|
 Đang trực tuyến :
30 |
|
 Số lượt truy cập :
33963463 |
|
|
|
|
|
Hiểu biết mới về một loại enzyme thực vật phổ biến có thể giúp quản lý cây trồng tốt hơn
Thứ sáu, 12-07-2024 | 08:05:53
|
|
Hình ảnh trực quan của bề mặt của chitinase và cấu trúc thứ cấp. Nguồn: Bộ phận Năng lượng Hoa Kỳ, Phòng thí nghiệm Quốc gia Ames.
Những phát hiện mới về chitinase, enzyme được tìm thấy tự nhiên trong thực vật, có thể cho phép nông dân giải quyết tình trạng nhiễm nấm sớm hơn và hiệu quả hơn. Các nhà nghiên cứu từ Phòng thí nghiệm quốc gia Ames của Bộ phận Năng lượng Hoa Kỳ đã nghiên cứu chitinase từ ngô và lúa để hiểu rõ hơn vai trò của chúng trong việc chỉ ra liệu cây trồng có bị căng thẳng và chống lại sự tấn công của nấm hay không. Phát hiện của họ cho thấy những enzyme này có thể là nguồn tài nguyên quý giá không chỉ để theo dõi sức khỏe tổng thể của cây trồng mà còn để tối ưu hóa sinh khối để sử dụng trong các nguồn năng lượng thay thế.
Hai trong số những cây nông nghiệp quan trọng nhất trên thế giới là ngô và lúa. Ngoài việc cung cấp thực phẩm, cả hai đều có những ứng dụng năng lượng quan trọng thông qua việc sử dụng phế thải thực vật hoặc sinh khối từ thu hoạch cây trồng. Ngô là cây trồng chính được sử dụng để tạo ra nhiên liệu sinh học, trong khi trấu được sử dụng để sưởi ấm, điện và nhiên liệu sinh học.
Một mối đe dọa lớn đối với năng suất cây trồng đến từ các mầm bệnh như nấm, vi khuẩn và vi rút. Chỉ riêng nấm đã gây thiệt hại 35–40% năng suất ở cây ngô và lúa mỗi năm.
Marit Nilsen-Hamilton, nhà khoa học tại Phòng thí nghiệm Ames và là trưởng nhóm nghiên cứu, giải thích: “Có rất nhiều sự quan tâm đến chitinase trong thế giới thực vật vì sự xuất hiện chung của chúng và vai trò của chúng trong việc bảo vệ thực vật khỏi sự tấn công của nấm. Chitinase thực sự quan trọng đối với sự bảo vệ của thực vật”.
Phần lớn công việc của Nilsen-Hamilton tập trung chủ yếu vào vùng rễ, một vùng đất hẹp xung quanh rễ cây, nơi diễn ra hoạt động mạnh mẽ của vi sinh vật. Rễ trong đất giải phóng nhiều chất, bao gồm đường và chitinase, cũng như các polyme giữ mọi thứ lại với nhau. Vi khuẩn trong đất cũng góp phần vào sự bài tiết này và các polyme mà chúng giải phóng tạo thành một lớp màng rất mỏng bao phủ rễ cây.
Nilsen-Hamilton cho biết: "Trong vùng rễ, thực vật tiết ra đường để thu hút vi khuẩn, bởi vì chúng muốn những vi khuẩn rhizobacteria đó ở xung quanh và giúp đỡ chúng. Thực vật nuôi vi khuẩn còn vi khuẩn thì nuôi dưỡng và bảo vệ thực vật. Tuy nhiên, vẫn có những bệnh gây ra bỏi nấm và khi cây bị căng thẳng, nó sẽ khiến chúng giải phóng chitinase”.
Nhóm của cô đã chọn các loại chitinase cụ thể được khuyến nghị bởi nhà hóa sinh thực vật cộng tác của họ, Olga Zabotina, loại enzyme này được thực vật giải phóng để phản ứng lại sự tấn công của nấm. Bước đầu tiên của họ là đạt được sự hiểu biết đầy đủ về đặc tính chức năng và phân tử của enzyme này.
Nilsen-Hamilton giải thích: “Nói chung, rất ít việc được thực hiện với chitinase về mặt tinh chế và mô tả đặc tính. Vì vậy, nghiên cứu sinh Samuel Shobade của tôi đã đảm nhận công việc mô tả đặc điểm của chúng”.
Nhóm nghiên cứu muốn biết liệu các chitinase này có phải là một chỉ báo tốt sự căng thẳng thực vật liên quan đến nấm hay không và liệu chúng có thể tiêu diệt nấm hay không. Họ phát hiện ra rằng một trong những enzyme chitinase có hiệu quả trong việc tiêu diệt nấm Aspergillus niger, loại nấm có thể gây ra nấm mốc đen ở nhiều loại cây nông nghiệp.
Ngoài việc xác định đặc điểm của chitinase, nhóm nghiên cứu còn muốn biết liệu có loại chitinase nào là cơ quan thụ cảm tốt cho các aptamer hay không. Nilsen-Hamilton giải thích: “Aptamer là axit nucleic hoạt động giống như kháng thể, nhưng bạn không cần động vật để tạo ra chúng. Trên thực tế, bạn tạo ra chúng trong ống nghiệm”.
Aptamers có thể được sử dụng để phát hiện chitinase và có khả năng được sử dụng để kích hoạt một số chitinase nhất định được tiết ra để đáp ứng với điều kiện nhiễm nấm. Chitinase từ lúa tỏ ra là mục tiêu không tốt cho aptamer, vì cả enzyme và protein aptamer đều tích điện âm nên chúng đẩy nhau. Tuy nhiên, chitinase của ngô hóa ra lại là một thụ thể aptamer tốt.
Nghiên cứu này cũng hỗ trợ công việc của Nilsen-Hamilton trong việc sử dụng các aptamer axit nucleic để phát hiện sớm bệnh nấm trước khi chúng gây hại nặng cho cây trồng.
Nilsen-Hamilton nhận định: "Cộng tác viên kỹ thuật của chúng tôi, Pranav Shrotriya, đã phát triển một phương pháp sử dụng các aptamer axit nucleic để phát hiện các phân tử bằng cách sử dụng cái gọi là thiết bị điện hóa. Và đầu dò có thể được chế tạo nhỏ đến mức có thể đưa xuống đất. Điều đó mang lại cho chúng tôi cơ hội phát hiện những thứ trong đất mà rễ cây tạo ra, vi khuẩn tạo ra, v.v.".
Việc xác định đặc điểm của các chitinase này là một đóng góp quan trọng cho công việc của nhóm, mà công việc này là có thể phát hiện các protein do thực vật giải phóng. Khả năng phát hiện sớm chúng có thể cho phép nông dân can thiệp sớm, khi đó dịch bệnh có thể được giải quyết dễ dàng hơn.
Hiểu biết về chitinase cũng có thể dẫn đến các phương pháp điều trị có mục tiêu hơn là sử dụng thuốc diệt nấm thông thường hoặc can thiệp khi cây cuối cùng trông có vẻ căng thẳng. Những phát hiện này có thể có tác động kinh tế không chỉ đối với cây trồng nông nghiệp truyền thống và khối lượng phế thảo của chúng để sản xuất năng lượng, mà còn đối với cây trồng năng lượng chuyên dụng - những cây được trồng đặc biệt để tạo ra sinh khối làm nhiên liệu.
Lê Thị Kim Loan theo Phys.org |
Trở lại
In
Số lần xem: 62
|
|
[ Tin tức liên quan ]___________________________________________________
|
.jpg "Hiểu biết mới về một loại enzyme thực vật phổ biến có thể giúp quản lý cây trồng tốt hơn")
