Sự phát triển giống như cây bồ công anh thuộc loài Arabidopsis hoang dã (trái) thay đổi hình dáng giống cây cho hạt có dầu khi cả hai gen ATH1 và DELLA đều bị đột biến (phải). Nguồn: Trung tâm John Innes.

Điều gì khiến một số loài thực vật mọc sát đất trong khi những loài khác - ngay cả những loài có quan hệ họ hàng gần gũi - vươn thẳng đứng? Để lý giải cho câu hỏi này, nghiên cứu mới đưa ra cấu trúc và thói quen sinh trưởng của thực vật, chúng có thể hỗ trợ sự phát triển của các loại cây trồng có năng suất tốt hơn.

Cách thực vật phát triển đôi khi phải thỏa mãn những nhu cầu trái ngược nhau. Cây mọc gần mặt đất làm giảm khả năng bị trầy xước, nhưng điều này cho thấy nhu cầu vươn cao nhanh nhằm phát tán hạt giống. Điều này được tìm thấy ở bồ công anh và Arabidopsis, một loài điển hình thường được sử dụng trong nghiên cứu sự phát triển của thực vật. Nông nghiệp đã tận dụng lợi thế của sự đa dạng hóa tập quán sinh trưởng, cây cải dầu là một ví dụ.

Nghiên cứu được thực hiện bởi các nhà nghiên cứu của Trung tâm John Innes cho thấy các gen kiểm soát những thay đổi trong thói quen tăng trưởng.

Sử dụng phân tích di truyền, kính hiển vi và một kỹ thuật gọi là giải trình tự ChIP, các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng sự tăng trưởng nhỏ gọn được áp đặt bởi hai loại gen khác nhau, (được gọi là ATH1 và DELLA), chúng hoạt động song song.

Để chuyển đổi sự tăng trưởng nhỏ gọn thành sự phát triển kéo dài, cần phải ức chế cả hai loại gen. Khi hoạt động, một trong số chúng có thể ngăn chặn hoạt động của các gen thường gặp và thúc đẩy sự phát triển kéo dài, ví dụ như, để phản ứng với điều kiện ánh sáng.

Giáo sư Robert Sablowski, trưởng nhóm và tác giả tương ứng của nghiên cứu, cho biết: "Mọi người đều biết rằng cách thực vật phát triển phụ thuộc rất nhiều vào môi trường. Đồng thời, mỗi loài thực vật đều giữ hình dạng dễ nhận biết. Chúng tôi biết một chút về cách nó phản ứng. với môi trường được tích hợp với các cơ chế di truyền tạo cho thực vật hình thái cơ bản hoặc hình dạng đặc trưng. Nhờ nghiên cứu này, giờ đây chúng ta hiểu được cách thức các phản ứng đối với môi trường có thể được biến đổi trong các bộ phận cụ thể của thực vật nhằm tạo ra hình dạng đặc trưng của chúng.

"Thật thú vị khi thấy rằng một số lượng tương đối nhỏ các thay đổi di truyền có thể chuyển đổi thói quen sinh trưởng của thực vật từ một giống như bắp cải sang một giống như cải dầu. Vẫn còn phải xem liệu những thay đổi có thể giải thích được sự khác biệt trong thói quen sinh trưởng mà chúng ta thấy trong tự nhiên".

Một cơ chế tương tự của hai gen hoạt động tương tự và ảnh hưởng đến sự kéo dài đã được tìm thấy ở lúa, cho thấy nó có thể là một cơ chế phổ biến để kiểm soát cấu trúc cây trồng.

Các gen kiểm soát chiều cao cây trồng rất quan trọng trong nông nghiệp với các đặc điểm lùn làm nền tảng cho giai đoạn năng suất cao vào giữa thế kỷ 20 được gọi là cuộc cách mạng xanh. Các gen DELLA đã được sử dụng rộng rãi trong nhân giống cây trồng để cải thiện năng suất và thuận tiện cho thu hoạch.

Kiến thức tốt hơn về các gen quy định chiều cao cây phát triển có thể dẫn đến những cách chính xác hơn để cải thiện hình dạng của cây trồng.

Tiếp theo, các nhà nghiên cứu đang lên kế hoạch để hiểu rõ hơn về cách ATH1 tự điều chỉnh.

Tác giả đầu tiên, tiến sĩ Mahwish Ejaz cho biết: "Nếu chúng ta có thể thay đổi vị trí hoặc thời gian khi ATH1 hoạt động, điều này có thể dẫn đến những cách hữu ích để sửa đổi chiều cao và hình dạng của cây. Chúng tôi đã chỉ ra rằng các gen ATH1 và DELLA ngăn chặn sự phát triển của thân một phần bằng cách ngăn chặn hoạt động của các gen khiến thân cây dài ra khi phản ứng với ánh sáng. Nhưng đây không phải là toàn bộ câu chuyện - còn nhiều gen và quy trình khác mà ATH1 và DELLA điều chỉnh để thay đổi thói quen phát triển, hầu hết trong số đó vẫn chưa được kiểm tra".

Đỗ Thị Thanh Trúc theo Phys.org