Cách thức mạng lưới protein phối hợp điều chỉnh cân bằng sắt trong thực vật

Sắt (Fe) là một vi chất dinh dưỡng thiết yếu cho thực vật, cần thiết cho các quá trình như quang hợp và hoạt động của enzyme. Thực vật phải quản lý cẩn thận lượng sắt để duy trì sức khỏe và năng suất. Chúng kích hoạt các gen hấp thụ sắt khi thiếu sắt và ức chế chúng khi sắt dư thừa để ngăn ngừa độc tính. Sự cân bằng cẩn thận này được gọi là cân bằng nội môi sắt.

Sự sinh trưởng của cây Arabidopsis thaliana dưới các điều kiện xử lý khác nhau. Nguồn: ZHAO Junhui.

Người ta đã xác định được hai chiến lược chính mà thực vật sử dụng để hấp thụ sắt: phương pháp khử và phương pháp tạo phức chelat. Phản ứng của rễ đối với tình trạng thiếu sắt đã được nghiên cứu rộng rãi, nhưng người ta biết rất ít về cách thân cây, bộ phận chiếm phần lớn sinh khối của cây và cần nhiều sắt hơn, điều chỉnh trạng thái sắt của chúng.

Trong một nghiên cứu được công bố trên tạp chí The Plant Cell, các nhà nghiên cứu từ Vườn Bách thảo Nhiệt đới Xishuangbanna (XTBG) thuộc Viện Hàn Lâm Khoa học Trung Quốc đã tiết lộ cách một mạng lưới protein hoạt động cùng nhau để điều chỉnh sự cân bằng sắt trong toàn bộ cây, từ đó lấp đầy khoảng trống trong việc hiểu biết về cách thực vật quản lý chất dinh dưỡng thiết yếu này.

Các nhà nghiên cứu đã điều tra vai trò của các cảm biến sắt BRUTUS (BTS) và các protein liên quan của nó là BTS-LIKE1/2 (BTSL1/2), cùng với một nhóm các yếu tố phiên mã gọi là bHLH IVc trong việc điều hòa cân bằng sắt. Sử dụng cây Arabidopsis thaliana làm mô hình, họ đã xác định các protein điều hòa trung tâm điều khiển các phản ứng thiếu sắt khác nhau ở rễ và thân cây.

Người ta nhận thấy rằng BTS bảo vệ sức khỏe thực vật bằng cách ngăn ngừa sự tích tụ quá mức sắt trong thân cây và giảm thiểu độc tính của sắt, trong khi BTSL1/2, chủ yếu hoạt động ở rễ, có chức năng điều chỉnh giảm các phản ứng thiếu sắt và kiểm soát sự hấp thụ sắt. Bên cạnh đó, các yếu tố phiên mã bHLH IVc được chứng minh là tương tác với BTSL1/2 để điều hòa cân bằng sắt giữa rễ và các mô trên mặt đất.

Dữ liệu thực nghiệm cho thấy đột biến bts-2 biểu hiện hiện tượng vàng lá và vô sinh trong điều kiện đủ sắt, cùng với sự gia tăng đáng kể các gen liên quan đến các loại oxy hoạt tính (ROS), điều này nhấn mạnh chức năng quan trọng của BTS trong việc ngăn ngừa độc tính do quá tải sắt.

“Nghiên cứu của chúng tôi giúp giải quyết câu hỏi đã tồn tại từ lâu về cách thức điều phối tín hiệu sắt trong toàn bộ cây. Nó hé lộ sự phân công lao động chức năng giữa các protein điều hòa và xác định nhóm bHLH IVc là trung tâm điều hòa cân bằng sắt toàn hệ thống”, LIANG Gang từ XTBG, tác giả chính của nghiên cứu này cho biết.

Nguyễn Thị Quỳnh Thuận theo Viện Hàn Lâm Khoa học Trung Quốc.