Gen cần thiết cho sự phát triển của rễ, tìm kiếm nitrat

So sánh các sợi lông rễ mọc hoang dã (trái) và đột biến BUZZ với các mầm lông rễ nhỏ, được nhìn thấy qua kính hiển vi điện tử. Nguồn: Karen Sanguinet, Đại học bang Washington.

Các nhà khoa học đã tìm thấy một gen thực vật thúc đẩy sự phát triển của lông rễ, những cấu trúc nhỏ giúp cây tìm nước và chất dinh dưỡng trong đất.

Được xác định bởi một nhóm do nhà nghiên cứu Karen Sanguinet của Đại học bang Washington (WSU) dẫn đầu, gen có tên "BUZZ" khiến mạng lưới rễ phát triển nhanh hơn, dày đặc hơn và cũng có thể xác định cách thực vật tìm và sử dụng nitrat, nguồn nitơ chính cần thiết cho sự phát triển của thực vật. Nitrat cũng được sử dụng trong các loại phân bón có thể gây ô nhiễm môi trường dưới dạng dòng chảy và phát hiện gen này cuối cùng có thể giúp các nhà khoa học thực vật tìm ra cách trồng cây bền vững hơn.

Sanguinet, phó giáo sư tại Khoa Khoa học đất và cây trồng của WSU cho biết: “Dòng chảy nitrat và hiệu quả sử dụng nitơ là một số vấn đề nổi bật mà nông nghiệp phải đối mặt. Nếu bạn có thể hiểu được cơ chế di truyền kiểm soát sự hấp thu và truyền tín hiệu nitrat, cũng như cách thực vật có thể sử dụng nitrat tốt hơn thì điều đó sẽ có lợi cho nông nghiệp, đất, nước, bón phân và toàn bộ chu trình nitơ”.

Nghiên cứu được công bố trên tạp chí New Phytologist cho thấy gen BUZZ điều chỉnh sự phát triển của rễ cả tốc độ và sự hình thành rễ bên để phản ứng với nồng độ nitrat trong đất gần đó.

Sanguinet cho biết: “Có lẽ sự biểu hiện của gen BUZZ được tăng lên để phản ứng với nitrat, urê và amoniac để rễ có thể tìm thấy nitơ trong đất. Mất gen cho thấy kiểu hình rễ cây tìm kiếm thức ăn hạn chế ngay cả khi nguồn cung cấp nitrat dồi dào”.

Gen này được biểu hiện ở mức độ rất thấp và chưa từng được mô tả trước đây, điều này khiến việc tìm kiếm nó trở nên khó khăn hơn.

Sanguinet cho biết: “Để có phản ứng nhạy cảm như vậy, thực vật cần một gen được điều chỉnh kín đáo và chặt chẽ. Đó là lý do khiến nó rất khó tìm ra”.

Việc xác định gen trong một cây cỏ mẫu cũng rất quan trọng vì chức năng của nó có thể được bảo tồn do sự giống nhau về trình tự giữa các loại cỏ. Đồng nghĩa là các loại cây trồng như lúa mì, gạo, ngô và lúa mạch. Những loại cây trồng này rất quan trọng để cung cấp lương thực cho dân số thế giới, do đó, một gen có thể tăng cường khả năng tìm kiếm và sử dụng nitrat có thể có tác động lớn.

Hiện tại, các nhà nghiên cứu đã tìm thấy và xác nhận vai trò sinh học của gen BUZZ, họ đang nghiên cứu sâu hơn về cơ chế mới được phát hiện này.

Sanguinet nói: “Một nửa trận chiến đang đi đến thời điểm này. Bây giờ chúng tôi đang tìm kiếm những điều thú vị về cách thực vật sử dụng gen rất đặc trưng cho hệ thống rễ và nitrat. Việc tìm ra cách thực vật hoạt động là niềm vui, đây là lý do tại sao chúng tôi làm điều này”.

Sanguinet nghiên cứu cả loài cây trồng và cây mô hình. Cây mô hình rất hữu ích vì chúng đặt nền móng cho công việc ở các loại cây trồng thường khó biến đổi và nghiên cứu các chức năng gen cụ thể. Cô hy vọng những phát hiện như gen này sẽ mang lại sự quan tâm mới đến nghiên cứu cơ bản.

Sanguinet nói: “Chúng tôi hy vọng mọi người nhận ra rằng có một nơi để khám phá. Trừ khi bạn thực hiện khoa học cơ bản đặt nền tảng cho việc nghiên cứu các cơ chế phát triển di truyền phân tử, nếu không nó sẽ không cho phép nghiên cứu ứng dụng có tác động trực tiếp hơn. Tất cả đều là một phần của vòng cung nghiên cứu. Đây là một khởi đầu tuyệt vời để làm việc có thể thực sự quan trọng và tôi rất hào hứng được tiếp tục tiến về phía trước”.

Cao Thị Hải Yến theo Phys.org