Protein quan trọng cho thực vật tồn tại từ trước khi các loài thực vật đầu tiên xuất hiện.

Các nhà nghiên cứu tại Wageningen đã phát hiện ra rằng một loại protein quan trọng của thực vật, tên là Auxin Response Factor (ARF), đã tồn tại hơn 600 triệu năm trước, từ khi các loài thực vật đầu tiên chưa xuất hiện. Nghiên cứu của họ cho thấy protein này có nguồn gốc từ một tổ tiên đơn bào xa xưa, nơi mà vật liệu di truyền đã được tái sắp xếp trong sự kiện tiến hóa. Phát hiện này nhấn mạnh vai trò quan trọng của ARF trong sự phát triển và tăng trưởng của thực vật ngày nay. Kết quả nghiên cứu đã được công bố trên tạp chí khoa học Nature Communications.

Đặt một cây bên cửa sổ, cây sẽ dần dần phát triển về phía ánh sáng chiếu qua cửa sổ. Dù không có mắt, cây vẫn có thể "nhìn thấy" nguồn sáng. Dưới lòng đất, rễ cây tìm kiếm nước và phát triển về hướng có nước. Sự phát triển theo hướng này, cùng với nhiều quá trình phát triển khác của thực vật, được điều khiển bởi hormone auxin. Protein ARF phản ứng với hormone này, kích hoạt hoặc vô hiệu hóa các gene trong cây để điều chỉnh quá trình phát triển. Nhà nghiên cứu sau tiến sỹ Jorge Hernández-García đã nghiên cứu cách mà một hệ thống phức tạp và phối hợp như vậy có thể tiến hóa. Ông giải thích: "Tại một thời điểm nào đó trong quá trình tiến hóa, các tế bào thực vật đã phát triển một cơ chế để nhận biết và phản ứng với các hormone thực vật".

Một loại protein của con người trong thực vật

Các nhà nghiên cứu tại Wageningen đã phát hiện ra rằng protein ARF có nguồn gốc từ loài tảo xanh Chlorokybus melkonianii, một họ hàng xa của thực vật trên cạn. Nghiên cứu của họ cho thấy protein này xuất phát từ sự kết hợp của hai đoạn protein: một yếu tố chromatin và một yếu tố phiên mã. Ban đầu, cả hai yếu tố này không liên quan đến hormone thực vật auxin. Giáo sư Hóa sinh Dolf Weijers cho biết: "Sự kết hợp này đã tạo ra một loại protein hoàn toàn mới và đóng vai trò trung tâm trong con đường tín hiệu auxin". Yếu tố chromatin giúp các protein ARF phối hợp với nhau, trong khi yếu tố phiên mã cho phép protein liên kết với DNA và điều chỉnh hoạt động của gen.

Điều thú vị là yếu tố chromatin được tìm thấy trong protein quan trọng của thực vật không chỉ riêng ở thực vật mà còn xuất hiện ở con người, động vật và nấm. Mặc dù các nhà sinh học đã nghiên cứu protein ARF trong hơn hai mươi năm, họ chưa từng nhận ra mối liên hệ này cho đến bây giờ. Vì vậy, nhà nghiên cứu sau tiến sỹ Hernández-García rất cẩn trọng khi trình bày phát hiện của mình với Weijers. Ông nói: "Khi bạn gặp một kết quả phi thường như vậy, suy nghĩ đầu tiên của bạn là nó phải sai. Nhưng chúng tôi luôn nhận được cùng một kết quả, nên nó phải đúng". Mặc dù vai trò chính xác của yếu tố chromatin ở người và động vật vẫn chưa rõ ràng, chắc chắn nó đã phát triển một chức năng mới trong protein ARF.

Qua thời gian, sự tiến hóa của ARF đã dẫn đến hai loại protein: một loại kích hoạt gen khi có mặt auxin và một loại ức chế gen. Nhà nghiên cứu Hernández-García giải thích: "Sự tương tác cạnh tranh này là rất quan trọng cho việc điều chỉnh chặt chẽ sự phát triển của thực vật". Nghiên cứu cũng tiết lộ rằng một số đặc điểm của ARF, chẳng hạn như khả năng liên kết với DNA, đã xuất hiện từ rất sớm, trong khi các đặc điểm khác như kích hoạt gen phát triển muộn hơn trong quá trình tiến hóa.

Dữ liệu mới, gen cổ đại

Các nhà khoa học đã có thể tái tạo nguồn gốc và sự tiến hóa của protein ARF nhờ vào dữ liệu di truyền mới có sẵn. Giáo sư Weijers cho biết: "Trong thập kỷ qua, chúng tôi đã nhận ra rằng có thể nghiên cứu các đặc điểm cốt lõi của thực vật tốt hơn từ những loài đã tồn tại lâu hơn trong hình dạng hiện tại của chúng". Ông đề cập đến các loài rêu, dương xỉ và thậm chí là tổ tiên thủy sinh của chúng: tảo xanh đơn bào. Những họ hàng xa của thực vật trên cạn này có chung các quá trình tế bào và vật liệu di truyền với thực vật hiện đại nhưng dễ nghiên cứu hơn.

Trong những năm gần đây, các nhà khoa học đã giải mã DNA của ngày càng nhiều loài thực vật và họ hàng của chúng, chẳng hạn như tảo xanh. Bằng cách nghiên cứu những hệ gen này, các nhà sinh học có thể hiểu sâu hơn về các quá trình và gen của thực vật. Giáo sư Weijers kết luận: "Tôi tin rằng dữ liệu di truyền từ tảo xanh còn giữ nhiều câu trả lời cho những câu hỏi cơ bản về sinh học thực vật".

Bùi Anh Xuân theo Đại học Wageningen.