(Hình trên cùng) Trước khi mất nước. (Hình bên dưới) Cây hấp thu lại nước sau khi mất nước. Cây đối chứng (cột bên trái). Hai cây đột biến CLE25 (hình ở hai cột bên phải). Trong khi cây bình thường có thể được phục hồi sống lại sau khi được đặt trong điều kiện bị mất nước, còn các cây đột biến không có CLE25 không thể sống lại được. Ngoài ra, những cây đối chứng mất ít nước hơn trong quá trình mất nước (không có hình ảnh được hiển thị).Credit: RIKEN

Ở động vật, các hoocmon peptide là các chuỗi amino axit di chuyển trong máu và giữ cho cơ thể chúng ta cân bằng khi môi trường thay đổi. Ví dụ, khi huyết áp của bạn thấp, cơ thể sẽ sản xuất hóc môn vasopressin lưu thông trong máu và làm giảm hẹp động mạch, làm tăng huyết áp trở lại mức bình thường.
 

Thực vật cũng có các hóc môn như vậy- được gọi là phytohormones - nhưng, các nhà khoa học ít biết nhiều về chúng. Các nhà khoa học cây trồng tại RIKEN CSRS muốn tìm ra liệu bất kỳ hóc môn thực vật có phản ứng với yếu tố stress vật lý và phi sinh học hay không. Theo tác giả đầu tiên Fuminori Takahashi giải thích, "Mặc dù chúng ta biết rằng một số hóc môn peptide trong thực vật làm trung gian cho sự phát triển của tế bào, cho đến bây giờ không ai nhận ra được bất cứ cái gì kiểm soátphản ứng đối với các stress vật lý như mất nước".

Nhóm nghiên cứu đã bắt đầu bằng theo dõi các peptide CLE được tổng hợp trong rễ và ở ABA - một hóc môn được biết là tích tụ trong lá và giúp đóng khí khổng trong phản ứng với stress khô hạn. Áp dụng nhiều peptide CLE vào rễ cây cho thấy rằng chỉ có CLE25 dẫn đến tăng ABA trong lá và đóng khí khổng. Nhóm nhà khoa học đã xác định rằng mối liên hệ giữa hai sự kiện này là sự tăng lên của một enzyme thiết yếu để tạo ra ABA. Bên cạnh điều kiện nhân tạo này, họ đã chỉ ra rằng mức độ CLE25 tăng lên trong rễ cây được nghiên cứu trong điều kiện stress mất nước, cũng dẫn đến kết quả tương tự. Câu hỏi tiếp theo là liệu CLE25 có thể di chuyển qua hệ thống mạch dẫn của cây hay không.

Phát hiện ra chức năng của các hóc môn peptide là rất khó khăn trong các tế bào sống vì số lượng quá nhỏ. Takahashi nói: "Chúng tôi đã giải quyết được vấn đề này" bằng cách sử dụng một phương pháp gọi là hệ thống quang phổ khối có độ nhạy cao, và phát triển một hệ thống sàng lọc có thể xác định các peptide di động di chuyển từ rễ tới chồi. Với công nghệ này, các nhà nghiên cứu có khả năng gắn các phân tử CLE25 và mường tượng ra chúng chuyển động từ rễ đến lá, cho thấy đó thực sự là một hóc môn di động và nó có thể tương tác với các phân tử khác trong lá để tạo ra ABA.
 

Trước khi nghiên cứu cách thức CLE25 tạo ra sự tổng hợp ABA ngay khi nó đến lá, nhóm nghiên cứu tạo ra những cây đột biến thiếu CLE25 hoặc ABA và thực hiện một số thí nghiệm đối chứng nhằm khẳng định kết quả công trình của họ. Đặc biệt, chỉ sau ba giờ mất nước, các cây trồng không có CLE25 đã cho thấy ABA trong lá thấp hơn 7 lần và đã mất nhiều nước hơn các cây đối chứng. Cuối cùng, nhóm nghiên cứu kiểm tra một số đột biến và phát hiện ra rằng thụ thể BAM1/BAM3 trong lá là mối liên hệ giữa CLE25 và tạo ra ABA.

Bây giờ họ đã phát hiện được hóc môn peptide CLE25 và xác định cách thức nó giúp cây giữ nước, nhóm nghiên cứu tin tưởng rằng đây chỉ là sự khởi đầu. Như Takahashi ghi nhận, "nghiên cứu của chúng tôi hoàn toàn có nhiều ứng dụng trong thế giới thực và nên góp phần vào việc phát triển các cây trồng chống chịu với stress phi sinh học để tận dụng hệ thống peptide di động trong cây".
 

Nhóm nghiên cứu tại RIKEN CSRS đã có kế hoạch riêng của mình theo hướng này. Takahashi giải thích, "Trước tiên, chúng tôi nghiên cứu các peptide biến đổi mà có hiệu quả chống stress hơn là những peptids tự nhiên. Thứ hai, chúng tôi nghiên cứu con đường kết hợp các peptide chức năng vào phân bón để tăng khả năng chống chịu hạn của cây trồng ở ngoài đồng ruộng".

Nguyễn Tiến Hải theo Sciencedaily.