Một nhóm hợp tác nghiên cứu đã phát hiện ra một loại protein ức chế sự hình thành các hợp chất nitơ hữu cơ trong thực vật. Protein này có thể được sử dụng để khuyến khích sự phát triển của thực vật, cải thiện sản lượng sinh khối và năng suất cây trồng.

Nitơ là một trong những nguyên tố xây dựng sự sống. Con người cần nitơ để tạo ra các axit amin, protein và axit nucleic cần thiết cho sự phát triển, hình thành hormones, chức năng não, hệ thống miễn dịch, DNA và RNA. Không giống như thực vật, con người không thể tổng hợp các phân tử nitơ hữu cơ. Thay vào đó, chúng ta dựa vào thực vật để lấy nitơ.

Thực vật sử dụng nitrat hoặc amoni trong môi trường để tổng hợp các phân tử nitơ hữu cơ qua  quá trình gọi là đồng hóa nitơ. Sản xuất cây trồng dựa vào phân bón nitơ để nâng cao hiệu quả hấp thụ nitơ của cây trồng. Tuy nhiên, các cơ chế điều chỉnh đằng sau quá trình đồng hóa nitơ vẫn chưa được làm rõ.

Có nhiều protein làm trung gian cho quá trình đồng hóa nitơ. Sự biểu hiện của các protein này cao lên khi đất và nước xung quanh có chứa một lượng thấp các ion amoni và nitrat cho thấy sự tồn tại của một chất điều hòa âm phụ thuộc vào các yếu tố này.

Nghiên cứu trước đây của nhóm đã báo cáo rằng protein MYB1 đóng một vai trò quan trọng trong việc gây ra sự biểu hiện của các gen cần thiết cho quá trình đồng hóa nitơ và các gene này bị ức chế trong môi trường nitơ cao. Các phát hiện hiện tại cho thấy protein mới NDB1 đã bất hoạt MYB1. NDB1 giữ MYB1 trong tế bào chất và ngăn không cho nó hoạt động như một yếu tố phiên mã.

NDB1 kiểm soát quá trình đồng hóa nitơ theo cách phụ thuộc nitơ vào môi trường. Trong môi trường nghèo nitơ, việc hút nitơ phải được thực hiện với tốc độ cao. Yếu tố phiên mã MYB1 được chuyển vào nhân và kích hoạt phiên mã của các gen liên quan đến đồng hóa nitơ. Trong điều kiện giàu nitơ, có thể hiểu rằng MYB1 được liên kết bởi protein NDB1. Tương tác này cản trở sự chuyển vị hạt nhân của MYB1 và do đó, quá trình đồng hóa nitơ bị ngăn chặn. ⒸImamura và cộng sự.

“Con đường NDB1-MYB1 là một chìa khoá trong việc điều chỉnh quá trình đồng hóa nitơ", Kazuhiko Igarashi, giáo sư tại Khoa Hóa sinh tại Trường Đại học Y khoa, Đại học Tohoku và là đồng tác giả của bài báo của Baifeng Zhou thuộc Viện Nghiên cứu Sáng tạo tại Viện Công nghệ Tokyo cho biết. "Khám phá của chúng tôi là một bước đột phá trong lĩnh vực khoa học thực vật".

Nhóm cộng tác do Sousuke Imamura thuộc Viện Nghiên cứu Sáng tạo thuộc Viện Công nghệ Tokyo dẫn đầu cũng phát hiện ra rằng việc xóa gen NDB1 cho phép tảo đỏ duy trì biểu hiện gen đồng hóa nitrat phụ thuộc MYB1 ngay cả trong điều kiện giàu nitơ, cho thấy rằng thao tác với NDB1 có thể thúc đẩy sự phát triển của cây trồng.

Tảo đỏ Cyanidioschyzon merolae là một sinh vật đơn bào nhỏ bé và cấu trúc của nó cực kỳ đơn giản. Bởi vì tính đơn giản của nó, C. merolae có thể là một chất dẫn tuyệt vời giúp các nhà khoa học trong việc khám phá vương quốc thực vật. ⒸImamura và cộng sự.

Sắp tới, giáo sư Igarashi rất háo hức khám phá thêm mạng lưới yếu tố phiên mã MYB1, "Chúng tôi muốn xác định các protein khác có liên quan đến việc điều chỉnh sự đồng hóa nitơ và điều tra xem liệu sự đồng hóa nitơ có thể tăng lên thông qua thao tác NDB1 hay không".

Đinh Thị Lam theo Đại học TOHOKU.