Khám phá về lai tạo thực vật có thể mở đường cho các loài cây trồng mới

Một trong những bí ẩn lớn trong sinh học thực vật là làm thế nào mà một cây đơn lẻ có thể phân biệt được đâu là phấn hoa của loài sẽ kích thích thụ phấn và loài nào cần loại bỏ, trong khi hàng loạt phấn hoa từ nhiều loài cây được phát tán cùng lúc. Giờ đây, chúng ta đã tiến gần hơn một bước đến lời giải đáp cho bí ẩn này nhờ nghiên cứu được công bố trên tạp chí Science bởi một nhóm nghiên cứu quốc tế từ Đại học Massachusetts Amherst và Đại học Nông nghiệp Shandong của Trung Quốc.

Nhiều loài thực vật có hoa đã tiến hóa theo cái gọi là “tự bất tương hợp” (self-incompatibility), tức là chúng không thể thụ phấn với chính nó và với các loài họ hàng gần. Bằng cách này, một loài thực vật có thể tránh được giao phối cận huyết. Nhưng còn phấn hoa từ các loài có quan hệ họ hàng xa hơn nhưng vẫn thuộc cùng một họ thì sao?

Alice Cheung , Giáo sư Hóa sinh và Sinh học Phân tử tại UMass Amherst, một trong những tác giả chính của bài báo và là thành viên chủ chốt của nhóm nghiên cứu đã sử dụng họ thực vật Brassicaceae bao gồm bắp cải, bông cải xanh, cải xoăn, củ cải, cây cải dầu và các loại rau phổ biến khác để nghiên cứu cơ chế “tự bất tương hợp” (ISI). Đây là cơ chế ngăn phấn hoa từ bông cải xanh không thụ phấn cho cải xoăn và tạo ra một loài lai là kale-occoli. Việc lai tạo giữa các họ hàng xa để tạo ra các loài thực vật mới với các đặc điểm được cải thiện hoặc đa dạng hơn sẽ có lợi cho cây trồng nông nghiệp và từ đó đảm bảo an ninh lương thực.

Trong nghiên cứu này, Cheung và các đồng nghiệp đã đạt được những đột phá đáng kể trong việc hiểu cách hoạt động của ISI và cách mà các cây thuộc các loài khác nhau giao tiếp trong quá trình thụ phấn, qua đó chấp nhận hoặc từ chối phấn hoa. Một protein có vai trò chính trong việc kiểm soát sự tự bất tương hợp ở đầu nhụy của hoa Brassica gọi là SRK sẽ nhận diện một tín hiệu hóa học cụ thể gọi là SIPS, từ phấn hoa của một loài Brassica khác mà nó muốn từ chối. Cặp tín hiệu SIPS-SRK sau đó sẽ thu hút một enzyme khác tên là FERONIA. Chúng tương tác với nhau và tạo ra một hóa chất phản ứng mạnh gọi là ROS, điều này ngăn cản phấn hoa xâm nhập vào nhụy. Hơn nữa, Cheung và các đồng nghiệp đã đề xuất một chiến lược lai giống nhằm khắc phục sự không tương hợp của phấn hoa ở loài Brassica, điều này có thể thúc đẩy thành công trong việc giao phấn giữa các loài xa trong cùng một họ.

Trần Thanh Vy - Hcmbiotech, Nguồn: nottingham.ac.uk