Cách Thực Vật Điều Hòa Thích Ứng Với Hạn Hán
Nhóm nghiên cứu Đại học Heidelberg phát hiện cơ chế phân tử giúp đóng các khí khổng trên lá.
Một cơ chế phân tử chưa từng được biết đến trước đây giúp thực vật tiết kiệm nước trong điều kiện hạn hán khắc nghiệt và ánh sáng mặt trời gay gắt. Nhóm nghiên cứu tại Trung tâm Nghiên cứu Cơ thể học Sinh vật (COS) thuộc Đại học Heidelberg đã phát hiện rằng một phức hợp protein – phức hợp cysteine synthase, hoạt động như một cảm biến trong lục lạp. Phức hợp này tiếp nhận và truyền các tín hiệu căng thẳng, đồng thời đảm bảo rằng hormone abscisic acid (ABA) được hình thành thông qua quá trình sinh tổng hợp. Hormone này kích hoạt việc đóng các khí khổng nhỏ trên lá, từ đó ngăn ngừa sự mất nước.
Đối với thực vật, những giai đoạn hạn hán kéo dài và cường độ ánh sáng mặt trời mạnh thường dẫn đến tình trạng mất nước quá mức. Để kiểm soát quá trình trao đổi khí và hơi nước, lá cây có các lỗ khí khổng li ti trên bề mặt, hoạt động như những cửa thoát khí. Hormone thực vật abscisic acid (ABA) đóng vai trò chính trong việc đóng các khí khổng này.
Để kích hoạt các tế bào bảo vệ, phức hợp cysteine synthase trong lục lạp, bao gồm hai enzyme, sẽ đánh giá một số tín hiệu. Trong số đó có tín hiệu về dinh dưỡng sulfate và một phân tử protein nhỏ được vận chuyển từ rễ lên thân khi đất bị khô. Các nhà nghiên cứu tại Đại học Heidelberg cũng phát hiện thêm một loại hormone thực vật đặc biệt được tạo ra dưới cường độ ánh sáng mạnh.
“Khi phức hợp cysteine synthase trong lục lạp được kích hoạt bởi một trong các tín hiệu căng thẳng này, nó sẽ kích thích quá trình sinh tổng hợp ABA trong các tế bào bảo vệ và đảm bảo rằng các khí khổng trên lá được đóng lại. Nhờ đó, cây tiết kiệm được nước”, giáo sư, tiến sỹ Rüdiger Hell và tiến sỹ Markus Wirtz thuộc nhóm nghiên cứu “Sinh học phân tử thực vật” tại COS giải thích.
“Kết quả của chúng tôi cho thấy quá trình trao đổi chất trong lục lạp không chỉ cung cấp vật liệu xây dựng thông qua quang hợp mà còn chủ động phản ứng với các tín hiệu căng thẳng, từ đó điều chỉnh phản ứng của cây đối với các điều kiện môi trường như hạn hán”.
Dựa trên những phát hiện này, các nhà nghiên cứu đã tạo ra cây Arabidopsis – một sinh vật mô hình trong sinh học phân tử, thuộc họ Cải (Brassicaceae) – có khả năng chịu khô hạn tốt hơn trong khi vẫn duy trì tốc độ tăng trưởng bình thường. Theo các nhà khoa học, đây là một hướng đi tiềm năng để phát triển các chiến lược mới nhằm tăng khả năng chống chịu của cây trồng trước biến đổi khí hậu.
Nghiên cứu được thực hiện với sự hợp tác của các đối tác tại Đại học Nông nghiệp Nam Kinh (Trung Quốc) và được Quỹ Nghiên cứu Đức (DFG) tài trợ. Kết quả được công bố trên tạp chí Nature Communications.
Phạm Thành Nhân theo Đại học Heidelberg.
Số lần xem: 34