Với sự hiện diện của vi khuẩn cố định đạm sẵn có trong đất, cây họ đậu hoang dại (WT) lớn hơn, có nhiều chồi (hướng mũi tên chỉ), nhiều hoa và vỏ hình thành hơn (đầu mũi tên), trong khi cây đột biến thì ngắn hơn, và mới bắt đầu phát triển hoa, thân cây yếu hơn. Nhà cung cấp hình ảnh: Simona Radutoiu

Các cây họ đậu có thể phát triển trên đất nghèo đạm do chúng có khả năng cộng sinh với vi khuẩn cố định đạm. Có một sự quan tâm lớn trong việc sử dụng kiến ​​thức về sự cộng sinh này để liên tưởng đến các cây không cộng sinh khác. Một nhóm nghiên cứu quốc tế đã tiến một bước gần hơn để hiểu được quá trình sinh học phức tạp này.

Vi khuẩn, cho dù có lợi hay có hại cũng đóng một vai trò quan trọng trong tất cả các sinh vật, kể cả thực vật. Do đó, khả năng quan sát các vi sinh vật xung quanh rất quan trọng đối với sự sống còn của thực vật. Ví dụ, rễ của một cây trồng trong đất được bao quanh bởi một môi trường giàu vi khuẩn và do đó đã mở ra các cơ chế giám sát tinh vi.

Không giống như hầu hết các loại thực vật khác, các cây họ đậu, như đậu phộng, đậu Hà Lan hoặc đậu lăng, có khả năng phát triển trên đất nghèo đạm với sự hỗ trợ của vi khuẩn. Trong một quá trình được gọi là cộng sinh nốt sần, các cây họ đậu hình thành một cơ quan mới gọi là nốt sần, nơi vi khuẩn đất cụ thể được gọi là rhizobia sống cộng sinh. Bên trong nốt sần, rhizobia chuyển đổi nitơ khí quyển thành amoni và cung cấp cho sự tăng trưởng và phát triển của cây trồng. Cây họ đậu cung cấp nguồn cacbon cho vi khuẩn, tạo điều kiện cho quá trình cố định đạm của chúng.

Sự tương tác giữa các cây họ đậu và vi khuẩn cố định đạm cũng rất chọn lọc. Nghiên cứu trước đây đã chỉ ra rằng thực vật có thể xác định tín hiệu của các phân tử chuyên biệt được tạo ra bởi các vi khuẩn cố định đạm cộng sinh. Đặc biệt là qua một hệ thống nhận dạng, được gọi là Nod, đây là yếu tố quyết định cho việc thiết lập mối quan hệ giữa cây họ đậu và rhizobia.

Để bắt đầu cộng sinh, các cây họ đậu sử dụng các protein thụ thể chuyên biệt có thể nhận ra các phân tử nhân tố Nod do vi khuẩn tạo ra. Hai thụ thể nhân tố Nod, NFR1 và NFR5 được biết đến từ lâu. Chúng thuộc về một nhóm lớn được gọi là thụ thể protein kinase LysM, cho thấy các thụ thể tương tự khác cũng có thể tham gia vào việc báo hiệu nhân tố Nod.

Một nhóm nghiên cứu quốc tế từ Đan Mạch, Ý, Pháp và Nhật Bản đã xác định vai trò của một thụ thể LysM kinase khác gọi là NRFe bằng cách nghiên cứu trên mô hình cây họ đậu - Lotus japonicus. Kết quả cho thấy rằng NFRe và NFR1 chia sẻ các đặc tính sinh hóa và phân tử tương tự và khác biệt. NRFe hiện diện chủ yếu trong các tế bào nằm trong một khu vực cụ thể trên bề mặt rễ. So với NFR1, NFRe có khả năng báo hiệu những mặt hạn chế được giới hạn ở lớp tế bào gốc bên ngoài. Khi NRFe bị đột biến, ít tín hiệu nhân tố Nod được kích hoạt bên trong rễ và ít nốt sần được hình thành.

Các thụ thể loại NFR1 cũng được tìm thấy ở thực vật không thuộc cây họ đậu, chúng không tạo thành mối quan hệ cộng sinh với vi khuẩn cố định đạm. Xác định các thụ thể quan trọng đối với tín hiệu nhân tố Nod có thể là cơ sở cho các mục tiêu công nghệ sinh học mới trong các cây trồng không cộng sinh, để cải thiện sự tăng trưởng của chúng trong điều kiện nghèo dinh dưỡng.

Mai Thanh Trúc theo Phys.org