Cây Arabidopsis. Ảnh: © Vasiliy Koval / Adobe Stock.

Thực vật có chức năng như lá phổi xanh của hành tinh chúng ta. Đúng như vậy, do khả năng của một cây lớn phóng thích hơn 120 kg oxy vào khí quyển Trái đất mỗi năm thông qua một loạt các phản ứng trong quang hợp. Tuy nhiên, trong trường hợp lũ lụt, các mô thực vật có thể bị thiếu oxy ngắn hạn nghiêm trọng, một tình trạng stress mà hàng năm dẫn đến mất năng suất đáng kể cho tất cả các loại cây trồng chính như lúa, lúa mì và lúa mạch.

Các nhà nghiên cứu từ Khoa Sinh học tại Đại học Copenhagen, Đại học Pisa ở Ý và Đại học RWTH Aachen và Đại học Heidelberg, cả hai trường ở Đức, đã phát hiện ra rằng nồng độ oxy thấp (thiếu oxy) cung cấp các điều kiện thiết yếu cho sự phát triển của thực vật.

Giáo sư Ole Pedersen, Đại học Copenhagen cho biết: "Được trang bị một thế hệ đầu dò oxy siêu nhỏ, chúng tôi có thể đo nồng độ oxy của một mô tế bào khoảng ba mươi tế bào, được gọi là mô phân sinh đỉnh chồi". "Chúng tôi đã tìm thấy rằng ở khu vực này, một lượng oxy thấp bao bọc các tế bào gốc chịu trách nhiệm sản xuất lá và hoa mới. Ở đây, nồng độ oxy thấp kiểm soát tốc độ tạo ra lá mới bằng cách thúc đẩy sự ổn định của protein, được đặt tên là ZPR2, chịu trách nhiệm cho sự tăng sinh và biệt hóa tế bào".

Do đó, hầu hết các mô thực vật bị ảnh hưởng nghiêm trọng khi thiếu oxy do trường hợp bị lũ lụt, nhưng nghiên cứu mới này cho thấy rõ rằng thiếu oxy là điều kiện tiên quyết để duy trì tế bào gốc.

Phát hiện này theo những nghiên cứu được thực hiện trong những năm gần đây về việc kiểm soát trao đổi chất thực vật trong điều kiện kỵ khí, cũng được công bố trên tạp chí Nature and Nature Communications và thể hiện một bước tiến về sự hiểu biết về cách sản sinh các cơ quan mới được kết nối với các thông số môi trường ảnh hưởng đến sinh trưởng và năng suất của cây.

Yêu cầu về mức oxy thấp để duy trì tế bào gốc không phải là duy nhất đối với thực vật. Ngoài ra một số loại tế bào gốc của động vật, bao gồm cả con người, có chung đặc điểm. Điều này rất đáng chú ý vì thực vật và động vật chỉ liên quan rất rõ ràng trong bối cảnh tiến hóa, nhưng cả hai đều thể hiện mức độ phức tạp cao nhất về mặt tổ chức đa bào trong các mô. Rõ ràng, việc thiết lập và duy trì oxy thấp là điều cần thiết cho hoạt động của 'các nhà máy' của các tế bào mới và do đó được phát triển độc lập ở cả thực vật và động vật.

Các ứng dụng của khám phá này có hai mặt. Các nhà tạo giống hiện có một mục tiêu mới để lựa chọn các giống cây trồng mới, thích nghi tốt hơn để duy trì năng suất trong môi trường dưới mức tối ưu ảnh hưởng đến hô hấp, như nhiệt độ cao hoặc lũ lụt. Hơn nữa, các nhà nghiên cứu hiện sẽ so sánh các tế bào gốc thực vật và động vật để khám phá bí mật của việc duy trì và phát triển tế bào gốc của các cơ quan.

Nguyễn Thị Quỳnh Thuận theo Sciencedaily.