Ảnh hưởng của sốc nhiệt đối với đột biến hil1, cây hoang dã (wt), và cây đột biến hil1 / HIL1 (# 3, # 6, # 9). Mười bốn ngày tuổi cây bị phơi nhiễm với sốc nhiệt. Lưu ý: các đột biến hil1 kém hiệu quả. Giao thức sốc nhiệt là: xử lý ở 38 ° C (100,4 ° F) trong 2 giờ, 22 ° C (71,6 ° F) trong 1 giờ và 45 ° C (113 ° F) trong 165 hoặc 180 phút, tiếp theo là phục hồi ở 22 ° C (71,6 ° F) trong 7 ngày.

Các nhà nghiên cứu tại Trung tâm Khoa học Tài nguyên Bền vững RIKEN ở Nhật Bản đã phát hiện ra một gen trong thực vật giúp bảo vệ chúng khỏi sức nóng quá mức. Nghiên cứu được công bố trên tạp chí khoa học Plant Cell, cho thấy rằng gen mới được tìm này ngăn cản sự bất ổn của màng tế bào lục lạp xảy ra khi ở nhiệt độ rất cao.

Chúng ta đều biết rằng thật khó chịu khi  bị mắc kẹt bên ngoài vào một ngày nóng. Bây giờ, hãy tưởng tượng sư tệ hại đến mức nào nếu bạn là một cây đậu tương hay cây cà chua mà không có cơ hội di chuyển vào bên trong. Cuối cùng lá của bạn có thể bị tẩy trắng màu sắc do  màng tế bào bị tổn hại, và nếu bạn không nhận được bất kỳ sự giúp đỡ nào, bạn có thể sẽ chết.

May mắn cho cây trồng, chúng có khả năng phòng vệ tự nhiên chống lại loại stress này liên quan đến việc thay đổi chất béo thực vật cấu thành  nên màng tế bào lục lạp. Khi ở nhiệt độ cao sẽ gây ra sự mất ổn định của màng lục lạp, các axit béo đa không bão hòa được loại bỏ khỏi các màng lipit, giúp ổn định màng. Nhóm nghiên cứu tại RIKEN đã tìm ra gen chịu trách nhiệm cho quá trình này.

"Chúng tôi đưa ra giả thuyết rằng việc phá vỡ chất  lipid chloroplastic được kiểm soát bởi một số gen chưa xác định mã hóa lipase trong lục lạp và được kích thích bởi stress nhiệt", tác giả đầu tiên Yasuhiro Higashi giải thích. "Chúng tôi đã sử dụng một số cơ sở dữ liệu omics để phân lập các gen ứng cử viên liên quan đến phản ứng stress nhiệt, dự đoán nơi gen được biểu hiện trong thực vật, và tìm thấy sự tương đồng gen trong một số loài thực vật".

Lipase là các protein phá vỡ các lipid. Một phân tích transcriptome xác định gen lipase ứng cử viên, và cơ sở dữ liệu proteomics đã có thể thu hẹp tìm kiếm bằng cách dự đoán gen ứng cử cư trú trong lục lạp. Để thử nghiệm gen ứng cử có khả năng nhất - mà sau đó họ đặt tên là Heat Inducible Lipase 1 (HIL1) - họ tạo ra đột biến hil1 trong cây Arabidopsis khi đó gen bị bất hoạt, và so sánh phản ứng cây đột biến với stress nhiệt với những cây bình thường.

Họ phát hiện ra rằng các cây đột biến nhạy cảm hơn với nhiệt, có nghĩa là tình trạng của chúng trở nên tồi tệ hơn các cây đối chứng ở nhiệt độ cực cao và tỷ lệ sống của chúng thấp hơn nhiều. Kiểm tra chặt chẽ hơn cho thấy việc tái tạo màng trong lục lạp đột biến bị gián đoạn một phần, và không phải tất cả các axit béo đa không bão hòa được loại bỏ khỏi glycerolipid chính.

Những thí nghiệm này được thực hiện tại cây Arabidopsis, cây phổ biến nhất được sử dụng trong nghiên cứu thực vật. Nhóm nghiên cứu cũng đã thực hiện phân tích biểu hiện gen bằng cách sử dụng dữ liệu microarray, cho thấy một mạng lưới gen được bảo tồn gắn với HIL1 ở một số loài thực vật, bao gồm gạo, cà chua, ngô và đậu tương. "Chúng tôi quan tâm đến việc khám phá chức năng của các gen tương đồng HIL1 trong các loài cây trồng chính", Higashi lưu ý. "Chúng tôi hy vọng kiến thức của chúng tôi về HIL1 có thể hỗ trợ trong việc phát triển các giống cây trồng chịu nhiệt mới, có thể giúp cải thiện năng suất cây trồng trong môi trường nóng".

Trưởng nhóm Kazuki Saito cũng đang nhìn vào bức tranh lớn. "Phản ứng tự nhiên đối với nhiệt độ cao không phải là mới, nhưng sự hiểu biết về hoạt động của nó như thế nào là một bước tiến trong việc chống lại sự nóng lên toàn cầu", ông nói. "Nghiên cứu của chúng tôi chắc chắn góp phần vào các Mục tiêu Phát triển Bền vững (STGs) do UN đặt ra trong năm 2015, đặc biệt là mục tiêu 2 và 13 — Hành động Khí hậu và An ninh lương thực".

Bùi Anh Xuân theo Phys.org