Cơ chế di truyền tiết lộ cách thực vật phối hợp tín hiệu ánh sáng và nhiệt độ để điều chỉnh quá trình ra hoa

Thực vật là sinh vật cố định trong khi môi trường sống luôn biến đổi. Để đảm bảo sinh trưởng và ra hoa đúng thời điểm, chúng phải liên tục thu nhận và tích hợp các tín hiệu môi trường, bao gồm nhiệt độ, cường độ ánh sáng và độ dài ngày. Tuy nhiên, cơ chế phân tử xác định cách những tín hiệu này được kết hợp để kích hoạt các quá trình sinh học đặc thù vẫn chưa được làm sáng tỏ hoàn toàn.

Trong một nghiên cứu công bố trên Nature Communications, các nhà khoa học tại Viện Salk đã phát hiện mô-đun di truyền cho phép thực vật tích hợp thông tin ánh sáng xanh và nhiệt độ thấp nhằm kiểm soát thời điểm ra hoa. Kết quả cho thấy hai con đường di truyền riêng biệt cùng hội tụ tại protein NPH3, đóng vai trò như một “bộ phát hiện trùng hợp” giữa tín hiệu ánh sáng và nhiệt độ.

Arabidopsis thaliana đang ra hoa (Nguồn: Viện Salk)

Cụ thể, ánh sáng xanh được cảm nhận thông qua thụ thể PHOT2 với sự hỗ trợ của protein đồng hành NPH3. Song song đó, nhiệt độ thấp kích hoạt yếu tố phiên mã CAMTA2, từ đó làm tăng biểu hiện của gen EHB1. Đáng chú ý, EHB1 có khả năng tương tác trực tiếp với NPH3, qua đó hợp nhất hai tín hiệu cảm nhận khác nhau để điều chỉnh quá trình chuyển sang giai đoạn ra hoa.

Phát hiện này cung cấp bằng chứng quan trọng về cách thực vật xử lý và tích hợp tín hiệu môi trường để tối ưu hóa sinh trưởng và sinh sản. Mô-đun di truyền mới được xác định không chỉ giúp thực vật kiểm soát chính xác thời gian ra hoa trong điều kiện nhiệt độ thấp mà còn mở ra triển vọng ứng dụng trong việc tối ưu hóa năng suất cây trồng trước biến đổi khí hậu, thông qua sáng kiến khai thác tiềm năng thực vật (Harnessing Plants Initiative) của Viện Salk.

“Trong khi động vật có thể di chuyển khi môi trường không thuận lợi, thực vật buộc phải thích nghi tại chỗ bằng cách thu thập và xử lý nhiều dạng thông tin,” Adam Seluzicki, tác giả chính của nghiên cứu, cho biết. “Chúng tôi đã xác định được một hệ thống di truyền tích hợp đồng thời tín hiệu ánh sáng xanh và nhiệt độ thấp để điều chỉnh giai đoạn sinh sản, qua đó mang lại những gợi ý quan trọng cho định hướng cải tiến sản xuất lương thực trong tương lai”.