Cách thức thực vật tìm kiếm đối tác cộng sinh

Các loài thực vật họ đậu như đậu Hà Lan, đậu phộng và các loài cỏ ba lá khác, hấp thụ được nguồn nitơ cần thiết cho sự phát triển của chúng nhờ vi khuẩn cộng sinh thông qua các hệ thống rễ chuyên biệt. Một nhóm nghiên cứu do nhà sinh học tế bào đứng đầu là giáo sư, Tiến sỹ Thomas Ott từ Khoa Sinh học của Đại học Freiburg đã phát hiện ra một yếu tố trong tế bào rễ mà cây trồng cần để rễ kết hợp với vi khuẩn trong đất, đó là một loại protein chỉ có trong cây họ đậu gọi là symbiotic formin 1 (SYFO1) và chứng minh vai trò thiết yếu của nó trong quá trình cộng sinh. Cùng với nhà sinh học phân tử, giáo sư, tiến sỹ Robert Grosse và  tiến sỹ Pierre-Marc Delaux, nhóm nghiên cứu đã công bố kết quả của họ trong Tạp chí Sinh học Ngày nay.

Lông rễ (màu xanh) mọc xung quanh vi khuẩn cộng sinh (màu đỏ). Ảnh: Pengbo Liang/University of Freiburg.

Khi vi khuẩn nốt sần ở rễ gặp rễ cây họ đậu trong đất, protein SYFO1 làm cho các sợi lông nhỏ của rễ thay đổi hướng phát triển của chúng. Do đó, chúng quấn lấy đối tác cộng sinh tiềm năng. Nhờ sự trợ giúp của vi khuẩn này, các cây họ đậu không cần bất kỳ loại phân đạm nào. Giáo sư Tiến sỹ Thomas Ott cho biết nếu hiểu chính xác cách thức hình thành của sự cộng sinh, chúng ta có thể trả lại cho cây trồng những đặc tính đặc biệt mà chúng đã mất trong quá trình tiến hóa. Nghiên cứu của Ott tại CIBSS liên quan đến việc nghiên cứu tổ chức không gian của các đường truyền tín hiệu ban đầu cho phép thực hiện mối quan hệ cộng sinh với vi khuẩn cộng sinh.

Nhóm nghiên cứu đã chứng minh trên cây họ đậu Medicago truncatula (Cỏ Linh Lăng) rằng các sợi lông hút của rễ, trong đó có gen SYFO1, trên thực tế không còn khả năng tự quấn quanh vi khuẩn. Trong các nghiên cứu sâu hơn, các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng protein liên kết với actin, hoạt động như một thành phần chủ chốt ảnh hưởng đến sự tăng trưởng của tế bào và chính điều này làm thay đổi hướng phát triển của rễ: Thay vì mọc thẳng, các sợi lông nhỏ giờ đây thay đổi hướng của chúng và tạo thành vòng bao quanh vi khuẩn.

Các nhà nghiên cứu nhận định rằng SYFO1 đã tạo nên một bước tiến mới trong quá trình tiến hóa của thực vật. Trong khi các protein formin  (chất điều hòa chính của tế bào học) hiện diện ở nhiều dạng trong tế bào và tương tác với actin, thì loại protein đặc biệt này chỉ phản ứng với các tín hiệu cộng sinh từ vi khuẩn cộng sinh.

Mai Thanh Trúc theo Sciencedaily.