Các nhà nghiên cứu tại phòng thí nghiệm Sainsbury tiết lộ cơ chế phân tử cho phép cây trồng nhanh chóng thích ứng với tốc độ sản xuất hoa nhằm đáp ứng việc thay đổi mức độ dinh dưỡng trong đất.

Một nhóm các nhà khoa học thực vật đã kiểm tra các quá trình mà thông qua đó cây trồng có thể truyền thông tin của môi trường bên ngoài từ rễ đến các chồi non. Kết quả cho thấy rằng sự gia tăng chất dinh dưỡng vào đất dẫn đến phản ứng trong các tế bào gốc nằm ở phần chồi trong vòng chưa đầy 24 giờ.

Các thí nghiệm cho thấy phản ứng nhanh này xảy ra cả trong môi trường ống nghiệm ở mức độ vi mô (in vitro) và cả thử nghiệm bên ngoài (ex vitro) cho thấy cây trồng bắt đầu gia tăng tốc độ tăng trưởng tế bào gốc và sự phát triển hoa để đáp ứng với việc sử dụng đạm dưới dạng nitrat.

Nghiên cứu này đã được đăng trong Proceedings of the National Academy of Sciences, góp phần cải thiện năng suất cây trồng bằng cách xác định đúng thời điểm bón phân và chọn giống cây trồng.

Tiến sĩ Benoit Landrein là tác giả đầu tiên của bài báo nói rằng các phản ứng này được thiết lập tốt bởi sự sẵn có của hàm lượng nitrat trực tiếp tác động đến nhiều khía cạnh khác nhau trong sự phát triển của cây trồng. Được biết rằng hoocmon thực vật là cytokinin có liên quan đến mối quan hệ giữa rễ và chồi,  có vai trò trung gian từ việc giải quyết phản ứng của các mô phân sinh (là nơi sản xuất các mô tế bào mới) tới các chất dinh dưỡng khoáng chưa được mô tả trước đây.

Tiến sĩ Landrein cho biết thông qua nghiên cứu này, họ cung cấp một mô hình tích hợp phản ứng của mô phân sinh với một tín hiệu môi trường bằng cách cho thấy các cytokinin đã được sản xuất trong rễ nhằm đáp ứng với các chất dinh dưỡng, điều này có thể làm thay đổi nhóm tế bào gốc trong mô phân sinh, dẫn tới thay đổi nhanh tốc độ sản xuất hoa.

Trong vòng một ngày, các tế bào rễ phát hiện thêm nitrat, các tiền chất của hoocmon cytokinin đã được vận chuyển trong thân và chuyển đổi thành các hoocmon hoạt tính tại mô phân sinh chồi, chính điều này đã ảnh hưởng đến tốc độ phát triển của chồi. Tốc độ của phản ứng này thì rất bất ngờ, bộ rễ không chỉ phản ứng với sự thay đổi về môi trường mà chúng còn nhanh chóng truyền đạt thông tin này từ rễ đến các tế bào gốc ở chồi ngọn. Các nhà nghiên cứu đã quan sát thấy những tế bào của mô phân sinh chồi bắt đầu đáp ứng trong vòng 24 giờ sau khi sử dụng nitrat.

Tiến sĩ Landrein là một thành viên trong nhóm nghiên cứu của giáo sư Henrik Jönsson, tiến sĩ James Locke và Giáo sư Elliot Meyerowitz là những người đang làm việc để nâng cao sự hiểu biết của con người về cách các quá trình của tế bào ở thực vật được kiểm soát như thế nào bởi các mạng lưới điều chỉnh gen, vận chuyển hoóc-môn và tín hiệu, sự tăng trưởng và phân chia tế bào. Giáo sư Jönsson nhận định rằng mặc dù nghiên cứu mới được thực hiện trên cây Arabidopsis, nhưng những phát hiện này có thể được ứng dụng trong tương lai cho tất cả các loại cây trồng.

Nghiên cứu này cung cấp cho con người cái nhìn sâu sắc hơn về ảnh hưởng của các chất dinh dưỡng khoáng như thế nào đến các cơ quan của cây trồng và có thể được sử dụng để hiểu rõ hơn về phản ứng của cây trồng đối với các nguồn đầu vào của môi trường và để phát triển các giống có năng suất cao. Các cây trồng có cùng hoạt động cytokinin giữa rễ và chồi được thừa hưởng những lợi ích đáng kể từ nghiên cứu này. Ví dụ như các gen liên quan trong việc điều hòa cytokinin đã được xác định trên lúa và ngô và kiến ​​thức này có thể được sử dụng để chọn tạo giống cây trồng có năng suất cao hơn.

Tế bào gốc thực vật

Các tế bào gốc thực vật có cùng chức năng như tế bào gốc ở động vật. Chúng là các tế bào không phân hóa có khả năng phát triển thành các tế bào cơ quan chuyên biệt, chẳng hạn như lá hoặc hoa. Các tế bào gốc thực vật nằm ở mô phân sinh của thực vật (mô phân sinh đầu rễ và chồi ngọn) và cung cấp ổn định các tế bào tiền thân từ các cơ quan khác nhau của cây trồng.

Cytokinin là gì?

Cytokinin là một loại hoocmon thực vật kiểm soát nhiều khía cạnh khác nhau trong sự phát triển của cây trồng và liên quan đến phản ứng của cây trồng với các tín hiệu của môi trường. Hoocmon này đặc biệt hoạt động như một sứ giả giữa rễ và chồi cây, nó thông báo sự sẵn có của các chất dinh dưỡng trong đất được phát hiện từ rễ tới các bộ phận khác của cây.

Arabidopsis

Arabidopsis là một chi thực vật trong họ Cải - Brassica, bao gồm các loại cây phổ biến được trồng thương mại như củ cải dầu, cải bắp, cải xoăn và bắp cải. Arabidopsis là một trong những cây trồng đầu tiên mà bộ gen của nó được biến đổi và sử dụng làm cây mô hình trong nghiên cứu sinh học thực vật.

Mai Thanh Trúc theo Phys.org