Các nhà nghiên cứu phát hiện cơ chế chịu mặn ở thực vật

Cây con có dấu ấn histone biểu sinh đặc hiệu trong bộ gen của chúng thích nghi tốt hơn với nồng độ muối cao so với cây con không có dấu ấn này. Nếu dấu ấn này được bắt chước một cách đặc hiệu bằng cách thay thế axit amin, hiệu ứng tương tự sẽ được quan sát thấy ở cây đột biến: cây con (bên phải) phát triển tốt hơn so với cây không có dấu ấn (bên trái).

Do tưới tiêu nhân tạo và nhiệt độ tăng cao, nồng độ muối (bao gồm natri clorua, hay còn gọi là ‘muối ăn’) đang tăng lên trong đất trên toàn thế giới. Đây không chỉ là vấn đề môi trường mà còn là thách thức đối với nông nghiệp. Ví dụ, độ mặn tăng cao có thể phá vỡ cân bằng nước của hầu hết các loại cây (được gọi là thực vật ưa mặn) hoặc thậm chí dẫn đến cái chết của chúng, bao gồm cả cây trồng của chúng ta. Chỉ ở các vùng ven biển mới có những loài thực vật đã phát triển các cơ chế chịu mặn đặc biệt. Những loài thực vật này được gọi là thực vật ưa mặn (halophytes). Tuy nhiên, thực vật ưa mặn cũng có khả năng tự bảo vệ mình trước nồng độ muối cao hơn và hạn hán ở một mức độ nhất định. Để phát triển các loại cây trồng kháng mặn, cần phải hiểu các cơ chế điều hòa phân tử khác nhau đóng vai trò trong phản ứng với stress do muối. Một nhóm nghiên cứu do giáo sư Iris Finkemeier từ Viện Sinh học Thực vật và Công nghệ Sinh học tại Đại học Münster và giáo sư Motoaki Seki từ viện nghiên cứu RIKEN ở Nhật Bản dẫn đầu đã phát hiện ra một cơ chế chưa từng được biết đến trước đây.

Các nhà nghiên cứu đã điều tra “mã histone” và vai trò của nó trong việc thích nghi với stress do muối ở cây cải xoong (Arabidopsis thaliana). Histone là các protein trong bộ gen. Chúng không mang thông tin di truyền nhưng điều chỉnh, cùng với các yếu tố khác, việc liệu thông tin trong DNA có được sử dụng để sản xuất protein hay không và ở mức độ nào. Sự kiểm soát biểu sinh này dựa trên các biến đổi hóa học đối với histone, được gọi là dấu hiệu histone, ảnh hưởng đến sự tương tác giữa histone, DNA và các protein điều hòa. Các nhà nghiên cứu đã phát hiện ra một dấu hiệu histone rất cần thiết cho phản ứng stress của cây.

Ở cây cải xoong, enzyme “HDA19” đóng vai trò quan trọng trong việc điều chỉnh sự phát triển, trao đổi chất và phản ứng với stress của cây. Nhóm nghiên cứu đã chứng minh rằng enzyme này chịu trách nhiệm loại bỏ dấu hiệu histone mới được phát hiện, từ đó ảnh hưởng đến khả năng thích nghi của cây với hàm lượng muối cao. Cây thiếu enzyme này có khả năng chịu mặn tốt hơn đáng kể. Ở những cây này, các protein cũng được tìm thấy trong hạt khô (“protein dồi dào trong giai đoạn phôi muộn (LEA)”) được sản xuất với số lượng lớn hơn. Những protein này giúp cây thích nghi với hạn hán. Tuy nhiên, những cây này phát triển chậm hơn một chút và cho năng suất hạt giảm. Những cây con này rất phù hợp để giải mã cơ sở phân tử của sự kiểm soát. Ngoài các phương pháp di truyền phân tử khác nhau, nhóm nghiên cứu đã sử dụng phương pháp đo phổ khối lượng độ phân giải cao và xác định các protein được điều chỉnh bởi HDA19.

Lê Thị Kim Loan theo Đại học Münster.