Các nhà khoa học khám phá chức năng của MED25 trong việc điều chỉnh quá trình chín của trái cây

MED25 tương tác với EIL để điều chỉnh quá trình chín của trái cây. Nguồn: IGDB.

Trái cây là một phần quan trọng trong chế độ ăn uống của con người. Chúng cung cấp vitamin, caroten, flavonoid và các chất dinh dưỡng tăng cường sức khỏe khác. Do hầu hết các đặc điểm chất lượng dinh dưỡng và cảm quan của quả được xác định ở giai đoạn chín, nên việc làm sáng tỏ cơ chế phân tử của quá trình quả chín có ý nghĩa định hướng để cải thiện chất lượng quả.

Nhóm của giáo sư tiến sỹ Li Chuanyou tại Viện Di truyền và Sinh học Phát triển (IGDB) của Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc (CAS) đã tiết lộ chức năng cơ học của MED25, một tiểu đơn vị trung gian, trong việc điều chỉnh quá trình chín của trái cây.

Quá trình chín của quả là một quá trình phức tạp và có tính phối hợp cao, dựa trên sự biểu hiện phối hợp của nhiều gen liên quan đến quá trình chín, và cuối cùng dẫn đến những thay đổi lớn về màu sắc, kết cấu, mùi thơm, hương vị và các thuộc tính chất lượng khác của quả. Do đó, theo một nghĩa nào đó, quá trình chín của quả là một quá trình tái lập trình phiên mã được sắp xếp hợp lý.

Dựa trên cơ chế hô hấp và sản xuất ethylene trong quá trình chín, quả có thể được phân thành hai loại: quả có quá trình chín sau thu hoạch và quả chỉ chín trên cây. Ở cà chua (Solanum lycopersicum), một loại trái cây chín sau thu hoạch điển hình, ethylene được cho là tín hiệu chính điều chỉnh quá trình chín của quả. Việc vô hiệu hóa EIN3/EIN3-LIKE 1–4 (EIL1–4), đóng vai trò là bộ điều chỉnh chính của con đường ethylene, dẫn đến một kiểu hình không chín nghiêm trọng ở cà chua.

Ngoài ETHYLENE-INSENSITIVE 3 (EIN3)/EIN3-THÍCH (EIL), rất nhiều yếu tố phiên mã liên quan đến quá trình chín đã được xác định ở cà chua, bao gồm (RIPENING INHIBITOR (RIN), NON-RIPENING (NOR), COLORLESS NON-RIPENING (CNR), and FRUITFULL 1 (FUL1). Không rõ mối quan hệ giữa các yếu tố phiên mã này và cách chúng chuyển tín hiệu điều hòa đến bộ máy phiên mã chung RNA polymerase II (Pol II) để hướng dẫn các gen liên quan đến quá trình chín phiên mã.

Trong nghiên cứu này, nhóm của giáo sư Li tiết lộ rằng MED25 tương tác vật lý với các yếu tố phiên mã EIL, do đó chuyển tín hiệu ethylene đến bộ máy Pol II để kiểm soát biểu hiện gen liên quan đến quá trình chín.

Họ phát hiện ra rằng việc loại bỏ MED25 dẫn đến các khiếm khuyết liên quan đến quá trình chín tương tự như các khiếm khuyết được quan sát thấy ở quả EIL-RNAi. Một loạt các thí nghiệm sinh hóa đã chứng minh rằng MED25 tương tác với EIL.

Phân tích RNA-seq cho thấy EIL và MED25 đồng điều hòa hơn 5.000 gen liên quan đến quá trình chín và tạo ra những tác động tương tự đối với biểu hiện của chúng. Những kết quả này chỉ ra rằng MED25 tạo thành một phức hợp phiên mã với các protein EIL để điều chỉnh sự biểu hiện của các gen liên quan đến quá trình chín.

Sau đó, họ đã chứng minh rằng mô-đun EIL1–MED25 điều chỉnh sự biểu hiện của các gen điều hòa cũng như gen cấu trúc liên quan đến quá trình chín thông qua liên kết với trình tự khởi động. Một mặt, nó trực tiếp điều hòa sự biểu hiện của một số gen cấu trúc. Mặt khác, nó tạo thành các tầng phiên mã có thứ bậc cùng với các bộ điều chỉnh phiên mã xuôi dòng của nó (chẳng hạn như RIN, NOR, CNR và FUL1) để điều chỉnh sự biểu hiện của một số gen cấu trúc.

Họ cũng chứng minh mô-đun EIL1–MED25 hình thành cả vòng phản hồi tích cực và tiêu cực với các bộ điều chỉnh xuôi dòng của nó để duy trì cân bằng nội môi ethylene trong quá trình chín.

Những phát hiện này nâng cao hiểu biết của chúng ta về quy định chín và có ý nghĩa đối với việc cải thiện chất lượng trái cây trong tương lai.

Công trình này có tựa đề "Cà chua MED25 điều chỉnh quá trình chín của quả bằng cách tương tác với các yếu tố phiên mã giống như EIN3" đã được xuất bản trên The Plant Cell vào ngày 6 tháng 12.

Bùi Anh Xuân theo Phys.org