Phát hiện mới về cách thực vật nhận ra ánh sáng và sinh trưởng có thể tạo ra các cây trồng có khả năng phục hồi tốt hơn

Các thụ thể ánh sáng giúp cây con nhận diện khi chúng đã tiếp xúc nhiều với ánh sáng mặt trời, khi nào cây ngừng việc kéo dài thân và khi nào cây ngừng quang hợp để tạo năng lượng.

Các nhà nghiên cứu tại đại học Wisconsin–Madison đã phát hiện vị trí một thụ thể ánh sáng quan trọng hoạt động ở thân cây.

Được công bố trên tạp chí Current Biology, nghiên cứu này mang lại kiến thức mới về cách các cây con phát hiện ra ánh sáng trong môi trường của chúng.

Các nhà nghiên cứu đã biết việc các thụ thể ánh sáng giúp cây con phát hiện khi chúng tiếp xúc nhiều với ánh sáng mặt trời, khi nào cây ngừng việc kéo dài thân và khi nào cây ngừng quang hợp để tạo năng lượng. Nhưng cho đến nay, họ vẫn chưa biết được vị trí  các thụ thể này trong cây con và phải quan sát toàn bộ cây để nghiên cứu hiện tượng này.

“Lần đầu tiên, chúng tôi nhận ra rằng ảnh hưởng của những thụ thể ánh sáng này không phải ở khắp mọi nơi dọc theo thân cây và các thụ thể ánh sáng khác nhau sẽ kiểm soát các vùng khác nhau ở thân cây”, giáo sư Edgar Spalding giải thích.

Các nhà khoa học đã nghiên cứu những ảnh hưởng của các thụ thể ánh sáng bằng cách chỉnh sửa kỹ thuật di truyền và chụp ảnh sự sinh trưởng của các cây con đang nảy mầm bằng máy ảnh có độ phân giải cao. Họ đã phân tích các bức ảnh và xác định được vị trí mà mỗi thụ thể ánh sáng kiểm soát sự sinh trưởng ở thân cây. Sự sinh trưởng khỏe mạnh ban đầu của cây bén rễ trong đất là một chỉ số quan trọng cho sự sinh trưởng thành công của cây trồng. Việc hiểu chính xác cách các thụ thể ánh sáng góp phần vào giai đoạn sinh trưởng của cây trồng là điều quan tâm nhất đối với cả người nông dân và các nhà nghiên cứu.

Để nảy mầm, cây phải kéo dài thân xuyên qua đất cho đến khi các thụ thể ánh sáng phát hiện đủ ánh sáng mặt trời cho phép cây tự tạo năng lượng thông qua quá trình quang hợp. Trước đó, cây con phải dựa vào nguồn năng lượng dự trữ và các chất dinh dưỡng có sẵn trong hạt giống.

Thỉnh thoảng, sau khi mọc lên từ đất, cây con lại bị che phủ bởi đất và các động vật kiếm ăn hay các yếu tố khác. Nếu không được tiếp xúc đủ với ánh sáng mặt trời, các thụ thể quang sẽ báo hiệu cho cây rằng cây không còn tạo năng lượng thông qua quá trình quang hợp được. Nhưng nhờ có một thực thể ánh sáng, được gọi là cryptochrome-1 (cry1) mà cây con không bị chết.

Các nhà nghiên cứu đã phát hiện cry1 không chỉ kiểm soát việc kéo dài phần trên của thân cây mà còn giúp đưa cây trở lại với ánh sáng mặt trời.

Khi cây mới nảy mầm, cry1 ngăn không cho cây kéo dài hoàn toàn, tiết kiệm một ít năng lượng và chiều dài thân cây. Theo cách đó, khi cây bị che phủ thụ thể ánh sáng này có thể báo hiệu cho cây kéo dài thân để  cây nhô lên khỏi mặt đất một lần nữa.

Các nhà nghiên cứu có thể sử dụng kiến thức này để thực hiện biến đổi gen hạt giống nhằm tăng cường vai trò của cry1, đảm bảo các loại cây trồng có chiều dài kéo dài dự phòng và năng lượng cần thiết để phục hồi nếu bị che phủ lần nữa.

Các nhà khoa học hy vọng nghiên cứu này sẽ giúp tập trung vào lĩnh vực nghiên cứu cải tiến cây trồng, tạo ra các giống cây trồng có khả năng hồi phục tốt hơn và cho năng suất cao hơn.

Nguyễn Thị Kim Thoa theo Đại học Wisconsin.