Lá của cây ngô. Nguồn: HHU / Margaret Bezrutczyk.

Ngô cho năng suất cao hơn hẳn so với nhiều loại cây trồng khác. Giải phẫu lá đặc biệt và hình thức quang hợp đặc biệt (gọi là C4) được phát triển trong quá trình tiến hóa của nó cho phép ngô phát triển nhanh hơn đáng kể so với các cây tương tự. Do đó, ngô cần các cơ chế vận chuyển hiệu quả hơn để phân phối các photoassimilate (là một trong số các hợp chất sinh học) được tạo ra trong quá trình quang hợp.

Các nhà nghiên cứu tại HHU đã phát hiện một cơ chế tải phloem mà trước đây chưa được mô tả - đó là lớp vỏ bọc xung quanh mạch là nơi vận chuyển các hợp chất như đường hoặc axit amin. Sự phát triển của cơ chế này có thể là bước tiến hóa quyết định đối với tốc độ vận chuyển các chất nhanh hơn ở cây ngô. Nó cũng có khả năng liên quan đến quá trình quang hợp C4 hiệu quả ở cây ngô so với các cây khác chỉ sử dụng quang hợp C3 – Kết quả nghiên cứu được dẫn đầu bởi Tiến sĩ Ji Yun Kim và Giáo sư Tiến sĩ Wolf B. Frommer từ Viện Sinh lý phân tử tại HHU.

Lá thực vật có cấu trúc khác nhau ở mặt trên (mặt trước) và mặt dưới (mặt trụ) và mỗi mặt thực hiện các nhiệm vụ khác nhau. Ví dụ, ở ngô, các chất vận chuyển sucrose (SWEET) hoạt động trong các tế bào vòng bao bó mạch (bundle sheath cells) ở mặt ngoài của lá. Ở cây mô hình Arabidopsis thaliana, đường được giải phóng qua SWEET từ các tế bào nhu mô phloem được vận chuyển trực tiếp vào các tế bào đồng hành lân cận thông qua quá trình vận chuyển tích cực. Ở ngô, đường được giải phóng theo hướng phloem bởi hai tế bào vòng bao bó mạch lớn. Bề mặt lớn của tế bào vòng bao bó mạch so với nhu mô phloem cho phép tốc độ vận chuyển các chất nhanh hơn nhiều do đó ngô có thể vận chuyển đường hiệu quả hơn so với Arabidopsis.

Nghiên cứu sinh và tác giả Margaret Bezrutczyk tại HHU nhấn mạnh: "Các tế bào vòng bao bó mạch được sắp xếp thành một vòng hoa thoạt nhìn trông giống nhau. Phương pháp giải trình tự tế bào đơn lẻ mà chúng tôi đã sử dụng lần đầu tiên có thể phân biệt giữa các loại tế bào bao bó mạch khác nhau trong một lá ngô. Với công nghệ này, chúng tôi hy vọng rằng nhiều loại tế bào và đặc biệt là những tế bào bao bó mạch sẽ được phát hiện trong tương lai". Giáo sư Frommer, Viện trưởng nhấn mạnh tầm quan trọng của phát hiện này, ông nói: "Cây ngô đem lại năng suất cao do quá trình quang hợp C4 của chúng. Có thể tưởng tượng rằng năng suất của lúa hoặc các cây trồng khác có thể được tăng lên khi chuyển nạp cơ chế này từ ngô sang các cây trồng khác".

Mai Thanh Trúc theo Phys.org