Thực vật tái sinh các sản phẩm trao đổi chất chuyên biệt để cung cấp dinh dưỡng cho quá trình trao đổi chất căn bản

Hình 1. Cải xoong (Thale cress) (Arabidopsis thaliana) có thể tái sinh các sản phẩm trao đổi chất chuyên biệt để chiết xuất các chất dinh dưỡng cần thiết cho quá trình chuyển hóa cơ bản. Nguồn: Mauro Fermariello/Thư viện ảnh khoa học.

Thực vật có thể tái sử dụng các sản phẩm trao đổi chất chuyên biệt và phá vỡ chúng để phục hồi các chất dinh dưỡng cần thiết cho các hoạt động trao đổi chất cơ bản, các nhà khoa học thực vật RIKEN đã phát hiện ra điều này. Việc vô hiệu hóa enzyme đảm nhiệm cho cơ chế này có thể cải thiện việc sản xuất các hóa chất thúc đầy việc tăng cường sức khỏe cho cây trồng trong tương lai.

Ngoài việc sản xuất đường và các phân tử khác liên quan trực tiếp đến sự tăng trưởng và phát triển của mình, thực vật tạo ra một loạt các chất chuyển hóa thứ cấp - các phân tử chuyên biệt giúp chúng thích nghi với môi trường và tương tác với hệ sinh thái của chúng, chẳng hạn như bằng cách cung cấp khả năng bảo vệ chống lại các động vật ăn thực vật. Các nhà khoa học từ lâu đã tự hỏi liệu các chất dinh dưỡng được sử dụng để tổng hợp các chất chuyển hóa thứ cấp có thể được giải phóng và tái sử dụng trong quá trình chuyển hóa sơ cấp hay không.

Hiện nay, nhóm nghiên cứu do Masami Hirai đứng đầu tại Trung tâm Khoa học Tài nguyên Bền vững RIKEN đã khám phá câu hỏi này bằng cách điều tra xem liệu cải xoong (Hình 1) có thể sử dụng chất chuyển hóa thứ cấp glucosinolate làm nguồn lưu huỳnh hay không. Glucosinolate là chất tạo nên một phần cho vị cay của các loại rau như rau cải cay mù tạt và cải ngựa, cũng có giá trị dinh dưỡng và lợi ích sức khỏe như cây bông cải xanh và cải Brussels.

Nhóm nghiên cứu đã trồng cây trong môi trường không có lưu huỳnh, lượng lưu huỳnh thay đổi khác nhau hoặc chất glucosinolate. Những cây trồng không có lưu huỳnh có những khuyết tật về tăng trưởng nghiêm trọng, trong khi những cây được trồng bằng glucosinolate thể hiện sự phát triển bình thường. Điều này cho thấy cây trồng đã sử dụng sulfat trong glucosinolate được cung cấp như một nguồn lưu huỳnh thay thế.

Trên thực tế, các phương pháp đo nồng độ lưu huỳnh cho thấy cây con đã tích lũy nhiều lưu huỳnh hơn so với cây trồng với lượng sunfat tương tự. Điều này khiến nhóm nghiên cứu nghi ngờ rằng các cây trồng cũng đang sử dụng các nguyên tử lưu huỳnh khác (nghĩa là các nguyên tử lưu huỳnh không phải sunfat) từ glucosinolate.

Để điều tra điều này, họ đã điều chế glucosinolate trong đó nguyên tử lưu huỳnh tạo nên liên kết quan trọng trong phân tử là một đồng vị nặng hơn, vì vậy họ có thể theo dõi nó thông qua các quá trình trao đổi chất sau này. Nhóm nghiên cứu nhận thấy rằng lưu huỳnh được dán nhãn chiếm 28–42% các axit amin chứa lưu huỳnh khác nhau trong cây con, chứng tỏ rõ ràng sự phân hủy glucosinolate được cung cấp và sự tái kết hợp của nó vào quá trình trao đổi chất sơ cấp.

Sugiyama, tác giả chính của nghiên cứu cho biết: “Tôi rất vui mừng khi phát hiện điều này. Bởi vì vai trò tiềm năng của glucosinolate như một nguồn chứa lưu huỳnh đã được thảo luận dựa trên nhóm sulfat, chúng tôi đã rất ngạc nhiên rằng nguyên tử lưu huỳnh phổ biến khác cũng có sẵn như một nguồn. Điều này hỗ trợ sự hiện diện của một con đường phân hủy có hệ thống trong thực vật".

Sugiyama cho biết thêm: “Mặc dù khả năng tái chế các chất chuyển hóa thứ cấp đã được thảo luận trong nhiều thập kỷ, nhưng không có bằng chứng trực tiếp nào cho thấy lợi thế về mặt sinh lý của nó. Phát hiện của chúng tôi cho thấy rằng một chất chuyển hóa thứ cấp quan trọng được thực vật tái chế và do đó có thể đóng vai trò như một nguồn cung cấp chất dinh dưỡng cho quá trình trao đổi chất sơ cấp".

Nguyễn Thị Quỳnh Thuận theo Phys.org