Nguồn: Yi-Shih Chen, Tuan-Hua David Ho, Lihong Liu, Ding Hua Lee, Chun-Hua Lee, Yi-Ru Chen, Shu-Yu Lin, Chung-An Lu, and Su-May Yu. Sugar starvation-regulated MYBS2 and 14-3-3 protein interactions enhance plant growth, stress tolerance, and grain weight in rice. PNAS October 22, 2019 116 (43) 21925-21935

Ý NGHĨA KHOA HỌC

Đối với sinh vật tự dưỡng, trạng thái đường trong cây phải diễn biến và phản ứng với protein nào đó để suy trì trạng thái sinh lý bảo hòa đường (sugar homeostatic states); vì đó là sự điều tiết tăng trưởng vô cùng cần thiết, chống chịu stress phi sinh học, và cho năng suất cao. Protein α-Amylase (αAmy) là enzyme chủ chốt thủy phân tinh bột thành đường, được điều tiết bởi hàm lượng đường; enzyme này giảm khi cây đói đường, nhưng lại bị ức chế khi cây thừa đường. Hai MYBs cạnh tranh với promoter của gen αAmy nhằm điều hòa tiến trình sinh học này, với sự kích hoạt MYBS1 và MYBS2 dẫn đến ức chế thể hiện gen αAmy. Kích thích sự thể hiện gen αAmy bằng cách ức chế MYBS2 sẽ làm tăng cường tính chống chịu stress và làm tăng năng suất. Sự phosphoryl hóa MYBS2 đến mức cực trọng nhằm điều tiết sự vận chuyển nucleotide của nó trong tế bào chất lệ thuộc vào đường (sugar-dependent nucleocytoplasmic) và tương tác với protein 14-3-3, đặc trưng của cơ chế điều tiết sự thể hiện gen có tính chất “nghịch đảo” bởi trạng thái đường trong cây.

TÓM TẮT

Thực vật tự dưỡng tiến hóa theo một cơ chế đặc thù để duy trì một trạng thái bảo hòa đường trong tế bào cây (sugar homeostatic states). Nút bật hoặc tắt sự thể hiện gen mang tính chất nghịch đảo (reversible gene expression) bởi trạng thái thiếu đường hoặc thừa đường là một trong những cơ chế chính bởi hàm lượng đường duy trì trong cây, nhưng chi tiết của chúng vẫn còn là bí ẩn. Protein α-Amylase (αAmy) là enzyme chủ chốt để phân giải tinh bột biến thành đường phục vụ sự tăng trưởng của cây, nó sẽ bị giảm đi khi đói đường và bị ức chế khi thừa đường. Gen αAmy còn có thể bị kích hoạt bởi nhiều stress khác do ngoại cảnh tác động, nhưng ý nghĩa về sinh lý thực vật học chưa rõ ràng. Theo nghiên cứu này, sự kiện bật hoặc tắt đối với thể hiện của gen αAmy được điều tiết bởi hai yếu tố phiên mã MYB cạnh tranh với cùng một yếu tố “promoter”. Protein MYBS1 kích hoạt sự thể hiện gen αAmy trong điều kiện đói đường, trong khi đó, MYBS2 ức chế gen ấy. Đói đường làm tăng cường nhu cầu nhập vào của nhân đối với yếu tố phiên mã MYBS1 và sự xuất ra của nhân yếu tố phiên mã MYBS2. Ngược lại, khi thừa đường, ảnh hưởng tiến hành theo chiều đối nghịch. Hiện tượng phosphoryl hóa yếu tố phiên mã MYBS2 khi chất thải serine khác biệt nhau có vai trò quan trọng trong cơ chế điều hòa nucleotide bào chất bị lệ thuộc vào lượng đường của nó và sự duy trì đường trong tế bào chất được liên kết với protein 14-3-3. Bên cạnh đó, sự phân giải nước (khô hạn), nhiệt độ nóng, và stress liên quan đến áp suất thẩm thấu ức chế sự thể hiện của gen MYBS2, do đó làm kích hoạt αAmy3. Đặc biệt là hoạt động của αAmy3 cộng với sự ức chế MYBS2 sẽ làm tăng cường nội dung tăng trưởng của cây, chống chịu stress tốt hơn, và khối lượng hạt trên cây lúa cũng tăng đáng kể. Theo kết quả này, người ta đã cung cấp kiến thức mới về cơ chế điều tiết vô cùng độc đáo đối với sự kiện bật và tắt sự thể hiện gen mang tính chất nghịch đảo, để duy trì trạng thái bảo hóa đường trong tế bào, mà trạng thái ấy điều tiết một cách tinh tế sự tăng trưởng và phát triển của cây lúa, người ta còn tóm lược hoạt động của gen MYBS2 và gen αAmy3 như những gen đích đầy tiềm năng phục vụ chương trình cải tiến giống cây trồng.

Xem https://www.pnas.org/content/116/43/21925

GS BÙI CHÍ BỬU lược dịch

Có thể truy cập báo cáo khoa học đầy đủ bằng tiếng ANH trên website.

Hình 9: Cơ chế phỏng đoán liên quan đến sự điều tiết có tính chất nghịch đảo (reciprocal regulation) của gen αAmy bởi MYBS1 và MYBS2 trong trạng thái đường dư thừa (A) và trong trạng thái đói đường (B).