Vị trí bị nhiễm tuyến trùng của cây thiếu gen DEL1 hóa nâu. Khi lignin bị biến màu, vị trí nhiễm tuyến trùng này tạo ra màu phản ứng mạnh (màu đỏ). Ảnh: Shinichiro Sawa.

Các nhà nghiên cứu từ Đại học Kumamoto ở Nhật Bản đã xác định chính xác cơ chế điều chỉnh sự cân bằng giữa tăng trưởng và phòng vệ của thực vật. Thực vật tổng hợp và tích lũy hormone phòng vệ để bảo vệ chúng khỏi nhiễm bệnh hại, nhưng sự tích lũy quá mức gây cản trở đáng kể cho sự phát triển của cây. Các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng gen DEL1 đóng vai trò kiểm soát cân bằng sự tăng trưởng và bảo vệ cây bị nhiễm tuyến trùng. Phát hiện này dự kiến ​​sẽ góp phần cải thiện các giống cây trồng nông nghiệp và xác định cơ chế lây nhiễm của các mầm bệnh khác nhau.
 

Thực vật phát triển liên tục trong suốt vòng đời của chúng nhưng sự tăng trưởng bị ức chế và năng lượng được đưa vào các phản ứng phòng vệ, giống như sự tổng hợp của các hormone phòng thủ axit salicylic và lignin, khi bị mầm bệnh tấn công. Khi sự tích lũy của axit salicylic và lignin trở nên quá mức, thực vật biểu hiện sự ức chế tăng trưởng đáng kể. Do đó, người ta tin rằng thực vật giữ sự cân bằng thích hợp giữa tăng trưởng và phòng vệ. Tuy nhiên, loại cơ chế điều hòa cân bằng này chỉ được báo cáo trong lá, sự tồn tại của một cơ chế tương tự trong rễ chưa được biết đến.
 

Để đánh giá cơ chế trong rễ, các nhà nghiên cứu đã lây nhiễm tuyến trùng Meloidogyne Incognita, vào rễ cây Arabidopsis dại và Arabidopsis thiếu gen DEL1, là loại cây thường được sử dụng trong các thí nghiệm nghiên cứu di truyền cây trồng. Sau khi lây nhiễm tuyến trùng, cây thiếu DEL1 biểu hiện sự tích lũy axit salicylic quá mức và các vị trí bị nhiễm bệnh chuyển sang màu nâu, màu phản ứng mạnh, khi lignin bị biến màu. Ngoài ra, cây thiếu DEL1 có tính kháng tuyến trùng cao hơn loại hoang dã, cho thấy gen DEL1 có tác dụng ngăn chặn phản ứng phòng vệ chống lại tuyến trùng. Hơn nữa, khi cây thiếu DEL1 bị nhiễm tuyến trùng, quan sát thấy rễ hạn chế tăng trưởng đáng kể.

Cây thiếu gen DEL1 nhiễm tuyến trùng làm rễ phát triển kém đáng kể. Ảnh: Shinichiro Sawa.
 

Đây là nghiên cứu đầu tiên chứng minh rằng gen DEL1 đóng vai trò quan trọng trong cơ chế cân bằng tăng trưởng và phòng vệ trong rễ cây.
 

Giáo sư Shinichiro Sawa, trưởng nhóm nghiên cứu cho biết “Nghiên cứu này sẽ cho phép chúng tôi phát triển các chiến lược đa dạng hơn để kiểm soát mầm bệnh. Ví dụ, các giống cây trồng có đặc điểm về dạng hình, mùi vị và tính kháng tốt thường tăng trưởng chậm và năng suất thấp. Bằng cách tập trung vào các gen liên quan đến quy định cân bằng phòng vệ và tăng trưởng như gen DEL1, có thể tạo ra các giống cây trồng tốt hơn và năng suất cao. Chúng tôi tin rằng việc kiểm soát trực tiếp đối với hoạt động DEL1 sẽ cải thiện khả năng chọn tạo giống cây trồng kháng sâu bệnh, năng suất cao”.

Nguyễn tiến Hải theo Phys.org