Khám phá các gen kiểm soát sự xâm nhiễm vào rễ của nấm cộng sinh cây đậu nành

Chậu bên trái có bổ sung nấm rễ cộng sinh mycorrhizal và chậu bên phải không có bổ sung nấm rễ cộng sinh mycorrhizal. Nguồn: https://www.newsbreak.com

Giống như hầu hết các loại cây trồng, đậu nành kết hợp với nấm rễ cộng sinh mycorrhizal. Để đổi lấy một ít đường, nấm rễ cộng sinh hoạt động như một phần mở rộng của hệ thống rễ để hút nhiều lân, đạm, vi lượng và nước hơn những loài cây không có sự cộng sinh này.
 

Nấm rễ cộng sinh mycorrhizal xuất hiện tự nhiên trong đất và có sẵn trên thị trường dưới dạng chế phẩm sinh học bón vào đất, nhưng nghiên cứu mới của Đại học Illinois cho thấy không phải tất cả các giống đậu tương đều phản ứng giống nhau với nấm rễ cộng sinh mycorrhizal.
 

Michelle Pawlowski, nghiên cứu sinh sau tiến sĩ tại Khoa Khoa học cây trồng ở Illinois và đồng tác giả của một nghiên cứu mới trong tạp chí Theoretical and Applied Genetics nói “Trong nghiên cứu của chúng tôi, sự xâm nhiễm rễ của mỗi loài nấm rễ cộng sinh khác biệt đáng kể giữa các giống đậu nành và biến động từ 11-70%”.

Để đạt được kết quả, Pawlowski đã trồng 350 giống đậu nành khác nhau trong chậu có chứa đầy bào tử nấm rễ cộng sinh mycorrhizal bình thường. Sau sáu tuần, cô quan sát rễ dưới kính hiển vi để đánh giá mức độ xâm nhiễm rễ của nấm rễ cộng sinh.
 

“Đó là một chút liều lĩnh bởi vì chúng tôi không biết nhiều về mối quan hệ của đậu nành với nấm rễ cộng sinh mycorrhizae và không biết liệu sự khác biệt về sự xâm nhiễm rễ giữa các giống đậu nành sẽ xuất hiện hay không. Vì vậy, khi chúng tôi sàng lọc các giống đậu nành và tìm thấy sự khác biệt, đó là niềm vui lớn”, Pawlowski nói. “Điều đó có nghĩa là cũng có khả năng tìm thấy sự khác biệt về mặt di truyền”.
 

Quá trình xâm nhiễm rễ bắt đầu trước khi bào tử nấm thậm chí nảy mầm trong đất. Rễ tiết ra hóa chất, kích hoạt bào tử nảy mầm và phát triển về phía rễ. Một khi nấm tiếp xúc, có một loạt các phản ứng phức tạp trong cây ngăn cản sự phòng vệ bình thường trước sự tấn công chống lại mầm bệnh xâm nhập. Thay vào đó, cây trồng cho nấm xâm nhiễm và thiết lập một vị trí bên trong rễ, nơi nó tạo ra các cấu trúc xâm nhiễm dạng bụi (arbuscules); đây là nơi nấm và cây trao đổi đường và dinh dưỡng.
 

Nghiên cứu cho thấy có yếu tố liên quan về mặt di truyền đối với mức độ xâm nhiễm của rễ của nấm rễ cộng sinh ở đậu nành. Để tìm ra nó, Pawlowski đã so sánh bộ gen của 350 giống đậu nành và kiểm tra trên sáu vùng gen liên kết đến mức độ xâm nhiễm rễ khác nhau trong đậu nành của nấm rễ cộng sinh.
 

Cô nói, “Chúng tôi có khả năng sử dụng tất cả thông tin chúng tôi có về bộ gen và biểu hiện gen của đậu nành để tìm các gen liên quan có thể có trong sáu vùng này”.
 

Theo nghiên cứu, các gen kiểm soát các tín hiệu và con đường hóa học thu hút nấm về phía rễ, làm cho cây nhận ra nấm rễ cộng sinh như là “bạn tốt”, giúp tạo cấu trúc xâm nhiễm vào rễ dạng bụi và hơn thế nữa. “Trong hầu hết mọi bước trong quá trình xâm nhiễm vào rễ, chúng tôi đã tìm thấy các gen liên quan đến các vùng đó”, Pawlowski nói.
 

Biết được gen nào kiểm soát sự xâm nhiễm vào rễ của nấm rễ cộng sinh có thể giúp các nhà chọn tạo giống phát triển giống đậu nành cộng sinh tốt hơn với nấm rễ mycorrhizal, điều này có nghĩa là cải thiện sự hấp thu dinh dưỡng, khả năng chịu hạn và khả năng kháng bệnh.

Glen Hartman, nhà nghiên cứu bệnh cây của Khoa Khoa học cây trồng và nhà nghiên cứu bệnh cây thực phẩm của USDA-ARS nói “Cách tiếp cận thân thiện với môi trường này không chỉ cải thiện việc sản xuất đậu nành, mà còn có thể giúp giảm lạm dụng phân bón, thuốc bảo vệ thực vật và thúc đẩy các hệ thống sản xuất toàn diện hơn”.

Nguyễn tiến Hải theo Sciencedaily.