Rễ cần thiết để cây tiếp cận nước và chất dinh dưỡng, để neo vào mặt đất, nhưng cũng để tương tác và giao tiếp với vi sinh vật trong đất. Rễ dài giúp cây có thể tiếp cận các lớp đất sâu hơn, ẩm hơn, ví dụ như trong thời gian khô hạn. Rễ nông hơn với nhiều lông rễ rất tốt cho việc hấp thụ phốt phát, vì phốt phát chủ yếu được tìm thấy ở các lớp đất phía trên.
 

Caroline Gutjahr, Giáo sư Di truyền Thực vật tại Trường Khoa học Sự sống TUM, xem xét các cây con của cây Lotus japonicus trong một buồng khí hậu không cửa ngăn để nhân giống cây trồng có kiểm soát. Ảnh: Uli Benz / TUM.

Caroline Gutjahr, Giáo sư Di truyền Thực vật tại Trường Khoa học Sự sống TUM ở Weihenstephan và nhóm của cô đã phát hiện ra các tương tác hormone mới ảnh hưởng đến sự phát triển của rễ cây.

Tại sao một số rễ cây có lông dài và một số loài khác có lông ngắn

Caroline Gutjahr cho biết: “Chúng tôi phát hiện ra rằng protein SMAX1 đóng vai trò đột phá phân tử để sản xuất ethylene. Ethylene là một loại hormone thực vật được coi là kích hoạt hoặc đẩy nhanh quá trình chín của nhiều loại trái cây và rau quả, nhưng nó cũng có thể kích hoạt các quá trình khác ở thực vật. Nếu ít hoocmôn thể khí do cây sản xuất ra thì cây sẽ được kích thích mọc rễ dài và rễ ngắn.

Chất ức chế "SMAX1" có thể được loại bỏ bằng cách kích hoạt “con đường tín hiệu karrikin”, được kích hoạt bởi một hormone khác. Điều này chuyển sang sản xuất ethylene, dẫn đến rễ sơ cấp ngắn và lông rễ dài ra.

Đây là lần đầu tiên các nhà khoa học thành công trong việc xác định và hiểu được một quá trình phân tử được kích hoạt bởi con đường tín hiệu karrikin và thể hiện một cơ chế phân tử, theo đó con đường tín hiệu này điều chỉnh quá trình phát triển ở thực vật.

Sự đa dạng của thực vật còn được phản ánh trong các cơ chế phân tử

Gutjahr cho biết: “Đáng ngạc nhiên là cơ chế này có tác động đáng kể đến rễ của cây họ đậu Lotus japonicus, loại cây tiêu biểu cho đậu Hà Lan, đậu và đậu lăng mà chúng tôi đã tiến hành nghiên cứu”.

Ngược lại, nhóm nghiên cứu quan sát thấy ảnh hưởng yếu hơn nhiều ở rễ của một cây mô hình khác, Arabidopsis thaliana hoặc cải xoong thale, có liên quan đến cây bắp cải.

Nhà nghiên cứu kết luận: “Điều này cho thấy sự đa dạng của thực vật không chỉ thể hiện ở vẻ ngoài của chúng mà còn ở tác động của các yếu tố kích hoạt phân tử của chúng đối với sự tăng trưởng”.

Mức độ liên quan của việc cải thiện sự phát triển của rễ đối với nhân giống cây trồng

Nhà khoa học giải thích: “Nếu chúng ta hiểu chính xác hơn về cách thức điều hòa sự phát triển của rễ ở cấp độ phân tử và phối hợp với các tác nhân kích thích từ môi trường, chúng ta có thể trồng các loại cây có khả năng chống chịu tốt hơn với các điều kiện môi trường bất lợi, qua đó tạo ra năng suất ngay cả khi bị căng thẳng”.

Đây là lý do tại sao nhóm nghiên cứu đang tìm hiểu cách các con đường truyền tín hiệu hormone được xác định (tín hiệu karrikin và ethylene) phản ứng với các điều kiện môi trường khác nhau. Họ hy vọng sẽ khám phá ra cách hai con đường tín hiệu này phối hợp với các cảm biến cho phép thực vật nhận biết các ảnh hưởng môi trường khác nhau để điều chỉnh sự phát triển của rễ nhằm mang lại lợi ích cho sự tồn tại và năng suất của cây.

Theo Đại học Kỹ thuật Munich (TUM).