Cơ chế điều chỉnh ra rễ được đảm bảo về mặt tiến hoá

Sanaria Abbas Jaafer Alallaq, nghiên cứu sinh tại Trung tâm Khoa học Thực vật Umeå, UPSC, Đại học Umeå. Nguồn: Eva-Maria Diehl.

Nhiều cây trồng có thể dễ dàng tái sinh và nhân giống bằng phương pháp giâm cành. Điều quan trọng là cành cắt có thể hình thành rễ, một quá trình ra rễ bất định. Đề tài tiến sỹ của Sanaria Abbas Jaafer Alallaq cho thấy một số chất điều hòa phân tử kiểm soát quá trình ra rễ bất định ở thực vật tương tự ở các cây thân gỗ và không thân gỗ như cây dương và vân sam Nauy. Luận án Tiến sỹ của cô được bảo vệ tại Đại học Umeå vào ngày 03 tháng 6 vừa qua.

Theo Sanaria Abbas Jaafer Alallaq và nhóm nghiên cứu Catherine Bellini tại Trung tâm Khoa học Thực vật Umeå, một số loài cây có giá trị kinh tế và sinh thái rất khó nhân giống bằng cách giâm cành vì cành giâm của chúng không hình thành rễ. Kết quả tìm thấy ở cây cải xoong thale loài thực vật không thân gỗ.

Cô đã nghiên cứu làm thế nào chuyển những hiểu biết này sang các loài cây thân gỗ như dương và vân sam Na Uy. Kết quả của  Sanaria đã chứng minh rằng sự khởi đầu của rễ bất định được điều chỉnh ở cây giống vân sam Na Uy và cành giâm cây dương theo cách tương tự như ở cải xoong - yếu tố điều tiết chính là ánh sáng và các hormone thực vật, auxin, cytokinin và jasmonate.

Sanaria Abbas Jaafer Alallaq cho biết: "Khởi tạo rễ bất định là một chương trình phát triển phức tạp được điều chỉnh bởi rất nhiều yếu tố bên ngoài và bên trong bao gồm các kích thích tố thực vật và ánh sáng. Các cơ chế phân tử chính xác của quá trình này vẫn còn nhiều vấn đề chưa hiểu hết. Tham chiếu bộ gen của một số loài cây như vân sam Na Uy hoặc dương giúp chúng tôi có thể giải quyết vấn đề khởi phát rễ bất định từ quan điểm phát triển tiến hóa mà chúng tôi tin rằng đó là một bước đi đúng".

Sanaria Abbas Jaafer Alallaq đã thí nghiệm trồng cây giống vân sam Na Uy từ hạt và loại bỏ rễ khi chúng được ba tuần tuổi để xem trong điều kiện nào, chúng có thể tái sinh những bộ rễ bất định. Khi được giữ trong điều kiện ánh sáng trắng bình thường, cây con đã khử rễ không dễ tái sinh rễ bất định nhưng trong điều kiện ánh sáng đỏ, một trăm phần trăm cây con phát triển rễ bất định một cách nhanh chóng.

Sanaria Abba Jaafer Alallaq và các đồng nghiệp của cô đã phân tích nồng độ hormone thực vật trong phần gốc cắt của cây con vân sam Na Uy đã bị rụng rễ và phát hiện ra hàm lượng hormone thực vật cytokinin và jasmonate cao hơn trong cây con được trồng trong điều kiện ánh sáng trắng.

Sanaria Abbas Jaafer Alallaq giải thích: “Hai loại hormone thực vật này cản trở sự hình thành rễ bất định ở cây cải xoong, trong khi auxin được biết là kích thích sự ra rễ bất định. Chúng tôi muốn hiểu thêm cơ chế này ở mức độ phân tử và di truyền. Vân sam Na Uy vẫn có những hạn chế để thực hiện những nghiên cứu này mặc dù bộ gen của nó đã được giải trình tự. Đó là lý do tại sao chúng tôi đưa cây dương vào nghiên cứu của mình bởi cây dương có nhiều khả năng biểu hiện gen".

Sanaria Abbas Jaafer Alallaq đã so sánh cây dương lai và cây dương xỉ lai, hai loài dương có quan hệ họ hàng gần với nhau nhưng có khả năng hình thành rễ khác nhau. Cô lấy cành giâm từ những cây ba tháng tuổi trồng trong nhà kính và đặt chúng vào dung dịch dinh dưỡng. Các cành giâm của cây dương lai dễ dàng hình thành rễ phụ, trong khi các cây dương xỉ lai không ra rễ trong những điều kiện này.

Sanaria Abbas Jaafer Alallaq đã phân tích sự biểu hiện gen ở gốc cành giâm và thấy rằng nhiều gen được kích hoạt ở cây dương lai hơn ở cây dương xỉ lai. Cô đã xác định được nhiều gen quan trọng có liên quan đến việc điều hòa auxin trong cây dương lai trong khi các gen liên quan đến sinh tổng hợp jasmonate được kích hoạt trong cây dương xỉ lai.

Sanaria Abbas Jaafer Alallaq cho biết: “Điều này khẳng định rằng trong cành giâm dương xỉ, auxin và jasmonate cũng có những tác động đối lập đến quá trình hình thành rễ bất định và ít nhất một số cơ chế điều chỉnh cơ bản đã được bảo tồn trong quá trình tiến hóa. Những kết quả này từ nghiên cứu cơ bản của chúng tôi là những bước nhỏ hy vọng sẽ giúp ích trong tương lai để cải thiện khả năng ra rễ bất định của các giống cây trồng và cây rừng".

Nguyễn Bình Duy theo Phys.org