Nguồn: Pixabay/CC0 Public Domain.

Các nhà nghiên cứu tại Trung tâm Khoa học Tài nguyên Bền vững RIKEN (CSRS) đã xác định được một cách giúp thực vật có được khả năng kháng Caesium (Cs), một chất độc phóng xạ có thể tìm thấy trong đất bị ô nhiễm. Sau khi điều khiển đường truyền tín hiệu sinh học cụ thể, thực vật có thể chống lại độc tính Cs, nghĩa là sự phát triển của chúng ít bị còi cọc hơn, ít nhất là ở rễ. Những phát hiện này sẽ tác động đến sự phát triển của thực vật có khả năng sinh trưởng trên đất bị ô nhiễm Cs và trong các điều kiện đầy thách thức khác.

Khả năng phục hồi của thực vật phụ thuộc vào khả năng cảm nhận và phản ứng với môi trường. Từ không khí đến môi trường đất, thực vật trao đổi chất và điều chỉnh sự phát triển của chúng để phát triển mạnh trong những điều kiện cụ thể. Ryoung Shin, nhóm RIKEN CSRS đang đặt ra vấn đề có thể làm gì để giúp thực vật khi môi trường của chúng bị ô nhiễm các chất độc hại như Cs.

Sau thảm họa Nhà máy điện hạt nhân Fukushima Daiichi năm 2011 ở Nhật Bản, các nhà khoa học đã chuyển sự chú ý sang tìm hiểu cách thực vật phản ứng với chất phóng xạ Cs - nguyên tố độc hại được thải ra môi trường sau các vụ tai nạn hạt nhân. Để phát triển bình thường, cây cần hấp thụ kali từ đất, tuy nhiên, khi có mặt Cs, nó sẽ khóa các kênh kali hoặc các khe hở trên thành tế bào, ngăn chặn sự hấp thu kali và cản trở sự phát triển của thực vật. Điều đáng ngạc nhiên là việc thay đổi kênh kali trước đây nhằm ngăn chặn sự hấp thụ Cs đã gây ra hậu quả không mong đợi là làm gián đoạn sự phát triển của thực vật, đặc biết là đối với những cây thiếu kali. Điều này khiến các nhà nghiên cứu đưa ra giả thuyết về sự tồn tại của những con đường độc đáo đặc trưng cho quá trình tích lũy Cs.

Shin và nhóm của cô đã sử dụng phương pháp lập hồ sơ phiên mã, một phương pháp tiên tiến để kiểm tra hoạt động di truyền trong tế bào thực vật ở nhiều điều kiện khác nhau. Trong nghiên cứu mới nhất của họ, được công bố trên Planta, các nhà nghiên cứu đã tập trung vào tác động của Cs. Sự tăng trưởng và biểu hiện gen của Arabidopsis thaliana được so sánh trong hai điều kiện ức chế gây ra bởi lượng kali thấp và sự hiện diện của Cs. Phân tích phiên mã của các mô rễ phát triển trong điều kiện thiếu kali và Cs cho thấy những thay đổi đáng kể trong quá trình chuyển hóa axit abscisic (ABA) và truyền tín hiệu. Các tín hiệu ABA bị giảm khi gặp độc tính Cs nhưng không giảm khi bị tác động do lượng kali thấp. Điều này khiến các nhà nghiên cứu đưa ra giả thuyết rằng nếu họ có thể làm cho tín hiệu ABA tăng lên thì điều đó sẽ giúp thực vật ít bị tổn thương hơn trước sự ô nhiễm của nguyên tố độc hại Cs.

Thử nghiệm trên các cây đột biến được đưa ra, trong đó chất điều hòa ABA quan trọng không hoạt động. Ở những cây này, cơ chế phanh thông thường trên con đường ABA bị mất, có nghĩa là tín hiệu ABA của chúng tiếp tục không được kiểm soát ở mức cao. Những đột biến này thể hiện sự tăng trưởng của rễ dưới tác động của Cs, khẳng định tầm quan trọng của ABA trong việc khắc phục ức chế Cs và nhấn mạnh vai trò quan trọng của nó đối với khả năng phục hồi của thực vật. Shin cho biết: “Vì sự phát triển của chồi có liên quan đến sự phát triển của rễ nên chúng tôi hy vọng rằng sự tăng trưởng tổng thể cũng có thể được cải thiện, mặc dù nó sẽ phải được kiểm tra trong phòng thí nghiệm”.

Với quá trình hiện đại hóa dẫn đến ô nhiễm gia tăng và giải phóng hợp chất độc hại, hiểu biết về khả năng phục hồi của thực vật là rất quan trọng để bảo vệ an ninh lương thực và sức khỏe hệ sinh thái.

Theo Shin: “Những phát hiện này có ý nghĩa sâu sắc đối với nền nông nghiệp bền vững và bảo vệ môi trường. Thay vì chỉ đơn giản là ngăn chặn sự hấp thu Caesium có liên quan đến sự hấp thu chất dinh dưỡng, việc nhắm mục tiêu vào các con đường truyền tải thay thế mang lại phương thức đầy hứa hẹn để tăng cường sức đề kháng của cây trồng đối với các hợp chất độc hại. Tương lai của ngành nông nghiệp sẽ trở nên tốt đẹp hơn rất nhiều".

Đỗ Thị Thanh Trúc theo Phys.org