Một số cây trồng phản ứng giống như con quái vật huyền thoại Hydra: Cắt đầu của chúng và chúng mọc lại, lớn hơn và tốt hơn trước. Một nghiên cứu mới tìm ra rằng hiện tượng được gọi là "những kẻ thừa kế quá mức" hay “bù trừ quá mức” này còn làm tăng khả năng phòng vệ của cây – giống như nọc độc thực vật - khi chúng bị cắt bớt (sự loại bỏ thân chính của cây được mô phỏng như cách các động vật gặm thực vật trong tự nhiên).

Nghiên cứu được báo cáo trong tạp chí Sinh thái học (Ecology), lần đầu tiên phát hiện mối liên kết này và tìm ra ba quá trình phân tử liên quan. Các nhà nghiên cứu cho rằng phát hiện này có thể dẫn đến sự phát triển các phương pháp mới để thúc đẩy sự phát triển của cây trồng đồng thời giảm nhu cầu thuốc trừ sâu.

“Bạn sẽ nghĩ rằng cây xanh hoặc tạo ra nhiều hóa chất phòng vệ để ngăn ngừa bị ăn hoặc nó dùng năng lượng của mình để mọc lại sau khi bị ăn - nhưng không phải cả hai, với năng lượng bị hạn chế”, nghiên cứu sinh Miles Mesa, người đã nghiên cứu với giáo sư sinh vật học Ken Paige của trường đại học Illinois cho biết: “Nhưng chúng tôi thấy rằng các cây đã bù đắp quá mức - với sự tái sinh thành công cao hơn sau khi bị hư hỏng – chúng đồng thời cũng sản xuất nhiều hơn lượng chất phòng vệ trong mô cây”.

Các nhà nghiên cứu cho biết, khoảng 90% các cây hoa thảo mộc tiến hành quá trình nội phân (endoreduplication) - sao chép tất cả các vật liệu di truyền trong tế bào của chúng mà không có sự phân chia tế bào. Quá trình này làm tăng kích thước tế bào, cho phép cây trồng nhanh chóng phục hồi từ thiệt hại. Mỗi vòng lặp của quá trình nội phân tăng gấp đôi sản lượng của một tế bào. Có một lượng gấp đôi các gen hoạt động, có nghĩa là tế bào có thể cung cấp nhiều protein hơn cần thiết để thực hiện các nhiệm vụ tế bào.

Một số cây trồng nhân đôi vật chất di truyền của chúng nhiều lần để chịu trách nhiệm cho việc bị ăn. Ví dụ loài cây scarlett gile hoa đỏ mọc ở miền Tây Bắc Mỹ là thức ăn của nai sừng và nai mule. Ông Paige đang nghiên cứu phản ứng của loài cây này để được ăn “Chúng tôi đang ghi nhận ​​sự gia tăng năng suất từ ​​2 đến 3 lần sau khi cây được cắt bỏ trong cùng một mùa vụ”, ông nói.

Paige đã phát hiện ra hiện tượng “bù trừ quá mức” và báo cáo về nó vào năm 1987, nhưng ông nói hầu như không ai trong số các bạn của ông trong ngành sinh học thực vật tin điều đó. Ý tưởng về việc bị ăn có thể làm tăng sinh khối thành công một số cây trồng là phản trực quan, Paige cho biết. Phải mất hơn một thập kỷ để cộng đồng nghiên cứu chấp nhận nghiên cứu này, thậm chí ngày nay, hầu như không ai khác trong sinh học thực vật nghiên cứu sinh học phân tử của hiện tượng “bù trừ quá mức”.

 Nghiên cứu mới tập trung vào Arabidopsis thaliana, một loài cây của họ mù tạt thường được sử dụng trong nghiên cứu. Paige và các cộng sự của ông đã xác định được quá trình phân tử thúc đẩy quá trình nội phân trong cây này, đồng hành cùng với các gen điều hòa (regulator) quan trọng của quá trình nội phân, một phân tử gọi là ILP1.

Nhóm nghiên cứu đã khám phá ra rằng bằng cách tăng sự biểu hiện của gen ILP1, chúng có thể làm tăng sự nội phân các vật chất di truyền của A. thaliana mà bình thường không “bù đắp quá mức”. Điều này dẫn đến việc sản xuất hạt giống ở các cây bị thay đổi và sự biểu hiện của các hợp chất phòng vệ trong mô thực vật tăng lên.

Theo ông Paige, điều này là có thể bởi vì quá trình phân tử gây ra chứng nội phân còn cung ứng cho hai quá trình khác: quá trình oxy hóa phosphate pentose, cho quá trình trao đổi chất sơ cấp, và quá trình shikimate, làm tăng sự phòng vệ hóa học thực vật.

“Có một vòng phản hồi tích cực” ông nói. “Khi bạn tăng số lượng nhiễm sắc thể thông qua quá trình nội phân, bạn sẽ tăng cường sự biểu hiện gen, làm tăng khả năng tạo ra các hợp chất bảo vệ và nucleotide để sản xuất DNA cho nội phân lần nữa”.

Những phát hiện mới có thể dẫn đến những tiến bộ trong sản lượng nông nghiệp và giảm sử dụng thuốc trừ sâu, theo Paige. 

Lê Thị Thanh theo sciencedaily.