Nghiên cứu cho biết hoạt tính γ-Glutamyl Hydrolase giảm là chìa khóa để tăng hàm lượng folate trong cà chua

Cà chua là cây trồng quan trọng thứ sáu trên toàn cầu và rất giàu dinh dưỡng, đặc biệt là chất chống oxy hóa lycopene và β-carotene. Vitamin B9 (folate) là một loại vitamin thiết yếu cho mọi sinh vật. Tuy nhiên, mặc dù hàm lượng folate cao trong lá cà chua nhưng quả chỉ chứa hàm lượng vừa phải.

Cấu trúc folate, con đường sinh tổng hợp, phản ứng thu hồi và phân hủy. Nguồn: Horticulture Research.

Nghiên cứu hiện tại tập trung vào việc tăng cường cho cây trồng như cà chua bằng folate thông qua sự đa dạng nguồn gen và kỹ thuật trao đổi chất. Những tiến bộ đã được thực hiện bằng cách điều chỉnh tăng cường các enzyme chủ chốt trong quá trình sinh tổng hợp folate, nhưng vẫn còn những thách thức do các phản ứng đặc trưng của loài và sự tương tác phức tạp của folate với quá trình chuyển hóa tế bào.

Vào tháng 11 năm 2022, Horticulture Research đã công bố quan điểm có tựa đề "Hoạt động γ-glutamyl hydrolase giảm có thể góp phần làm tăng hàm lượng folate trong cà chua Periyakulam-1".

Trong nghiên cứu này, hai giống cà chua tương phản là Periyakulam-1 (PKM-1) có hàm lượng folate cao và Arka Vikas (AV) có hàm lượng folate thấp, đã được nghiên cứu để hiểu cơ sở phân tử của sự biến đổi folate ở cà chua.

Đầu tiên, họ kiểm tra hàm lượng folate trong quả PKM-1 và AV được trồng ở vùng đất trống trong vụ 1 và vụ 2 và nhận thấy PKM-1 có hàm lượng folate cao hơn đáng kể so với AV. Quá trình chín ở PKM-1 gần giống với AV nhưng mất nhiều thời gian hơn để chuyển từ giai đoạn xanh trưởng thành (Green mauture, MG) sang giai đoạn cuối kỳ (Breaker, BR).

Quả cà chua giống PKM-1 cũng có giá trị °Brix cao hơn và lượng phát thải ethylene thấp hơn đáng kể. Song song đó, hàm lượng phytohormone axit salicylic, ABA và axit jasmonic thấp hơn đáng kể so với giống AV. Tiếp theo, để điều tra xem liệu hàm lượng folate cao hơn trong trái cây PKM-1 có phải là do sự gia tăng các chất tiền chất tổng hợp hay không, hàm lượng pABA và pterin đã được phát hiện.

Kết quả cho thấy pABA cao hơn ở quả PKM-1 ở tất cả các giai đoạn chín. Bằng cách phân tích các bản phiên mã và hoạt động enzyme của hầu hết các gen mã hóa cho quá trình sinh tổng hợp folate, người ta phát hiện ra rằng quả PKM-1 chín đỏ (RR) cho thấy hoạt động của enzyme γ-glutamyl hydrolase (GGH) thấp hơn và quá trình polyglutamylation cao hơn.

Song song với hàm lượng folate cao hơn, quả giống PKM-1 còn có hàm lượng carotenoid cao hơn, đặc biệt là lycopene và β-carotene. Hơn nữa, cấu hình trao đổi chất của PKM-1 và AV đã được phân tích.

Hầu hết các mức chất chuyển hóa trong PKM-1 khác biệt đáng kể so với AV, bao gồm axit amin, amin, axit hữu cơ, axit béo, đường và các dẫn xuất. Phân tích proteome cho thấy sự điều hòa tăng cường cô lập carotenoid và các protein liên quan đến chuyển hóa folate trong PKM-1.

Cuối cùng, họ giải trình tự và so sánh toàn bộ bộ gen của cả hai giống. Trên toàn bộ quy mô bộ gen, bộ gen PKM-1 khác nhau 0,0423%. Và hầu hết SNP được định vị ở các vùng không mã hóa của bộ gen PKM-1, cho thấy tính đa hình trong các yếu tố thúc đẩy gen điều hòa có thể góp phần tạo ra sự khác biệt giữa AV và PKM-1.

Tóm lại, nghiên cứu này phát hiện ra rằng quả của giống PKM-1 RR có folate, carotenoid và GABA (axit γ-aminobutyric) cao hơn do các đặc điểm di truyền cụ thể, ít phân hủy folate hơn và giữ được nhiều chất dinh dưỡng hơn Arka Vikas. Việc hình thành lịch sử chuyển hóa và protein cũng tiết lộ sự đa dạng trong việc điều chỉnh ba loại dược phẩm dinh dưỡng này trong quả của giống PKM-1.

Một phát hiện quan trọng là việc điều chỉnh hoạt động của GGH như một mục tiêu tiềm năng để nâng cao mức folate trong quả cà chua. Nghiên cứu này xác định chính xác các mục tiêu di truyền cho quá trình tăng cường sinh học, hứa hẹn tăng cường hàm lượng dinh dưỡng trong cà chua, đồng thời mang lại những tác động đến chế độ ăn uống và thực hành nông nghiệp lành mạnh hơn.

Nguyễn Thị Quỳnh Thuận theo Phys.org