Nghiên cứu thực vật gắn chặt tầm quan trọng của vi khuẩn với sự tồn tại và phát triển

Sự khác nhau giữa rễ cây được trồng trong các điều kiện môi trường không có vi khuẩn (bên trái) với hàm lượng suberin cao trong nội bì (màu vàng) với rễ cây được nuôi cấy với hệ vi khuẩn dùng trong nghiên cứu (bên phải). Hệ vi khuẩn làm giảm sự tổng hợp suberin ở nội bì. Ảnh: Gabriel Castillo.

Các nhà khoa học đã tiết lộ rằng thực vật có cơ chế “sealing” được hỗ trợ bởi các loài vi khuẩn vùng rễ, điều này đóng vai trò quan trọng trong việc hấp thu các chất dinh dưỡng cho sự tồn tại và phát triển của cây trồng.

Các nhà khoa học ở Future Food Beacon thuộc đại học Nottingham đã chứng minh cơ chế kiểm soát sự gắn chặt ở rễ cây mô hình Arabidopsis thaliana ảnh hưởng đến thành phần các loài vi khuẩn vùng rễ và tác động qua lại giữa các vi khuẩn duy trì chức năng của cơ chế này. Sự phối hợp giữa vi khuẩn và cây trồng góp phần quan trọng trong việc kiểm soát lượng dinh dưỡng khoáng ở cây. Nghiên cứu này đã được đăng trên tạo chí Science.

Gabriel Castrillo, tác giả của nghiên cứu cho biết: “Những hàng rào khuyếch tán chuyên biệt trong ruột các loài động vật có vú được biết như là sự phối hợp của các loài vi khuẩn đường ruột để kiểm soát dòng chảy chất dinh dưỡng. Mặc dù cơ chế điều hòa chất dinh dưỡng tương tự như các cơ chế tồn tại ở rễ cây, sự đóng góp của các loài vi khuẩn đến nay vẫn chưa được biết rõ”.

Nghiên cứu này lần đầu tiên cho thấy sự phối hợp giữa những hàng rào khuyếch tán với các vi khuẩn cư trú ở rễ. Chúng kết hợp để kiểm soát sự hấp thu khoáng chất ở thực vật, điều này rất quan trọng cho sự sinh trưởng và sinh sản. Hiểu được điều này giúp cho việc phát triển các giống cây trồng thích nghi được với các điều kiện khắc nghiệt và phát triển các giống cây trồng có hàm lượng khoáng chất cao, có khả năng loại trừ các độc tố.

Tất cả các loài sinh vật sống có cấu trúc tiến hóa để duy trì trạng thái dinh dưỡng khoáng ổn định. Trong rễ cây và ruột động vật, những cấu trúc này gồm các lớp tế bào chuyên biệt đóng vai trò như người gác cổng để kiểm soát sự vận chuyển nước và các chất dinh dưỡng quan trọng.

Để thực hiện chức năng này, điều quan trọng là các tế bào tạo thành các lớp phải được gắn chặt với nhau. Việc gắn chặt này cần được duy trì khi có sự hiện diện của hệ vi khuẩn lưu trú. Ở các loài động vật, vi khuẩn đường ruột có ảnh hưởng đến sự gắn chặt ở ruột, trong một số trường hợp có thể gây bệnh.

Ở rễ, các nhà khoa học đã phát hiện hai cơ chế gắn chặt: Casparian Strips, gắn chặt các tế bào lại với nhau và làm lắng đọng suberin gây ảnh hưởng đến việc vận chuyển các chất qua màng nguyên sinh. Nghiên cứu này cho thấy cách các cơ chế gắn chặt ở các loài sinh vật đa bào kết hợp với chức năng của vi khuẩn để điều hòa sự cân bằng các chất khoáng.

An ninh lương thực hiện đang là vấn đề cấp bách trên toàn cầu. Cây trồng phải cho sản lượng tăng gấp đôi vào năm 2050 để theo kịp tốc độ phát triển của dân số. Mục tiêu này thậm chí còn bị thách thức do ảnh hưởng của việc biến đổi khí hậu và việc giảm sử dụng phân bón để làm cho nền nông nghiệp thân thiện với môi trường hơn. Trong cả hai trường hợp, phát triển các giống cây trồng với hiệu quả hấp thu nước và chất dinh dưỡng tốt hơn là một giải pháp hữu ích. Khám phá này có thể dẫn đến sự phát triển các cách tiếp cận mới của vi khuẩn để kiểm soát sự khuyếch tán nước và các chất dinh dưỡng, đem lại nhiều cơ hội mới cho việc tạo ra các giống cây trồng có khả năng phục hồi tốt hơn.

 Nguyễn Thị Kim Thoa theo Phys.org