Nghiên cứu hé lộ cách lúa hoang phản ứng với stress lạnh

Lúa hoang Oryza rufipogon. Nguồn:: ZHU Renbin.

Sốc lạnh là một thách thức môi trường đáng kể có thể hạn chế nghiêm trọng sản lượng lúa, đặc biệt là trong giai đoạn đầu sinh trưởng. Nhiệt độ thấp có thể làm tổn thương sự phát triển của lá và rễ, gây héo hoặc thậm chí chết cây con, dẫn đến tổn thất năng suất đáng kể. Tuy nhiên, cách thức lá và rễ lúa phối hợp phản ứng với stress lạnh vẫn chưa được hiểu rõ.

Trong một nghiên cứu mới được công bố trên tạp chí Plant Physiology and Biochemistry ngày 19 tháng 5, các nhà nghiên cứu từ Vườn Bách thảo Nhiệt đới Xishuangbanna (XTBG) thuộc Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc đã khám phá ra các cơ chế phân tử và sinh lý đằng sau tính nhạy cảm với lạnh ở một dòng lúa đặc biệt có nguồn gốc từ lúa hoang dại thông thường (Oryza rufipogon). Phát hiện của họ cung cấp cái nhìn sâu sắc về cách các bộ phận khác nhau của cây (lá và rễ) phản ứng với stress do nhiệt độ thấp, mở ra những hướng đi tiềm năng để lai tạo các giống lúa có khả năng chống chịu tốt hơn.

Để nghiên cứu khả năng chịu lạnh, các nhà nghiên cứu đã phát triển các dòng lai tạo (ILs) bằng cách sử dụng Dianjingyou 1 (DJY1), một giống lúa thuần, làm cây bố mẹ nhận. Trong số các dòng này, một dòng có tên J876 đã được chọn để nghiên cứu khả năng chịu lạnh ở giai đoạn cây con. Phân tích kiểu hình cho thấy J876 nhạy cảm với stress lạnh hơn đáng kể so với DJY1.

Bằng cách so sánh dòng lúa mẫn cảm với lạnh J876 với giống lúa chịu lạnh tốt hơn DJY1 ở giai đoạn cây con, các nhà nghiên cứu đã xác định được những khác biệt quan trọng trong phản ứng sinh lý, sinh hóa và phân tử. Những khác biệt này cho thấy các con đường điều hòa phối hợp trong lá và rễ góp phần vào khả năng chịu lạnh.

Ở nhiệt độ thấp, J876 tích lũy lượng lớn các loại oxy hoạt tính (ROS), trong khi hoạt động của các enzyme chống oxy hóa giảm, cho thấy khả năng quản lý stress oxy hóa yếu hơn. Các nhà nghiên cứu đã xác định quá trình chuyển hóa phenylpropanoid là một con đường trao đổi chất thứ cấp quan trọng liên quan đến phản ứng của lúa đối với stress lạnh.

Các nhà nghiên cứu cũng phát hiện ra rằng, mặc dù lá và rễ có chung các chiến lược đối phó với stress lạnh, nhưng mô hình phản ứng của chúng lại khác biệt. Ở lá J876, quá trình sinh tổng hợp flavonoid bị ức chế khi phản ứng với stress lạnh. Ngược lại, quá trình chuyển hóa galactose được điều chỉnh một cách độc đáo ở rễ.

Nghiên cứu nhấn mạnh rằng sự suy giảm khả năng loại bỏ ROS và sự gián đoạn trong các con đường chuyển hóa liên quan đến thành tế bào, đặc biệt là sản xuất flavonoid ở lá và chuyển hóa galactose ở rễ, là những yếu tố chính góp phần gây ra tính nhạy cảm với lạnh ở J876. Các nhà nghiên cứu đề xuất rằng việc tăng cường các con đường đặc thù của từng cơ quan này có thể cải thiện khả năng chịu lạnh ở lúa.

XU Peng của XTBG cho biết: "Kết quả nghiên cứu của chúng tôi cho thấy phản ứng với stress lạnh không đồng nhất trên toàn bộ cây. Để phát triển giống lúa thực sự chịu lạnh, chúng ta có thể cần xem xét các mạng lưới điều chỉnh đặc thù của lá và rễ, đặc biệt là những mạng lưới điều chỉnh sự cân bằng ROS và tính toàn vẹn của thành tế bào".

Lê Thị Kim Loan theo Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc.