Làm thế nào tín hiệu đồng thau làm cho rễ phát triển dài hơn khi thiếu nitơ

Sự kéo dài của rễ được kích thích trong điều kiện nitơ thấp và phụ thuộc vào tín hiệu đồng thau qua trung gian BSK3. Biến thể BSK3-L giúp tăng cường độ nhạy cảm của các tế bào gốc đối với các đồng thau và thúc đẩy sự kéo dài. Hình: IPK Gatersleben.

Là sinh vật tự nhiên, thực vật dựa vào khả năng thích ứng với sự phát triển và tăng trưởng của rễ để thích ứng với điều kiện dinh dưỡng thay đổi. Một đáp ứng như vậy, được hiển thị ở những cây được trồng trong điều kiện nitơ thấp, là sự kéo dài của rễ chính và rễ bên để khám phá môi trường đất xung quanh. Sự thích nghi với việc thiếu nitơ được đặc biệt quan tâm, vì nó phản ánh một "chiến lược tìm kiếm thức ăn", nhờ đó hệ thống rễ có thể khai thác các chất dinh dưỡng từ khối lượng đất lớn hơn. Cho đến gần đây, đây là phản ứng của hệ rễ phụ thuộc nitơ ít được biết đến nhất. Các nhà khoa học từ IPK ở Gatersleben hiện đã xác định được con đường hormone điều chỉnh sự tìm kiếm rễ cây trong điều kiện nitơ thấp và một thành phần tín hiệu điều chỉnh cường độ của phản ứng này. Những phát hiện này mở ra khả năng nhân giống cây trồng với hệ thống rễ cho phép hấp thụ nitơ hiệu quả hơn.

Số lượng và dạng dinh dưỡng hữu hiệu trong cây dao động trong đất, do sự phụ thuộc vào ví dụ như độ ẩm của đất hoặc quá trình biến đổi vi sinh vật của chất dinh dưỡng. Thực vật cảm nhận được sự thay đổi về tình trạng dinh dưỡng của chúng và đáp ứng với những điều này bằng cách điều chỉnh sự tăng trưởng và phát triển của rễ. Những phản hồi này thể hiện ở mức độ thay đổi trong giai đoạn phân nhánh, mở rộng, thay thế và hướng phát triển của các bộ phận riêng lẻ của hệ thống rễ. Nitơ là một nguyên tố khoáng và dinh dưỡng thiết yếu cho cây trồng. Khi lượng nitơ hữu hiệu thấp, rễ cây sẽ phát triển bằng cách mở rộng hệ thống rễ bên. Ngay khi cây thiếu đạm, chúng lập tức tạo ra phản ứng tìm kiếm thức ăn, trong đó rễ thuôn dài để khám phá một khối lượng đất lớn hơn. Các cơ chế điều tiết nằm dưới đáp ứng của rễ phụ thuộc nitơ này trước đây chưa được biết đến. Các nhà nghiên cứu từ IPK ở Gatersleben đã phát hiện ra rằng một loại hormone steroid điều chỉnh sự tìm kiếm rễ cây trong điều kiện nitơ thấp và từ đó xác định mức độ của thích ứng. Những phát hiện đã được công bố trên tạp chí Nature Communications.

Trong nghiên cứu này, các nhà khoa học thuộc nhóm nghiên cứu "Dinh dưỡng thực vật phân tử" do Giáo sư N. von Wirén dẫn đầu đã đánh giá sự thay đổi tự nhiên trên sự phát triển của rễ khi thiếu nitơ nhẹ ở 200 mẫu cây Arabidopsis thaliana. Sử dụng bản đồ liên kết toàn bộ bộ gen với sự hỗ trợ của nhóm "Heterosis" do Giáo sư T. Altmann dẫn đầu, các nhà nghiên cứu có thể chỉ ra rằng BSK3, một kinase có tín hiệu bằng đồng thau, đang điều chỉnh mức độ kéo dài của rễ dưới điều kiện mức nitơ thấp. Hơn nữa, họ đã chứng minh rằng sự thiếu hụt nitơ nhẹ kích hoạt tín hiệu đồng thau bằng cách điều chỉnh tăng mức độ phiên mã của đồng thụ thể BAK1 giúp tăng cường độ nhạy cảm của tế bào rễ với đồng thau.

Các kết quả cho thấy vai trò trước đây chưa được biết đến của các hoocmon thực vật loại đồng thau trong việc hình thành các hệ thống rễ để đáp ứng với sự thiếu hụt chất dinh dưỡng. Cái nhìn sâu sắc mới lạ này cho phép hiểu sâu hơn về quy định đằng sau phản ứng thích nghi của thực vật đối với những thay đổi về lượng nitơ, nhưng cũng cung cấp một viễn cảnh cho ứng dụng thực tế trong nông nghiệp

Là "động lực chính cho sự tăng trưởng của thực vật", nitơ là một yếu tố không thể thiếu trong sản xuất cây trồng nông nghiệp. Tuy nhiên, phân bón nitơ phải được sử dụng cẩn thận, vì sự dư thừa nitơ trong đất có thể có tác động bất lợi đến môi trường, ví dụ như dẫn đến axit hóa đất hoặc làm phú dưỡng các mạch nước. Do đó, việc nhân giống cây trồng, khai thác đất tốt hơn để lấy chất dinh dưỡng, là một kỳ vọng cho việc giảm lượng phân bón vào. Các nhà nghiên cứu của nghiên cứu này xem phát minh của họ về vai trò điều tiết của BSK3 là cơ hội mới để tiếp cận vấn đề này. Bằng cách khai thác một cách tự nhiên xảy ra trong các phiên bản allel BSK3 hoặc bằng cách tạo ra các biến thể de-novo bằng cách chỉnh sửa bộ gen chính xác, các nhà nhân giống cây trồng có thể phát triển các giống cây trồng mới với bộ rễ lớn hơn, cung cấp cho các giống cây trồng cơ chế tìm kiếm tốt hơn với lượng đạm bón vào thấp.

Đỗ Thị Thanh Trúc theo Phys.org