Yin Hoon Chew, Bénédicte Wenden, Anna Flis, Virginie Mengin, Jasper Taylor, Christopher L. Davey, Christopher Tindal, Howard Thomas, Helen J. Ougham, Philippe de Reffye, Mark Stitt, Mathew Williams, Robert Muetzelfeldt, Karen J. Halliday, and Andrew J. Millar

Ý NGHĨA

Thực vật phản ứng lại với những thay đổi của môi trường bằng cách kích hoạt hệ thống sinh hóa và phát triển của chúngthông qua nhiều bậc thang chuẩn (multiple scales). Các mô phỏng toán về “Multiscale” gắn liền với nguồn di truyền đối với mức độ toàn bộ cây trồng và đằng sau đó là cải tiến sự hiểu biết của chúng ta về sinh học cũng như việc dự đoán năng suất cây trồng. Các tác giả báo cáo rằng nhờ tiếp cận với phương pháp có tính chất “modular” (điều tiết) để xây dựng nên mô phỏng toán học như vậy, được làm rõ bởi một “model” mang tính chất bộ khung thực hiện trên cây Arabidopsis thaliana bao gồm bốn mô phỏng toán được giới thiệu. Mô phỏng này bao gồm cả động thái của các gen, phân chia nguồn carbon (carbon partitioning), tăng trưởng cơ quan, kiến trúc chồi thân, và phát triển trong điều kiện đáp ứng lại những tín hiệu của môi trường. Nó dự báo được sinh khối của từng lá trong những dữ liệu độc lập, chứng minh được sự kiểm soát linh hoạt của quang hợp thông qua điều kiện quang kỳ khác nhau, và dự đoán được kiểu hình có tính chất “pleiotropic” (gen đa tính trạng) của một dòng transgenic bị điều tiết nhầm theo xu hướng phát triển. Sinh học hệ thống, khoa học cây trồng, và sinh môi học có thể được nối kết với nhau một cách tích cực trong phương pháp mô phỏng ấy trên cơ sở cộng đồng.

TÓM TẮT

Làm thế nào mà hệ thống cơ học có tính chất phân tử ảnh hưởng đến toàn bộ hoạt động sinh lý của sinh vật, tương đồng với lập bản đồ kiểu gen với kiểu hình tương ứng, việc hiểu biết như vậy còn là một thách thức chủ đạo trong ngành sinh học. Các mô phỏng về số lượng biểu thị cho các tiến trình ở trạng thái “multiple scales” và nối kết được những kiến thức từ nhiều lĩnh vực nghiên cứu khác nhau, điều ấy có thể giúp cho chúng ta giải quyết vấn đề nào đó phát sinh. Với những mô phỏng như vậy, kết quả sẽ phổ cập hơn trong khoa học cây trồng và sinh lý sinh thái so với những lĩnh vực đa ngành trong nghiên cứu (research communities) điều này sẽ làm rõ được mạng lưới mang tính chất phân tử. Nhiều phòng thí nghiệm đã và đang mô phỏng hóa những khía cạnh mang tính chất chuyên biệt trong xem xét sự tăng trưởng của cây Arabidopsis thaliana, nhưng nó chưa có gì rõ ràng. Trong khi đó, có những mô phỏng hiện hữu vẫn có thể nối kết vào cái mới này. Các tác giả trắc nghiệm phương pháp mới như vậy bằng cách thiết kế mô phỏng nhiều tầng (multiscale model) đối với tăng trưởng hình hoa thị của Arabidopsis. Bốn mô phỏng được hợp nhất lại với sự cải biên rất ít về thông số (hàm lượng nước trong lá và một thông số liên quan đến trổ bông với các dữ liệu đã được sử dụng). Mô phỏng có tính chất bộ khung như vậy nối kết sự điều hòa trong di truyền và các động thái của sinh hóa học đối với những sự kiện  xảy ra trong cơ quan và toàn bộ cây, điều ấy giúp chúng ta hiểu được các ảnh hưởng có liên quan của những tác nhân điều tiết (regulators) nội sinh và ngoại sinh trên sự tăng trưởng của cây Arabidopsis. Mô phỏng bộ khung này được làm rõ và được khảo nghiệm với bộ dữ liệu về biến dưỡng, sinh lý, và sinh khối từ hai phòng thí nghiệm cung cấp, đối với năm hệ thống quang chu kỳ khác nhau, ba mẫu giống cây, và một dòng transgenic, khái quát được mức độ thích ứng của chiến lượng tăng trưởng thực vật. Mô phỏng này đã được triển khai rộng rãi bao gồm cả lĩnh vực phát triển có tính chất stochastic. Các mô phỏng toán học cho phép người ta có thể kiểm soát sự phát triển của lá và giải thích về lượng đối với nhiều kiểu hình chỉ do một gen điều khiển (pleiotropic) ví dụ như biểu hiện mạnh mẽ của gen miR156. Các mô phỏng có tính chất modular và multiscale, tổng hợp lại kiến thức của ngành sinh học hệ thống (systems biology) cho đến sinh lý sinh thái, sẽ giúp chúng ta hiểu rõ hơn và thao tác tốt hơn tập tính tính thực vật (plant behavior) từgenome cây trồng trên đồng ruộng.

GS. Bùi Chí Bửu lược dịch.

Xem: http://www.pnas.org/content/111/39/E4127.abstract.html?etoc

PNAS, ngày 30 Tháng Chín  2014, Vol.111, No.39: E4127-E4136  

Hình. 2. Dòng hoạt động của FM cho phép người ta dự đoán số liệu tăng trưởng của toàn bộ cây và từng cơ quan riêng biệt. Bộ số liệu nhập vào cần có cường độ chiếu sáng từng giờ.