Tạo vách tế bào cho việc phát tán hạt giống bằng lực nổ

Các nhà khoa học trong nhóm của Angela Hay tại Viện nghiên cứu Giống cây trồng Max Planck ở Cologne đang nghiên cứu cách một loài cỏ dại nhỏ sử dụng vỏ hạt nổ để phát tán hạt giống của chúng. Nghiên cứu mới của họ được công bố trên tạp chí The Plant Cell, tiết lộ các cơ chế di truyền để kiểm soát quá trình sinh tổng hợp và tạo hình chính xác độ dày của vách tế bào cần thiết cho chuyển động nhanh trong quả nổ.

Nhóm nghiên cứu tập trung vào vách tế bào thứ cấp. Ở loài cỏ dại Cardamine hirsuta, những vách tế bào này thực hiện một điều đặc biệt ấn tượng: cho phép vỏ hạt nổ. Chuyển động nổ này dựa trên một vách tế bào thứ cấp được tạo hình chính xác trong một lớp cụ thể của các tế bào quả. Nghiên cứu xác định được gen CELLULOSE SYNTHASE 7 (CESA7), một gen chịu trách nhiệm sinh tổng hợp một lượng lớn cellulose cho việc tạo thành các vách tế bào này.

Các cấu trúc vách tế bào thứ cấp hóa gỗ (màu xanh lá cây) trong các tế bào b của lớp nội bì ở Cardamine hirsuta kiểu hoang dại và kiểu đột biến cesa7.

Cellulose là thành phần chịu lực chính của vách tế bào thực vật. Các nhà nghiên cứu đã rất ngạc nhiên khi phát hiện quá trình tổng hợp cellulose bị gián đoạn bởi đột biến cesa7, trong khi các thành phần khác của vách tế bào chẳng hạn như lignin hay xylan vẫn được chuyển đến đúng vị trí. Tuy nhiên, nếu không có cellulose tạo khung cho các thành phần này thành một cấu trúc gồm nhiều lớp chặt chẽ, vách tế bào sẽ bị biến dạng và không duy trì được hình dạng chính xác trong quá trình dày lên.

Nghiên cứu cũng cho thấy các vi ống - sợi protein di động bên trong tế bào - hoạt động như một hệ thống định vị, hướng dẫn nơi đến của các thành phần cấu tạo trong vách tế bào. Các nhà nghiên cứu đã xác định những vi ống này cần thiết để xác định các “bản lề” mỏng, linh động bên trong các vách tế bào thứ cấp đã dày lên. Những bản lề này cho phép các van quả cuộn lại nhanh chóng giống như một cái vòng tay đồ chơi. Khi các vi ống bị gián đoạn, quá trình hình bản lề thất bại và vỏ hạt không thể nổ được nữa. Quá trình tổng hợp cellulose và sự hướng dẫn các vi ống hoạt động tạo hình vách tế bào thứ cấp theo đúng cách để dự trữ và giải phóng năng lượng đàn hồi một cách nhanh chóng.

Nghiên cứu này nhấn mạnh cách nghiên cứu các loài thực vật ít quen thuộc hơn, như loài C. hirsuta là họ hàng của Arabidopsis có thể khám phá các nguyên tắc chung về cách tạo hình của vách tế bào thứ cấp. Công việc trong tương lai sẽ liên kết siêu cấu trúc vách tế bào với hiệu suất ở một trong những hệ thống phóng sinh học nhỏ nhất nhưng mạnh nhất trong tự nhiên.

Nguyễn Thị Kim Thoa theo Viện Max Planck.