Lá cây thiếu dinh dưỡng sẽ tự sản xuất hormone để kích thích rễ hấp thu nitơ

CEPDL2 di chuyển đến rễ nhằm điều tiết sự hấp thu nitrat từ bộ rễ để đáp ứng nhu cầu nitơ. Ảnh: Yoshikatsu Matsubayashi, Đại học Nagoya.

Các nhà nghiên cứu của Đại học Nagoya đã phát hiện ra rằng để đáp ứng nhu cầu nitơ của lá cây, cây trồng sản xuất một loại hormone đi từ lá đến rễ để kích thích sự hấp thu nitơ từ đất. Hormone này được sản xuất trong lá khi chúng thiếu nitơ và hoạt động như một tín hiệu điều tiết nhu cầu và cung cấp nitơ giữa chồi và rễ của cây. Những phát hiện gần đây đã được công bố trực tuyến trên tạp chí Nature Communications.

Nitơ là một chất dinh dưỡng thiết yếu cho sự phát triển của cây và rất quan trọng đối với sức sản xuất của cây trồng. Tuy nhiên, sử dụng quá nhiều phân đạm, dẫn đến ô nhiễm môi trường và tăng giá lương thực. Điều gì xảy ra nếu cây trồng có thể tự điều chỉnh lượng nitơ của chúng một cách hiệu quả hơn?

Các nhà nghiên cứu của Đại học Nagoya đã tìm thấy chìa khóa để làm điều này. Giáo sư Yoshikatsu Matsubayashi tại Viện Khoa học thuộc Đại học Nagoya cho biết: "Bằng cách tăng cường con đường của hormone này, thực vật có thể hấp thụ các chất dinh dưỡng nitơ hiệu quả hơn, cuối cùng có thể giảm thiểu việc sử dụng phân bón".

Rễ cây hấp thu các chất dinh dưỡng nitơ dưới dạng nitrat từ đất, lượng nitơ mà cây cần phụ thuộc vào giai đoạn phát triển chồi. Càng lớn và càng nhiều lá và thân, cây càng cần nhiều nitơ.

Nhóm nghiên cứu đã tìm hiểu bằng thế nào rễ cây cảm nhận được nhu cầu nitơ trong chồi. Một nghiên cứu trước đây sử dụng cây mô hình Arabidopsis (hay còn gọi là cải xoong) đã chỉ ra rằng một số hormone nào đó, được gọi là C-terminal encoded peptide (CEP) và CEP downstream (CEPD), tương ứng, điều chỉnh sự giao tiếp giữa các rễ bị thiếu nitơ qua lá cây. Nghiên cứu trước đây cũng cho thấy rằng cây trồng sản xuất các hormone khác có cấu trúc tương tự như CEPD.

Trong nghiên cứu mới, Giáo sư Matsubayashi và các đồng nghiệp cũng tập trung vào các hormone này trong Arabidopsis, phân tích từng chức năng của chúng và từ đó xác định một peptide có thể thúc đẩy mạnh mẽ sự hấp thụ nitơ. Peptide, được đặt tên là CEP downstream-like 2 (CEPDL2), có mặt trong các gân lá và sẽ được sản xuất nhanh chóng với số lượng lớn khi lá thiếu nitơ. Đồng thời, peptide CEPDL2 sẽ chảy từ chồi đến rễ.

Ngược lại, các nhà nghiên cứu đã chứng minh rằng trên cây trồng nơi peptide CEPDL2 đã bị phá hủy, khi đó kích thước lá vẫn sẽ nhỏ đến cuối giai đoạn tăng trưởng khi mà chồi vẫn cần nhiều nitơ. "Điều này có nghĩa là cây trồng không thể phát triển đúng cách nếu không có peptide này, cho thấy peptide CEPDL2 là tín hiệu điều chỉnh sự cân bằng giữa cung và cầu giữa lá và rễ", giáo sư Matsubayashi nói. "Phát hiện của chúng tôi làm nổi bật cái cách mà thực vật cảm nhận và thích nghi với các điều kiện thay đổi".

Nguyễn Bình Duy theo Phys.org