Hiểu cách các tế bào sinh trưởng và phân chia có thể làm cho cây trồng khỏe mạnh hơn và tăng năng suất

Phần lớn rễ của cây nằm dưới lớp đất. Những hệ thống rễ ở dưới mặt đất này giúp cây đứng vững, cung cấp nước và chất dinh dưỡng cho cây. Trái với động vật có vú, sinh ra là một cơ thể, sự hình thành những nhánh rễ mới đảm bảo rằng hệ thống rễ sẽ tiếp tục phát triển trong suốt vòng đời của cây. Các phòng thí nghiệm của giáo sư Ive De Smet và giáo sư Tom Beeckman (Trung tâm Sinh học hệ thống Thực vật VIB) cùng với các nhà nghiên cứu ở đại học Nottingham (Anh), đại học Heidelberg (Đức) và đại học Copenhagen (Đan Mạch) đã xác định một thành phần mới có thể kiểm soát sự phát triển của hệ thống rễ phụ.

Giáo sư Ive De Smet và nhóm của ông đã nghiên cứu cách thức mà cây trồng đối phó với sự thay đổi của môi trường, đặc biệt là sự khắc nghiệt của nhiệt độ và hạn hán. Giáo sư Tom Beeckman và cộng sự đã nghiên cứu cách các rễ bên sinh trưởng và phát triển. Ở thực vật, các bộ phận mới được hình thành ở mọi thời điểm. Để làm điều này, phải có một quy định chặt chẽ về thời gian và địa điểm mà một cơ quan mới được hình thành, cách mà các tế bào sẽ sinh trưởng và phân chia để tạo thành các cơ quan mới.

Để nghiên cứu sự hình thành các cơ quan ở thực vật, các nhà nghiên cứu sử dụng rễ bên như là một mô hình hệ thống. Quá trình này xảy ra liên tục trong suốt quá trình phát triển của rễ, làm cho hệ thống rễ phát triển không ngừng và đòi hỏi sự hợp tác cực kỳ tối ưu của sự phân chia tế bào bất đối xứng trong các tế bào có thể tạo ra rễ mới, cùng với sự đồng bộ hóa của các quá trình trong các mô xung quanh. Điều này đảm bảo rễ cây sẽ phát triển theo cách tốt nhất để có thể hấp thu nước và các chất dinh dưỡng từ đất.

Tiến sĩ Ramakrishna (Đại học Nottingham), tác giả đầu tiên của nghiên cứu này, giải thích cách mà nhóm nghiên cứu đã tìm ra một thành phần mới qua đó thực vật kiểm soát được điều này: “Để xác định các yếu tố mới liên quan đến sự phân nhánh của rễ, chúng tôi đã tìm được những gen biểu hiện trong giai đoạn đầu của quá trình. Điều này dẫn đến việc xác định một enzym biến đổi thành tế bào - một phân tử điều hòa các phản ứng hóa học - kiểm soát sự phân chia tế bào dẫn đến sự hình thành rễ mới. Các đột biến ở gen mã hóa cho enzym này làm phình to các tế bào rễ tạo ra các rễ bên mới và dẫn đến những khiếm khuyết tiếp theo trong sự phân chia tế bào bất đối xứng đầu tiên trong suốt quá trình hình thành các nhánh rễ.

Những nghiên cứu này cho thấy có một nguyên tắc rất chặt chẽ về kích thước tế bào ảnh hưởng đến vị trí của sự phân chia tế bào, ảnh hưởng đến vị trí và sự phát triển của các nhánh rễ. Việc xác định một enzym thành tế bào hoạt động trong khoảng không gian ngoại bào sắp xếp sự phân chia tế bào thực vật làm cho chúng ta phải tính đến một lượng lớn protein cho những nghiên cứu trong tương lai để giải quyết quá trình phân nhánh của rễ.

Giáo sư Tom Beeckman cho biết thêm: “Việc xác định một enzym chỉ là bước đầu tiên. Thách thức tiếp theo là làm sáng tỏ cách những sự thay đổi ở các thành tế bào này kiểm soát kích thước tế bào và điều này được phối hợp với những quá trình phân tử khác trong suốt quá trình phân nhánh rễ như thế nào”.

Giáo sư Ive De Smet tiếp tục: “Cuối cùng, chúng tôi cố gắng tìm hiểu cách mà thực vật phản ứng đối với sự thay đổi của môi trường. Sự thay đổi cấu trúc rễ góp phần ổn định năng suất của cây trồng trong các điều kiện bất lợi”.

Nghiên cứu này và những nghiên cứu mới tiếp theo, có thể dẫn đến những kỹ thuật mới để cải tiến cấu trúc rễ theo hướng tăng năng suất và cây trồng có khả năng chịu hạn hán và stress dinh dưỡng.   

Nguyễn Thị Kim Thoa theo Phys.org