Một nhóm các nhà khoa học đến từ Đại học Nagoya, Nhật Bản đã sử dụng kỹ thuật kính hiển vi chuyên dụng để quan sát quá trình sinh sản bên trong của cây Arabidopsis. Phát hiện của họ, được công bố trên EMBO Reports, tiết lộ cơ chế đằng sau một bông hoa cái thu hút có chọn lọc một bông hoa đực. Những phát hiện này cung cấp những hiểu biết sâu sắc có thể giúp tối ưu hóa sản xuất hạt giống và cải thiện thực hành chọn tạo giống nông nghiệp.

Thực vật hạt kín, thường được gọi là thực vật có hoa, có cơ quan sinh sản đực và cái. Trong quá trình sinh sản của thực vật, khi một hạt phấn vận chuyển giao tử đực đậu vào đầu nhụy của một bông hoa khác, nó sẽ bắt đầu hình thành ống phấn. Ống kéo dài qua lỗ và đi vào buồng trứng, cho phép các tế bào tinh tử tiếp cận trứng và tế bào trung tâm trong noãn để thụ tinh.

Để hiểu rõ hơn về quá trình này, các nhà nghiên cứu đã tạo ra một kỹ thuật hiển vi độc đáo sử dụng kính hiển vi hai photon. Theo tác giả chính Yoko Mizuta, nỗ lực kéo dài 3 năm giống như một cuộc hành trình. Cô giải thích: “Nó liên quan đến các kỹ thuật xử lý mẫu tinh tế và tối ưu hóa các điều kiện, chẳng hạn như bước sóng kích thích, để đạt được hình ảnh chuyên sâu rõ nét về hoa”.

Bằng cách sử dụng kỹ thuật của mình, lần đầu tiên, nhóm nghiên cứu có thể quan sát được độ dài của nhiều ống phấn trong một nhụy hoa sống và sức hút độc đáo của chúng đối với mô cái. Điều này cho phép họ xác định tín hiệu phát ra từ mô mẹ thu hút các ống phấn bằng cách khiến chúng kéo dài dọc theo mô nhị hoa và đến vị trí thụ tinh. Đây là tín hiệu cho phép quản lý chính xác hướng dẫn từng ống phấn hoa.

Hướng dẫn từng ống phấn là một quá trình quan trọng trong sinh sản thực vật, bao gồm việc điều hướng chính xác các ống phấn đến từng noãn riêng lẻ. Cơ chế này đảm bảo sự thụ tinh thành công của thực vật hạt kín bằng cách tạo điều kiện thuận lợi cho sự kết hợp cụ thể giữa noãn và ống phấn riêng lẻ.

Ngoài tín hiệu thúc đẩy sự hấp dẫn giữa các cá nhân, Mizuta và đồng nghiệp còn ngạc nhiên khi tìm thấy tín hiệu đẩy nhau. Tín hiệu này được phát ra khi thu hút một ống phấn hoa, ngăn cản sự thu hút thêm của các ống phấn hoa bổ sung. Ngoài quá trình chặn kéo dài 45 phút để ngăn nhiều tinh tử thụ tinh với cùng một noãn, tín hiệu đẩy cũng hướng đến loại bỏ những thứ khác về phía các noãn chưa được ghép đôi khác.

Mizuta nói: “Tôi thấy hệ thống đẩy rất thú vị. Các tế bào tạo ra hệ thống thu hút hầu hết là các tế bào tổng hợp, trong khi các tế bào tạo ra hệ thống đẩy bao gồm nhiều loại như tế bào soma và giao tử ở các cấp độ nhiều bước. Tôi thấy rất thú vị khi tất cả các khớp nối đều liên quan đến cơ chế hút và đẩy này”.

Phân tích sâu hơn cho thấy sự phức tạp của quá trình dẫn hướng ống phấn một-một, cho thấy cơ chế điều hòa phức tạp đòi hỏi sự tham gia của nhiều tế bào khác nhau ở cả cây đực và cây cái. Quy định chính xác này đảm bảo quá trình thụ tinh thành công và sản xuất hạt giống hiệu quả, đặc biệt trong điều kiện môi trường đầy thách thức.

Mizuta nhấn mạnh tầm quan trọng của cơ chế này trong việc tối đa hóa sản lượng hạt giống. Bà nhận xét: “Bằng cách điều phối chính xác hành vi của ống phấn hoa, thực vật đã phát triển một cơ chế để đảm bảo thụ tinh thành công và sản xuất hạt giống hiệu quả trong điều kiện thách thức của môi trường với số lượng hạn chế”.

Nghiên cứu này cung cấp thông tin có giá trị về cách thức sinh sản của thực vật và có tiềm năng mang lại lợi ích cho công tác chọn giống nông nghiệp bằng cách tăng sản lượng hạt giống và cải thiện tỷ lệ nảy mầm.

Nguyễn Thị Quỳnh Thuận theo Đại học Nagoya.