Các chất điều chỉnh hoạt động cây trồng khi thiếu sắt

Thiếu sắt là một tình huống nghiêm trọng đối với thực vật và được cây điều tiết bằng các chuỗi di truyền đặc thù. Các nhà sinh học từ Đại học Heinrich Heine Düsseldorf (HHU) và Đại học bang Michigan (MSU) đã sử dụng các phương pháp trí tuệ nhân tạo để kiểm tra cách dự đoán các chuỗi di truyền điều khiển này. Họ đã công bố những phát hiện của họ trên tạp chí Plant Physiology.
 

Các bước tin sinh học cần thiết để xác định các yếu tố điều tiết cis. Những phát hiện của nghiên cứu giúp tìm hiểu phản ứng di truyền của thực vật đối với việc thiếu sắt. Ảnh: HHU / Birte Schwarz.

Khi một cây thiếu dưỡng chất quan trọng, nó không thể đơn giản di chuyển đến một vị trí khác, nơi nó có thể nhận được chất dinh dưỡng cần thiết. Thay vào đó, nó phải thích nghi với tình hình bằng cách điều chỉnh sự trao đổi chất của mình. Thực vật thực hiện điều này bằng cách kích hoạt một số chương trình được kết hợp trong bộ gen của nó.

Sắt là một trong những chất dinh dưỡng cần thiết cho sự tăng trưởng và sự sống của cây. Nó đóng một vai trò trong quang hợp và điều tiết nước. Thực vật hấp thụ sắt qua rễ, nhưng lượng sắt phải đủ và ở dạng dễ tiêu.

Nghiên cứu trong quá khứ đã xác định hơn 1.000 gen trong rễ cây có thể hoạt động trong các quá trình điều tiết đáp ứng với tình trạng thiếu sắt. "Các yếu tố điều hòa Cis" (CREs) phối hợp các phản ứng di truyền cụ thể. Một nhóm các nhà nghiên cứu làm việc dưới sự hướng dẫn của Giáo sư Tiến sĩ Petra Bauer từ Viện Thực vật học HHU và Giáo sư Tiến sĩ Shin-Han Shiu từ Khoa Sinh học Thực vật tại MSU đã phát triển một phương pháp dự đoán các ứng cử viên cho các CRE cụ thể này. Nhóm nghiên cứu đã sử dụng một phương pháp trí tuệ nhân tạo được gọi là phương pháp học theo máy.

Cách tiếp cận này đã giúp các nhà nghiên cứu xác định khoảng 100 ứng cử viên CRE trong cây mô hình Arabidopsis thaliana. Họ đã sử dụng kiến ​​thức này để xác định các yếu tố phiên mã, các protein liên kết - CRE đặc thù - kích hoạt phản ứng với việc thiếu sắt và kích hoạt nó trong các tế bào rễ.

Để tối ưu hóa việc trồng cây, điều quan trọng là phải biết cây phản ứng thế nào trong tình huống khan hiếm và liệu có thể áp dụng bất kỳ biện pháp canh tác nào để tạo ra cây đặc biệt mạnh mẽ hay không. "Người trồng có thể sử dụng CRE đã được xác định để tăng sự hấp thu sắt trong các giống cây trồng mới", giáo sư Bauer nhấn mạnh. Nhân viên của cô và là tác giả đầu tiên của nghiên cứu, Tiến sĩ Birte Schwarz, cho biết thêm: "Bằng cách này, một nguồn cung cấp sắt tốt hơn có thể được đảm bảo cùng với sự thích nghi tốt hơn của cây với đất nghèo sắt".

Theo Phys.org