắc bật) và BADC (công tắc tắt) cho đến khi các tác giả chính, Hui Liu và Zhiyang Zhai, quan sát thấy rằng thực vật có đột biến gen điều hòa một trong hai protein trên có rễ ngắn bất thường.

Shanklin nói "Thật dễ dàng bỏ qua mối liên hệ này như một sự trùng hợp ngẫu nhiên, nhưng quan sát của Liu và Zhai hóa ra là trung tâm của cơ chế mà chúng tôi phát hiện ra".

Nghiên cứu sâu hơn cho thấy nồng độ hoóc môn bất thường thấy trong rễ đột biến WRI1 giống nồng độ của rễ đột biến BADC. Các nghiên cứu sinh hóa - di truyền gần hơn đã khiến nhóm nghiên cứu kết luận rằng cả hai protein thực sự có liên quan đến khiếm khuyết tăng trưởng này đã kích hoạt chúng đi đến kết nối xa hơn nữa.

Đồng nghiệp của Brookhaven, Jorg Schwender, chỉ ra rằng WRI1 khi chuyển đổi liên kết chặt chẽ với gen BADC, cho phép nó được bật. Họ đã xác nhận kết nối bằng cách chỉ ra rằng việc thêm nhiều BADC vào đột biến WRI1 làm cho rễ phát triển dài hơn.

Điểm mấu chốt là kích hoạt gen kiềm hãm thì không nhất thiết phải tắt quá trình tổng hợp axit béo. Nó chỉ cung cấp cho tế bào một cách để tắt tổng hợp nếu nồng độ axit béo quá cao. Và nếu càng có nhiều WRI1 càng tăng cường sản xuất axit béo, tế bào cũng cần tăng cường BADC để có thể ngăn chặn quá trình đó.

Shanklin nói "Nó giống như cho một chiếc xe có thể chạy nhanh hơn, nhưng với một bộ phanh phải lớn hơn để dừng lại nếu một con nai chạy ra đường".

Shanklin giải thích "Hình thành nhiều màng tế bào hoặc nhiều dầu sẽ giữ mức axit béo thấp và hệ thống phanh BADC sẽ không cần thiết. Chỉ khi sản xuất vượt quá nhu cầu và axit béo tích tụ thì cần phải áp dụng hệ thống phanh".

Lê Thị Kim Loan theo Phys.org