Cái chết của thực vật có thể tiết lộ cơ chế di truyền tự hủy tế bào

Cây trồng lai - những cây được tạo ra bằng cách lai hai loại bố mẹ khác nhau - thường chết trong điều kiện cả hai bố mẹ sẽ sống sót. Nó được gọi là khả năng gây chết cây lai. Một số cây thuốc lá lai, ví dụ, phát triển mạnh ở 36^oC, nhưng chết ở 28^oC, đó là nhiệt độ mà cả hai cha mẹ sẽ phát triển mạnh.

Một nhóm các nhà nghiên cứu tại Đại học Nông nghiệp và Công nghệ Tokyo (TUAT) có trụ sở tại Nhật Bản đã bắt đầu làm sáng tỏ các cơ chế phân tử mà theo đó các tế bào thuốc lá lai gặp sự truyền lại của chúng. Các nhà nghiên cứu đã công bố kết quả của họ trực tuyến vào ngày 15 tháng 7 trên Scientific Reports. Cây thuốc lá lai được chọn để nghiên cứu vì chúng cung cấp một mô hình di truyền tốt để nghiên cứu các cây lai khác.

Khi được chuyển đến nhiệt độ thấp hơn, các tế bào thuốc lá lai tạo ra một quá trình gọi là chết tế bào được lập trình. Nghe có vẻ kịch tính, nhưng nó bình thường và lành mạnh - đến một điểm. Ở người, ví dụ, các tế bào da bong ra khi những tế bào mới sẵn sàng tiếp quản. Đó là một sự đổi mới liên tục. Tuy nhiên, trong một số trường hợp, các tế bào trở nên quá nhiệt và chết đi trước khi có sự thay thế có sẵn, khiến toàn bộ sinh vật chết.

"Điều gì gây ra cái chết của tế bào được lập trình liên quan đến nguyên nhân gây chết ở con lai?". Tetsuya Yamada, tác giả bài báo và là phó giáo sư tại Đại học Nông nghiệp và Công nghệ Tokyo hỏi. "Đây là vấn đề chúng tôi đặt ra để hiểu rõ hơn".

Các cơ thể dày đặc điện tử cho thấy sự tích tụ của các tập hợp protein được quan sát thấy trong không bào của các tế bào con lai thuốc lá. Ảnh: Tetsuya Yamada, TUAT.

Các nhà nghiên cứu đã sử dụng các công cụ hình ảnh mạnh để xem bên trong các tế bào lai. Họ đã tìm thấy các tập hợp protein - các protein bị sai lệch hoặc bị đột biến - được tích lũy trong các tế bào con lai.

"Chúng tôi đã tìm thấy cái chết của tế bào được lập trình trong các tế bào thực vật được gây ra bởi sự tích tụ của các tập hợp protein do mất tính nội cân bằng protein", Yamada cho biết.

Tính nội cân bằng protein đề cập đến sự cân bằng phức tạp và mong manh giữa sự phát triển của protein mới và cái chết của protein cũ trong hệ sinh thái tế bào vốn đã tinh tế. Theo Yamada, mất tính nội cân bằng có thể xảy ra do phản ứng tự miễn dịch, gây ra sau khi thay đổi nhiệt độ, theo Yamada.

Trong nỗ lực chống lại sự phân rã tế bào này, các nhà nghiên cứu đã xử lý các tế bào con lai thuốc lá bằng một loại muối (natri-4-phenylbutyrate) được biết đến với vai trò giúp protein gập lại đúng cách. Yamada gọi nó là "tác nhân hóa học". Nó không chỉ ngăn chặn sự tích lũy protein, mà còn ngăn chặn những gì trước đây là sự tiến triển không thể đảo ngược của sự chết tế bào.

Tiếp theo, Yamada và các nhà nghiên cứu có kế hoạch điều tra thêm về việc tích lũy protein tổng hợp có liên quan đến việc gây chết tế bào theo lập trình, đặc biệt liên quan đến khả năng kháng bệnh và chống chịu điều kiện môi trường bất lợi ở thực vật.

"Chúng tôi cũng sẽ làm rõ các cơ chế phân tử liên quan đến việc điều hòa nội cân bằng protein", Yamada nói. "Mục tiêu cuối cùng là thiết lập một kỹ thuật cải tiến di truyền để phát triển các giống cây trồng với khả năng kháng bệnh và cải thiện khả năng chịu áp lực môi trường bằng cách tăng cường chức năng duy trì tính nội cân bằng protein".

Nguyễn Thị Quỳnh Thuận theo Phys.org