Sự thẩm thấu đường được phát hiện trong aquaporin thực vật

Phát hiện này được thực hiện bởi các nhà nghiên cứu từ Trường Nông nghiệp, Thực phẩm và Rượu vang, đã mở rộng khái niệm về vai trò của aquaporin trong sinh học thực vật và sẽ có ý nghĩa đối với kỹ thuật sinh học thực vật để sản xuất lương thực và sự sống của thực vật.

Aquaporin, thuộc một loại protein màng được gọi là chất vận chuyển nước, lần đầu tiên được xác định vào năm 1993 bởi nhà sinh học phân tử người Mỹ và người đoạt giải Nobel, Peter Agre.

Khái niệm về tính thấm nước trong các phân tử nhỏ đã được chấp nhận vào thời điểm đó, nhưng vẫn chưa rõ liệu aquaporin có thể thấm vào các phân tử lớn hơn như sucrose hay không.

Điều này hiện đã được chứng minh khi các nhà nghiên cứu sử dụng phương pháp tiếp cận đa ngành để quan sát quá trình sinh hóa ở HvNIP2;1, một loại Protein nội tại giống Nodulin 26 được tìm thấy trong lúa mạch.

Giáo sư Maria Hrmova của Đại học Adelaide cho biết: “Chúng tôi đã sử dụng công nghệ sinh học nano, điện sinh lý học, hóa học protein, mô hình hóa protein và tính toán hóa học. Chúng tôi cũng tích hợp dữ liệu lý thuyết và thực nghiệm rộng lớn với nghiên cứu phát sinh gien để khám phá khoảng 3.000 aquaporin”.

HvNIP2;1 khác với các phân nhóm aquaporin khác ở chỗ nó có đặc điểm cấu trúc thay đổi và do đó nó có được khả năng vận chuyển sacarit.

Các nhà nghiên cứu quan tâm xem nó có thể phục vụ những chức năng nào khác và điều này liên quan như thế nào đến chức năng của thực vật.

Giáo sư Hrmova nói: Chúng tôi cũng đã thực hiện mô phỏng động lực học phân tử định hướng quy mô đầy đủ của HvNIP2;1 và aquaporin rau bina - một aquaporin khác nhau về cấu trúc và chức năng so với HvNIP2;1 - cho thấy khả năng chỉnh lưu nước, axit boric và sucrose. Đây sẽ là chủ đề của các nghiên cứu trong tương lai”.

Phát hiện này đã được công bố trên Tạp chí Hóa sinh học.

Đồng tác giả của bài báo, Giáo sư Steve Tyerman, người trước đây đã tiết lộ về sự thẩm thấu ion trong aquaporin thực vật, cho biết: “Công trình này cho thấy rằng chúng ta cần phải cởi mở hơn về những gì các aquaporin khác nhau có thể thấm vào, ngoài nước”.

Hiểu được các đặc tính của aquaporin là rất quan trọng đối với kỹ thuật sinh học nhằm thiết kế các protein mới với các đặc tính được cải thiện, chẳng hạn như tính đặc hiệu của cơ chất, khả năng chịu nhiệt và khả năng gấp nếp. Những đặc tính này là nền tảng cho sự sống còn của thực vật vì chúng làm trung gian hấp thụ nước và chất dinh dưỡng, chi phối sự phân phối các chất hòa tan qua thực vật, loại bỏ độc tố khỏi bào tương và tái chế các loại đường có giá trị.

Aquaporin và các chất vận chuyển màng khác là mục tiêu hấp dẫn trong công nghệ sinh học nông nghiệp nhằm tăng hàm lượng chất dinh dưỡng trong các bộ phận ăn được của cây trồng, loại trừ các yếu tố độc hại, cùng ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng cây trồng và cuối cùng là duy trì sản xuất lương thực.