Tế bào lớn cho những chiếc lá nhỏ

Các nhà khoa học đã nhận diện protein có thể kiểm soát sự phát triển và hình dạng của lá.

Lá bẹ mọc từ cuống lá và thường không dễ thấy do bị hạn chế phát triển (hình bên trái). Sự phát triển khác biệt này là do gen LMI1, gen ngăn sự phát triển. Khi gen LMI1 bị đột biến, lá bẹ sẽ phát triển thành lá bên (hình giữa). Cùng một gen,chịu trách nhiệm ngăn chặn sự phát triển của các tua – cấu trúc giống dạng sợi ở đầu lá của cây họ đậu (hình bên phải). Điều này là do gen LMI1 ở cây họ đậu hoạt đông ở phần đầu lá mạnh hơn ở các lá bẹ, tạo thành các cơ quan quang hợp lớn hơn. Ảnh: Peter Huijser.

Vào mùa thu, lá không những có màu sắc bắt mắt mà còn có kích thước và hình dạng khác nhau. Nhưng điều gì làm cho lá của các cây khác nhau rất nhiều về hình dạng của chúng? Các nhà khoa học tại Viện Nghiên cứu Giống cây trồng Max Planck ở Cologne đã phát hiện ra một loại protein gọi là LMI1 có thể kiểm soát sự phát triển và hình dạng của lá.

Francesco Vuolo và các cộng sự ở Viện Nghiên cứu Giống cây trồng Max Planck đang nghiên cứu cơ chế làm thay đổi hình dạng của lá mà người ta có thể nhìn thấy trong tự nhiên. Gần đây, họ đang nỗ lực nghiên cứu phần lá nhỏ được gọi là lá bẹ. Những lá bẹ này hình thành từ các lá cơ bản, chúng thay đổi về kích thước và chức năng ở các loài cây khác nhau. Ở cây mô hình Arabidopsis, các lá bẹ trưởng thành vẫn còn nhỏ, mặc dù chúng chiếm một phần lớn của lá non. Ở các cây khác,như cây đậu trồng trong vườn, các lá bẹ tạo thành phần lớn của lá.

Kết hợp di truyền học, kính hiển vi và các mô hình toán học, các nhà khoa học đã có thể chỉ ra rằng gen LMI1 kiểm soát các lá bẹ nhỏ. Nếu protein được tạo ra ở tế bào trong suốt quá trình phát triển của lá, các tế bào này sẽ tiếp tục phát triển thay vì bị phân chia. Điều này tạo thành các tế bào đột biến, ngăn chặn các tế bào phát triển tạo thành các loại tế bào khác và hạn chế sự phát triển thành các mô. Điều này làm giảm kích thước của các cơ quan cuối cùng mặc dù làm tăng kích thước tế bào từ sớm. “Lá vẫn nhỏ hơn mặc dù tế bào lớn hơn”, Vuolo giải thích.

LMI1 cũng đóng vai trò quyết định trong việc điều chỉnh hình thái lá ở các cây khác. Nhóm nghiên cứu này đã phát hiện ra gen LMI1 không được tạo thành ở phần lá lớn cây đậu, thay vào đó nó được tạo ra ở phần trên của lá, nơi mà các cơ quan giống như sợi được gọi là dạng tua. “Các tế bào trong cấu trúc dạng tua cũng lớn hơn và ít phân chia hơn” Vuolo nói. Việc tạo thành LMI1 ở lá cây đậu có thể chịu trách nhiệm cho việc hình thành các hình dạng đặc trưng của lá,với cấu trúc sợi nhỏ giống như tua ở đầu lá và các lá bẹ lớn ở cuống lá.

Những phát hiện quan trọng này làm sáng tỏ nguồn gốc phát triển của lá bẹ, cho thấy rằng thực ra các lá bẹ này là các lá “bí mật” và được duy trì trong việc bị kiểm soát bởi LMI1. Những vấn đề như các phần khác nhau của một cây lại liên quan với nhau như nhà tự nhiên học người Anh Charles Darwin đã viết năm 1865. Nghiên cứu này, vì thế giải quyết cả hai câu hỏi về hình thái thực vật cũng như những hướng nghiên cứu mới về vai trò của sự phát triển trong sự tạo thành hình dạng lá. “Một ngày nào đó họ có thể đóng góp vào việc nhân giống các cây trồng mới cho ngành nông nghiệp với sự thay đổi của lá và các cơ quan khác. Ví dụ, chúng ta nghiên cứu vai trò của protein LMI1 trong sự phát triển của trái cà chua như là một hướng nông nghiêp quan trọng” Tsiantis, Giám đốc Viện Nghiên cứu giống cây trồng Max Planck, nói.

Nguyễn Thị Kim Thoa theo Sciencedaily.