Khả năng sống sót của thực vật dưới ba tác nhân gây căng thẳng đồng thời có thể phụ thuộc vào một loại protein duy nhất

Mittler và nghiên cứu sinh sau tiến sỹ Ranjita Sinha nghiên cứu cách thực vật phản ứng với căng thẳng tại Trung tâm Khoa học Sự sống Bond. Ảnh: Đại học Missouri.

Các nhà nghiên cứu tại Đại học Missouri đã phát hiện ra rằng một số loại protein nhất định có thể là chìa khóa giúp cứu sống cây trồng khi nhiều tác nhân gây hại cùng tác động một lúc. Kiến thức này một ngày nào đó có thể dẫn đến việc tạo ra các loại cây trồng có khả năng chống chịu tốt hơn với các điều kiện khắc nghiệt do nhiều tác nhân gây hại trong cùng một mùa vụ.

Trong một nghiên cứu gần đây, các nhà khoa học tại Đại học Mizzou đã phát hiện ra rằng Arabidopsis thaliana, một loại thực vật được sử dụng phổ biến làm sinh vật mẫu trong nghiên cứu sinh học, cần một loại protein đặc hiệu để tự bảo vệ khi chịu tác động đồng thời của nhiệt độ cao, ánh nắng mặt trời và đất mặn. Phát hiện này mở đường cho các nhà khoa học hiểu rõ hơn về sinh học tế bào cơ bản cho phép thực vật tồn tại ngay cả khi chịu nhiều tác nhân gây căng thẳng.

Nghiên cứu có tiêu đề "bHLH35 đóng vai trò trung gian trong phản ứng của thực vật đối với nhiều điều kiện gây stress" đã được công bố trên tạp chí Science Advances.

"Nông dân có thể không có một vụ thu hoạch bội thu nếu cây trồng của họ bị ảnh hưởng bởi sóng nhiệt và lũ lụt cùng lúc, hoặc bởi ánh nắng gay gắt và hạn hán cùng một lúc", Ron Mittler, giáo sư danh dự của Trường Nông nghiệp, Thực phẩm và Tài nguyên Thiên nhiên, đồng thời là tác giả nghiên cứu, cho biết. "Thay vì xem xét cách cây trồng phản ứng với từng tác nhân gây căng thẳng riêng lẻ, phòng thí nghiệm của chúng tôi tập trung vào việc hiểu rõ hơn cách cây trồng phản ứng với nhiều tác nhân gây căng thẳng xảy ra cùng một lúc, vì đó thường là thực tế đối với nông dân".

Trong nhiều năm, Mittler đã nghiên cứu cách thực vật phản ứng với nhiệt độ quá cao, ánh nắng mặt trời, đất mặn, hạn hán, độ axit và một kim loại nặng độc hại gọi là cadmium. Trong phòng thí nghiệm của ông tại Trung tâm Khoa học Sự sống Bond, ông cho thực vật tiếp xúc với các tác nhân gây căng thẳng này theo nhiều sự kết hợp khác nhau, sau đó kiểm tra sinh học tế bào cơ bản của chúng để tìm ra manh mối về những protein nào dường như đóng vai trò cứu sống trong những tình huống nhất định.

Mittler hy vọng sẽ tìm ra các mục tiêu trong cây trồng để biến đổi gen hoặc lai tạo nhằm giúp nông dân trồng được các loại cây trồng kháng bệnh tốt hơn. Nguồn: Đại học Missouri.

Trong nghiên cứu gần đây, ông đã cho ba cây Arabidopsis tiếp xúc với nhiệt độ cao, ánh nắng mặt trời và đất mặn. Một cây là cây hoang dã; một cây có protein cụ thể, được gọi là bHLH35, bị xóa hoặc bất hoạt; và một cây được biến đổi gen để chứa thêm protein bHLH35. Sau một ngày, cây không có protein chết, cây hoang dã vẫn sống và cây có thêm bHLH35 trông khỏe mạnh hơn.

Những phát hiện này có thể mở đường cho các chiến lược mới nhằm biến đổi gen cây trồng bằng phương pháp chỉnh sửa gen hoặc lai tạo, nhắm mục tiêu vào các protein cụ thể tùy thuộc vào các mối đe dọa đồng thời mà cây trồng phải đối mặt. Nhưng trước hết, các nhà khoa học cần hiểu rõ hơn về loại protein nào bảo vệ cây trồng tốt nhất khi đối mặt với các tác nhân gây căng thẳng đồng thời, Mittler cho biết.

"Nếu một loại protein phản ứng riêng lẻ với một tác nhân gây căng thẳng nhất định và một loại protein khác phản ứng riêng lẻ với một tác nhân gây căng thẳng khác, bạn có thể nghĩ rằng cả hai loại protein sẽ phản ứng nếu hai tác nhân gây căng thẳng đó cùng tác động lên cây trồng cùng một lúc", Mittler nói. "Nhưng chúng ta đang tìm hiểu và nhận thấy rằng thực tế có thể là một loại protein thứ ba được huấn luyện đặc biệt để thực hiện các nhiệm vụ cứu sống trong trường hợp mối đe dọa đồng thời cụ thể này. Cách suy nghĩ mới này mở ra một thế giới hoàn toàn mới về cơ hội nghiên cứu".

Bằng cách hiểu rõ hơn cách thực vật phản ứng đồng thời với nhiều tác nhân gây căng thẳng, các nhà khoa học có thể xác định được các mục tiêu để biến đổi gen hoặc lai tạo giống, từ đó giúp nông dân trồng được các loại cây trồng có khả năng chống chịu tốt hơn.

"Nếu hạn hán và sóng nhiệt hoặc lũ lụt và sóng nhiệt tiếp tục xảy ra trong tương lai, thường là đồng thời, tôi muốn giúp phát triển các giống cây trồng thích nghi tốt hơn với những điều kiện này và vẫn cho năng suất cao cho nông dân", Mittler nói. "Vì nông dân ở Missouri thường phải đối mặt với nhiều tác động gây hại cùng lúc lên cây trồng của họ, nghiên cứu này có thể mang lại lợi ích cho nông dân trên toàn tiểu bang".

Mặc dù các loại cây thí nghiệm được sử dụng trong nghiên cứu này không phải là cây ngô, đậu nành hay lúa mì do nông dân trồng, nhưng nghiên cứu đã cung cấp một bằng chứng đầy hứa hẹn về tính khả thi của ý tưởng, ông nói.

Mittler cho biết: "Vì hầu hết các loại cây trồng đều có các phiên bản của loại protein này, nên sẽ rất thú vị để xem phát hiện này có thể tác động như thế nào đến ngành nông nghiệp trong tương lai".

Nguyễn Thị Quỳnh Thuận theo Đại học Missouri.