Cây gỗ rừng Polyscias elegans chống chịu nóng

Nguồn: Lingling Zhu, Andrew P Scafaro, Elizabeth Vierling, Marilyn C Ball, Bradley C Posch, Frederike Stock, Owen K Atkin. 2024. Heat tolerance of a tropical-subtropical rainforest tree species Polyscias elegans: time-dependent dynamic responses of physiological thermostability and biochemistry. New Phytol.; 2024 Jan; 241(2):715-731. doi: 10.1111/nph.19356.

Hình:  Polyscias elegans – cây gỗ rừng nhiệt đới ẩm “celery wood”.

Stress nóng làm gián đoạn khả năng điều tiết nhiệt sinh lý và kích hoạt những phản ứng sinh hóa rất cần thiết cho sự sống của cây. Tuy nhiên, người ta rất ít hiểu biết về những nhà máy có tính chất tốc độ như vậy (speed plants) điều chỉnh ra làm sao nhiệt độ nóng trong vài giờ và trong cả ngày, những điều tiết kiểu ấy rất cần cho cây. Loài cây gỗ rừng nhiệt đới ẩm (Polyscias elegans) được xử lý trong nghiệm thức nhiệt độ 40°C – 5 ngày liên tiếp, trước khi chuyển lại nhiệt độ 25°C trong 13 ngày để phục hồi. Tính chống chịu nóng của lá cây được định tính thông qua phương pháp nhiệt độ tối thiểu trên cơ sở độ tăng huỳnh quang chl a (diệp lục a) (T_crit ). Giá trị T_crit , cơ chất biến dưỡng, mức độ phong phú của HSP (heat shock protein) và thành phần acid béo ở màng (membrane lipid fatty acid: FA) đều được định lượng. T_crit tăng lên 4°C (48-52°C) trong 2 giờ phơi nhiễm ở 40°C, theo sau là tích tụ nhanh những cơ chất biến dưỡng và HSPs. Trái lại, nó cần > 2 ngày để thành phần FA thay đổi. Ít nhất 2 ngày cần cho T_crit , HSP90, HSP70 và FAs trở về trạng thái trước khi bị stress nóng (prestress levels). Kết quả biểu trưng cho phản ứng có tính “multi-faceted” (đa diện) của cây gỗ P. elegans với stress nóng, làm thế nào phản ứng như vậy biến đổi hằng giờ và hằng ngay, đạt đỉnh điểm trong mức độ tăng cường chống chịu nhiệt khi quang hợp. Những phản ứng đó rất quan trọng cho sự sống sót của cây khi chúng đối mặt với từng đợt nắng nóng trong bối cảnh biến đổi khí hậu toàn cầu.

Xem https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/37932881/

Di truyền tính chống chịu hạn của cây đậu nành

Nguồn: Pedro Castro-Valdecantos, Jaime Puértolas, Ian C Dodd. 2024. Similar soil drying-induced stomatal closure in soybean genotypes varying in abscisic acid accumulation and stomatal sensitivity to abscisic acid. Funct Plant Biol.; 2024 Jan; 51(1):NULL. doi: 10.1071/FP23012.

Các giống đậu nành khác nhau (Williams 82, Union, Jindou 21, Long Huang 1, Long Huang 2 ) được xử lý trong nghiệm thức đất khô hạn, nhằm tìm hiểu hàm lượng abscisic acid (ABA) nội sinh và mối tương quan hàm lượng nước trong lá điều điết như thế nào để đóng mở khí khổng. Hàm lượng ABA được đo trong bó mạch xylem và các mô của lá thứ nhất và lá thứ hai theo thứ tự; độ dẫn khí khổng gs (stomatal conductance) và khả năng giữ nước trong lá (Ψleaf ) của cả 2 loại lá nói trên; hàm lượng nước trong đất dều được ghi nhận. Biến thiên trong giống đậu nành về tính trạng diện tích lá và gs là nguyên nhân gây ra tỷ lệ khác nhau của độ khô đất (soil drying), nhưng gs và Ψ leaf suy giảm theo mức độ khô hạn của đất trong tất cả giống thí nghiệm. Biến thiên trong mạch xylem của lá về hàm lượng ABA cho thấy phản ứng ABA của khí khổng tốt hơn hàm lượng ABA lá trong một vài giống đậu nành, kết quả có hệ số tương quan chặt với độ dẫn khí khổng. Hàm lượng ABA ở mạch xylem  trong nghiệm thức có tưới nước đạt cao nhất trong giống đậu nành Union, trong nghiệm thức đất khô hạn thấp nhất trong giống Jindou 21 và Long Huang 2, cho dù hàm lượng ABA của giống sau này đạt cao nhất trong lá. Jindou 21 tích tụ hàm lượng ABA thấp hơn trong mạch xylem  so với các giống khác khi ẩm độ đất hoặc Ψ leaf suy giảm, nhưng độ nhạy cảm của khi khổng đối với ABA của xylem lớn hơn. Bởi vì các giống đậu nành  thay đổi sự tích tụ ABA và biểu hiện độ nhạy của khi khổng khác nhau đối với ABA, nhưng chúng có mức nhạy cảm khí khổng như nhau đối với Ψ leaf, ẩm độ tương đối của lá dường như có tầm quan trọng nhiều hơn trong điều hòa sự đóng khí khổng của cây đậu nành.

Xem https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/37072870/

Vi sinh vật vùng rễ giúp đậu nành chống chịu mặn

Nguồn: Youqiang Wang, Yanzhe Yang, Donglin Zhao, Zhe Li, Xiaona Sui, Han Zhang, Jin Liu, Yiqiang Li, Cheng-Sheng Zhang, Yanfen Zheng. 2024. Ensifer sp. GMS14 enhances soybean salt tolerance for potential application in saline soil reclamation. J Environ Management; 2024 Jan 1: 349:119488. doi: 10.1016/j.jenvman.2023.119488. 

Vi sinh vật ở vùng rễ (rhizosphere microbiomes) đóng vai trò quan trọng trong tăng cường tính chống chịu mặn của cây và cũng thường được người ta dùng làm chế phẩm sinh học (bio-inoculants) làm phục hồi đất. Giống đậu nành trồng trọt (Glycine max) là loài cây trồng cho dầu chủ lực của thế giới với tính trạng chống chịu mặn trung bình. Tuy vây, phản ứng của tập đoàn vi sinh vật vùng rễ đối với stress mặn của cây đậu nành, cũng như khả năng ứng dụng để cải tạo đất nhiễm mặn ra sao, vần còn được báo cáo rất ít. Nghiên cứu này tiến hành lần đầu tiên  xem xét tập đoàn vi sinh vật của nghiệm thức đậu nành có xử lý mặn và đậu nành không xử lý mặn thông quan kết quả chạy trình tự 16S rRNA. Cơ chế đầy tiềm năng của vi sinh vật vùng rễ làm tăng tính chống chịu mặn của đậu nành được khai thác trên cơ sở phân tích sinh lý và chạy trình tự phân tử phiên mã (transcriptomic sequencing). Kết quả cho thấy Ensifer và Novosphingobium là những biomarkers của đậu nành bị stress mặn. Một chủng nòi tương ứng, Ensifer sp. GMS14, biểu hiện đặc điểm kích thích tăng trưởng đáng kể. Kết quả thí nghiệm trong chậu cho thấy GMS14 cải tiến có ý nghĩa kết quả tăng trưởng cây đậu nành trên đất mặn. Chủng nòi GMS14 làm giảm nhẹ độc tính của ions Na⁺ bằng cách duy trì tỷ lệ Na⁺/K⁺ thấp và tăng cường hấp thu nitrogen (N) và lân (P) của cây đậu nành trong đất mặn thiếu dưỡng chất. Kết quả phân tích transcriptome cho thấy GMS14 cải tiến tính chống chịu mặn chủ yếu nhờ cải thiện được stress có tính chất ô xi hóa. Thú vị là, GMS14 minh chứng được nó ức chế đặc biệt việc sản sinh ra hydrogen peroxide (H₂O₂) để duy trì trạng thái bảo hòa của ROS (reactive oxygen species homeostasis) trong cây khi bị stress mặn. Thí nghiệm đồng ruộng có chế phẩm GMS14 cho thấy đây là tiềm năng lớn để cải tạo đất mặn, minh chứng bởi sinh khối tăng lên và khả năng tạo nốt sần tăng khi đậu nành có chủng GMS14. Kết quả đã cung cấp những luận điểm về cơ chế chống chịu trên cơ sở tương tác giữa cây và vi sinh vật, phác họa tầm quan trọng của vi sinh vật được chọn bởi cây bị stress mặn trong cải thiện đất nhiễm mặn.

Xem https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/37939476/

Loci SUBMERGENCE 1 và ANAEROBIC GERMINATION 1 tương tác trong cây lúa non chống chịu ngập.

Nguồn: Rejbana Alam, Maureen Hummel, Elaine Yeung, Anna M. Locke, John Carlos I. Ignacio, Miriam D. Baltazar, Zhenyu Jia, Abdelbagi M. Ismail, Endang M. Septiningsih, Julia Bailey-Serres. 2020. Flood resilience loci SUBMERGENCE 1 and ANAEROBIC GERMINATION 1 interact in seedlings established underwater. Plant Direct; Volume4, Issue7; July 2020; e00240

Cây trồng có khả năng chống chịu với nhiều loại hình stress của khí hậu trở nên rất cần thiết để ổ định năng suất cao. Nghiên cứu này đánh giá được sự tương tác giữa hai loci liên quan đến tính trạng làm cây lúa (Oryza sativa L.) sống sót khi bị ngập nước hoàn toàn.

ANAEROBIC GERMINATION 1, được viết tắt là AG1, mã hóa protein TREHALOSE 6-PHOSPHATE PHOSPHATASE 7 (TPP7), tăng cường sự huy động các chất tồn trữ trong nội nhũ hạt lúa để thúc đẩy sự vươn dài của trục lá mầm (hollow coleoptile) của hạt thóc khi chúng được gieo sạ thẳng trong ruộng có nước cạn. SUBMERGENCE 1 (SUB1), mã hóa protein có tên là ethylene-responsive transcription factor. Gen SUB1A-1, liên quan đến tính trạng chịu ngập hoàn toàn của cây lúa bởi nó có khả năng giảm sự dị hóa carbohydrate, làm tăng khả năng cây lúa hồi sinh sau khi bị ngập. Tương tác giữa AG1/TPP7 và SUB1/SUB1A-1 được người ta nghiên cứu theo ba kích bản ngập (flooding scenarios); người ta sử dụng quần thể con lai bao gồm 4 dòng NILs (near-isogenic lines) rồi quan sát khả năng tăng trưởng, khả năng sống sót. Quy tụ hai loci không gây ảnh hưởng tiêu cực đến sự nẩy mầm yếm khí hoặc chống chịu ngập ở giai đoạn tăng trưởng (vegetative-stage). Tuy nhiên, giống lúa có hai gen AG1 SUB1 biểu hiện giảm mức độ sống sót hạt khi giống bị ngập cho đến 16 ngày. Muốn hiểu thêm vai trò của TPP7 và SUB1A-1 cũng như tương tác của chúng, các thay đổi tạm thời của carbohydrates và hệ transcriptomes chồi thân được người ta quan sát kỹ trong 4 giống lúa biến thể gì xảy ra tại 2 loci này ở 4 thời điểm, 2 ngày sau khi sạ đến 14 ngày, ngập hoàn toàn. TPP7 làm tăng sự vươn dài trục mang lá mầm, SUB1A-1 làm tăng sự kiện quang tự dưỡng sớm (precocious photoautotrophy), rồi làm hạn chế sự vươnn dài trong nước ngập. Trái lại, khi quy tụ hai loci AG1 và SUB1 biểu hiện tăng trưởng theo chiều dài chậm, chuyển sang quang tự dưỡng, cây sống sót. Kết quả chạy mRNA-sequencing cho thấy có sự điều tiết mang tính chất lệ thuộc thời gian  và đặc trưng cho giống của những phân tử mRNAs gắn kết với sửa lỗi DNA, chu kỳ tế bào, cải biên chromatin, phát sinh học thể plastid, dị hóa và vận chuyển carbohydrate, vươn dài thân mầm, và những tiến trình khác. Tương tác giữa AG1/TPP7 và SUB1/SUB1A-1 có thể tác động sự hình thành mạ non nếu độ sâu mực nước ruộng không quản lý tốt sau khi sạ.

Xem https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/pld3.240

Hình: Thay đổi hệ transcriptome trong giai đoạn mạ khi xử lý ngập lâu ngày. (a) Xếp nhóm các gen DEGs (log₂ FC > |1|; FDR < 0.05) of IR64(AG1), IR64(SUB1), và IR64(AG1,SUB1) với IR64 trong tất cả những ngày bị ngập nước. (b) Xếp nhóm PAM của các gen DEGs theo ngày  so với đối chứng IR64(AG1), IR64(SUB1), và IR64(AG1,SUB1) tương quan đến IR64 2 ngày (transcriptome) (Genotype × Day vs. IR64; GxD). Sự giàu lên GO của những clusters di truyền và các gen liệt kê. Danh sách gen DEGs, log₂FC values, và GO.