Nghiên cứu về cách thức thực vật chịu được điều kiện khắc nghiệt
Việc hiểu được cách thức thực vật cảm nhận và đối phó với các điều kiện khắc nghiệt như hạn hán, quá nhiều muối trong đất hoặc nhiệt độ quá cao có thể giúp các nhà nghiên cứu phát triển các loại cây trồng có sức chịu đựng cao hơn-một bước cần thiết để nâng cao năng suất nông nghiệp, đảm bảo môi trường bền vững và an ninh lương thực toàn cầu.
Nhưng trong khi các nhà khoa học đã đạt được một số tiến bộ trong việc giải mã các dấu hiệu cho thấy cây đang bị stress và giải mã cơ chế bảo vệ của cây, nhiều câu hỏi quan trọng vẫn chưa được trả lời. Đây là đánh giá của Ông Jian-Kang Zhu, Giáo sư Sinh học thực vật tại Cơ quan Trồng trọt và kiến trúc cảnh quan.
Ông nói: “Nhiều nhà khoa học đã nghiên cứu về vấn đề này, nhưng hiện nay vẫn chưa có nhiều giống cây trồng mới với sự cải thiện khả năng chống hạn hán hoặc khả năng chịu nóng hay lạnh”.
Bởi vì các loài thực vật không thể di chuyển được khi điều kiện môi trường xung quanh trở nên bất lợi, sự sống còn của chúng phụ thuộc vào việc phát hiện một cách nhanh chóng những thay đổi trong môi trường và triển khai các chiến lược tự vệ. Ví dụ trong một đợt hạn hán nghiêm trọng, nhiều cây trồng sẽ làm chậm hoặc ngừng quá trình tăng trưởng, chuyển hướng nguồn năng lượng để bảo vệ mình khỏi bị tổn thương liên quan đến stress. Chiến lược này đòi hỏi cây trồng phải thay đổi sự trao đổi chất của nó và lập trình lại biểu hiện gien. Nhưng khi điều kiện trở nên thuận lợi, nó phải nhanh chóng loại bỏ phản ứng phòng thủ của mình để tiếp tục tăng trưởng và phát triển bình thường.
Hiểu được cách thức các quá trình trên có thể giúp các nhà nghiên cứu tăng cường khả năng phục hồi của cây trồng, một nhu cầu ngày càng quan trọng khi dân số toàn cầu tăng và biến đổi khí hậu tăng cường.
Nhưng bất chấp những tiến bộ lớn trong sinh học phân tử, gien và công nghệ chỉnh sửa gien CRISPR, nhiều chi tiết về các dấu hiệu cho thấy cây trồng bị stress như các tế bào cảm nhận và thể hiện các tín hiệu từ môi trường và các phản ứng sinh học trực tiếp như thế nào vẫn là một bí ẩn.
Các nhà khoa học thường có thể xác định chức năng của gien bằng cách vô hiệu hóa gien đó hoặc xóa bỏ gien đó và quan sát những thay đổi. Nhưng trong thực vật, nhiều gien có thể thực hiện công việc tương tự. Việc loại bỏ một gien thực vật có thể làm một gien khác tham gia vào để hoàn thành vai trò của nó, che khuất mối liên hệ giữa một gien và chức năng của nó. Một sự phức tạp nữa là khả năng của các tế bào thực vật trong việc cảm nhận stress trong các thành phần khác nhau của nó như các màng tế bào, lục lạp, hoặc nhân - và tích hợp các tín hiệu này để kích hoạt một phản ứng phòng vệ.
Ông Zhu nói: “Bạn không thể suy ra mối quan hệ giữa gien và chức năng . Nhưng các cảm biến này là rất quan trọng vì khi bạn xóa toàn bộ chúng, cây trồng không sống được nữa”.
Các phòng thí nghiệm Ông Zhu đã đóng một vai trò quan trọng trong việc thúc đẩy sự hiểu biết về phản ứng với stress ở cây trồng. Zhu và nhóm của ông đã phát hiện ra một chuỗi các phản ứng hóa sinh chính được gọi là SOS. SOS tham gia vào quá trình cảm nhận và phản ứng với tình trạng dư thừa muối trong đất, có thể ức chế hoạt động của enzim ở thực vật.
Tuy nhiên, việc xác định chuỗi các phản ứng hóa sinh tương tự phản ứng trực tiếp với hạn hán tiếp tục gặp những trở ngại do hạn hán có thể ảnh hưởng đến tất cả các quá trình tế bào, các enzim chuyển hóa. Sự phức tạp này khiến việc xác định phần nào của bộ gien cây trồng có thể được điều khiển để cải thiện khả năng chống hạn hán trở nên rất khó khăn và làm thế nào để làm điều này mà không vô tình gây ra tác động tiêu cực đến sức khỏe của cây.
Nguyễn Minh Thu - Mard, theo Phys.org
Số lần xem: 1103
