Enzyme tảo mới được phát hiện đem lại sự quang hợp hiệu quả hơn, cây trồng tốt hơn

 

Nhưng nếu có một cách để tinh chỉnh chu kỳ đó mà không làm hại cây trồng thì sao? Các nhà sinh học thực vật Phòng thí nghiệm Berkeley đang đặt ra câu hỏi này nhằm khai thác năng lượng ánh sáng dư thừa ể cải thiện tốc độ tăng trưởng thực vật.

"Bằng cách tác động đến khả năng bảo vệ ánh sáng ở thực vật, có thể nâng cao hiệu quả của quang hợp, và từ đó đem lại năng suất cây trồng cao hơn", Krishna Niyogi, giáo sư sinh học vi sinh vật và thực vật tại trường đại học California, Berkeley, cho biết. "Đây là một lĩnh vực tương đối mới và bị đánh giá thấp khi nói đến sự hiểu biết và cải thiện mức độ quang hợp".

Chu trình xanthophyll liên quan đến sự tổng hợp của một sắc tố gọi là zeaxanthin - một chất chống oxy hóa, đem lại màu vàng cho ngô - từ một sắc tố khác gọi là violaxanthin. Violaxanthin de-epoxidase (VDE) là enzyme chủ chốt chịu trách nhiệm cho quá trình này và quá trình được kích hoạt khi có quá nhiều ánh sáng.

Niyogi và một nhà nghiên cứu sau tiến sĩ tại phòng thí nghiệm của ông, Zhirong Li, gần đây đã xác định được một mục tiêu trong cơ chế bảo vệ ánh sáng bằng cách nghiên cứu tảo xanh đơn bào Chlamydomonas reinhardtii, được sử dụng rộng rãi làm sinh vật mô hình để nghiên cứu quang hợp. Loại tảo này sản xuất một loại enzyme gọi là Chlorophycean VDE (CVDE), hoàn toàn khác bới các enzym thực vật khác trong chu trình xanthophyll.

Để khẳng định enzyme mới này thực hiện vai trò tương tự như các enzyme xanthophyll khác, các nhà nghiên cứu chèn gen CVDE vào các dạng tảo và thực vật đột biến, không sản xuất zeaxanthin. Họ phát hiện ra rằng enzyme CVDE này khôi phục thành công khả năng bảo vệ ánh sáng ở tảo và thực vật.

Đáng chú ý là, protein CVDE trong tảo nằm trong một khu vực tế bào hoàn toàn khác. Bằng cách phân tích lịch sử tiến hóa của nó, các nhà nghiên cứu phát hiện thấy rằng, CVDE rất có thể đã tiến hóa từ một loại enzyme cổ đại có mặt trong tổ tiên chung của tảo xanh và thực vật.

"Khoảng 700 triệu năm trước đây, có sự phân tách tiến hóa giữa nhóm tảo xanh mà chúng tôi nghiên cứu và thực vật trên cạn," Li cho biết. "Mặc dù vậy, protein CVDE không điển hình mà chúng tôi xác định được lại thực hiện cùng chức năng bảo vệ ánh sáng. Điều này có nghĩa là việc trộn lẫn và kết hợp các thành phần điều tiết của việc thu nhận ánh sáng từ các nhánh khác nhau của các sinh vật quang hợp để tinh chỉnh hiệu quả của quang hợp là một việc có khả năng thực hiện".

Các nhà nghiên cứu cho biết có thể sử dụng enzyme CVDE để tối ưu hóa khả năng bảo vệ ánh sáng và từ đó cải thiện quang hợp và năng suất cây trồng.

Thanh Vân - Dostdongnai, theo ScienceDaily.