Tín hiệu phân tử khiếm khuyết ở thực vật giúp chúng tồn tại trong môi trường mặn

Nguồn: CC0 Public Domain.

Một nhóm nghiên cứu do Viện RIKEN dẫn đầu đã phát hiện ra những đột biến gen gần như phá vỡ hoàn toàn hệ thống tín hiệu phân tử tự nhiên ở thực vật có thể mang lại lợi ích đáng ngạc nhiên là làm cho cây trồng chống chịu hơn với nồng độ muối cao. Kết quả nghiên cứu này có thể giúp phát triển các chiến lược mới để tạo điều kiện cho cây trồng phát triển mạnh ở những vùng có độ mặn cao, vốn là một vấn đề đang ngày càng gia tăng ở nhiều nơi trên thế giới.

Mostafa Abdelrahman thuộc Trung tâm Khoa học Tài nguyên Bền vững RIKEN (CSRS) cho biết: “Độ mặn là một mối đe dọa lớn đối với nền nông nghiệp hiện đại. Ước tính sẽ ảnh hưởng trong khoảng 20 đến 50% diện tích đất nông nghiệp được tưới trên toàn thế giới do kết quả của việc tưới bằng nước lợ, hệ thống thoát nước kém hiệu quả và biến đổi khí hậu toàn cầu”.

Để đối phó với độ mặn cao, thực vật tái lập trình các con đường trao đổi chất trong các ngăn dưới tế bào khác nhau. Tuy nhiên, cách cây trồng điều chỉnh các quá trình tế bào này vẫn chưa được hiểu rõ cho đến nay.

Abdelrahman và các đồng nghiệp của ông hiện đã phát hiện ra rằng tín hiệu các phân tử tế bào được biết là cytokinin đóng một vai trò quan trọng trong việc điều chỉnh các con đường trao đổi chất giúp kiểm soát mức độ của một số chất chuyển hóa có khả năng chịu mặn.

Các nhà nghiên cứu đã tập trung vào các đột biến trong hai bộ gen mã hóa protein có liên quan đến tín hiệu cytokinin. Họ đã sử dụng hai kỹ thuật phân tích hệ thống mạnh mẽ - phiên mã và chuyển hóa - để tìm ra mối liên hệ giữa các đột biến và hoạt động của cytokinin. Phiên mã liên quan đến việc phân tích toàn bộ bản sao được tạo ra bởi bộ gen để xác định cấu hình biểu hiện gen trong những trường hợp cụ thể. Mặt khác, chuyển hóa liên quan đến việc phân tích mức độ của một loạt các chất chuyển hóa có trong tế bào.

Thông qua phân tích từ hai hướng này, các nhà nghiên cứu đã phát hiện ra rằng các đột biến gần như phá vỡ hoàn toàn các quá trình truyền tín hiệu phân tử bình thường được thực hiện bởi các cytokinin làm thay đổi mức độ của một số chất chuyển hóa liên quan đến lipid và flavonoid, làm cho các cây thuộc chi có hoa trong họ Cải (Arabidopsis) tăng khả năng chịu đựng một cách đáng kể đối với môi trường mặn.

Mặc dù Arabidopsis không phải là cây trồng mùa vụ, nhưng những hiểu biết sâu sắc về vai trò của cytokinin trong việc điều chỉnh phản ứng của nó đối với các áp lực môi trường có thể dẫn đến những cách tiếp cận mới để chống lại vấn đề gia tăng độ mặn trong đất trên toàn thế giới.

Lam-Son Phan Tran, người dẫn đầu nhóm nghiên cứu và cũng làm việc tại CSRS cho biết: “Thao tác di truyền đối với tín hiệu cytokinin có thể cung cấp một con đường đầy hứa hẹn để phát triển cây trồng chịu mặn nhằm giúp đảm bảo an ninh lương thực toàn cầu trong thời đại khủng hoảng khí hậu này”.

Hiện nay, nhóm nghiên cứu dự định khám phá thao tác di truyền tín hiệu cytokinin ở các cây ngũ cốc quan trọng bằng cách chỉnh sửa bộ gen, như một chiến lược đầy hứa hẹn để phát triển cây ngũ cốc chịu mặn mà vẫn duy trì năng suất vượt trội.

Nguyễn Thị Quỳnh Thuận theo Phys.org