Thực vật kiểm soát thiệt hại nhờ tổ chức bộ gen

Các ngọn rễ cây Arabidopsis được xử lý bằng các tác nhân gây hại DNA. Màu xanh lá cây cho thấy tín hiệu cytokinin (trái) và auxin (phải) tăng và giảm tương ứng để phản ứng với sự phá hủy DNA. Nguồn: Masaaki Umeda.

Con người tự hào về khả năng đa nhiệm, đặc biệt là khi chịu áp lực. Nhưng chúng ta không phải là sinh vật duy nhất có tổ chức. Các nhà nghiên cứu từ Nhật Bản đã phát hiện thực vật cân bằng việc duy trì bộ gen với sự phát triển của các cơ quan bằng cách tổ chức các phản ứng khác nhau đối với tổn thương DNA.

Một nghiên cứu được công bố trên tạp chí Science Advances từ nhóm nghiên cứu Viện Khoa học và Công nghệ Nara cho thấy thực vật sử dụng kết hợp kiểm soát các hormone thực vật cytokinin và auxin để tổ chức các phản ứng tổn thương DNA trong khi duy trì sự phát triển.

Thực vật là những sinh vật có khả năng thích nghi cao và không ngừng phát triển, phần lớn nhờ vào các chức năng của rễ. Chúng có khả năng phản ứng cao với các điều kiện biến động dưới lòng đất, bao gồm áp lực môi trường. Loại căng thẳng  này có xu hướng hạn chế sự phát triển của rễ và có thể làm hỏng DNA.

Masaaki Umeda, trưởng dự án cho biết: “Thực vật chủ động phản ứng với tổn thương DNA và những phản ứng này được kiểm soát bởi cơ chế điểm kiểm tra chu kỳ tế bào. Chu kỳ tế bào bị dừng lại ở một giai đoạn nhất định để DNA được sửa chữa, hoặc trong những trường hợp nghiêm trọng, tế bào bắt đầu chết. Điều chúng tôi muốn biết là cách tổ chức các phản ứng tổn thương DNA cho phép rễ phát triển liên tục".

Không giống như tế bào động vật, tế bào thực vật không di động, vì vậy thực vật không thể thay thế tế bào chết bằng các tế bào sống xung quanh. Để duy trì đồng thời bộ gen của chúng và cho phép các cơ quan phát triển, thực vật bắt đầu các phản ứng tổn thương DNA khác nhau phụ thuộc vào các loại tế bào khác nhau trong mô.

Tác giả Naoki Takahashi giải thích: “Chúng tôi phát hiện ra rằng sự kiểm soát kết hợp của hai hormone thực vật, cytokinin và auxin, tổ chức các phản ứng tổn thương DNA khác nhau với cái giá là giảm thiểu cái chết của tế bào. Đây là một cách tinh vi để giữ lại các tế bào gốc trong khi vẫn duy trì bộ gen của chúng ở các cây bị hư hại".

Sự giảm auxin gây ra cái chết của tế bào gốc và dừng chu kỳ tế bào ở pha G2, trong khi tín hiệu cytokinin tăng lên, hỗ trợ quá trình sinh sản sớm - một biến thể của chu kỳ tế bào trong đó bộ gen được nhân đôi mà không phân chia tế bào.

Nghiên cứu đã lý giải các cơ chế chưa được xác định trước đây nhằm giữ bộ gen ổn định trong môi trường phát triển, cho phép các cơ quan phát triển liên tục trong môi trường biến động. Kết quả của nghiên cứu này sẽ có những ứng dụng rộng rãi để nghiên cứu về công nghệ nông nghiệp, đặc biệt đối với sự sinh trưởng và phát triển của cây trồng trong môi trường khắc nghiệt. Các nghiên cứu trong tương lai sẽ làm sáng tỏ cách thực vật phát triển các cơ quan ngoài giai đoạn phôi thai thông qua việc duy trì sự ổn định của bộ gen trong các điều kiện thay đổi.

Đỗ Thị Thanh Trúc theo Phys.org