Các nhà nghiên cứu từ nhóm Cereal Symbiosis thuộc Trung tâm Khoa học Cây trồng đã có những bước tiến đáng kể trong việc hiểu một trong những mối quan hệ quan trọng nhất trong quá trình tiến hóa của thực vật: Nấm sống trên các mô rễ của cây chủ, bao gồm cả nội bào đối với hệ nấm nội cộng sinh (AM). Mối quan hệ cộng sinh cổ xưa này giữa nấm và thực vật được cho là một trong những sự thích nghi chính giúp thực vật xâm lấn đất đai hơn 450 triệu năm trước.

Cùng với các đồng nghiệp từ Phòng thí nghiệm Sainsbury và NIAB, nhóm nghiên cứu đã xác định được một tập hợp các gen được bảo tồn về mặt tiến hóa, các dạng phân tử và các kiểu phiên mã có liên quan đến sự cộng sinh AM, bắt nguồn trước khi thực vật trên cạn đa dạng hóa. Một trong những khám phá nổi bật là vai trò của một gen được gọi là ARBUSCULAR RECEPTOR-LIKE KINASE (ARK), rất cần thiết để duy trì mối quan hệ cộng sinh giữa thực vật và nấm trong sự cộng sinh này.

Các nhà nghiên cứu đã chứng minh rằng chức năng của ARK được bảo tồn trên nhiều loài thực vật, từ thực vật có hoa hiện nay (thực vật hạt kín) đến rêu tản cổ đại như Marchantia paleacea. Phát hiện này cho thấy vai trò điều tiết của ARK trong việc duy trì cộng sinh đã tiến hóa trước tổ tiên chung gần đây nhất của tất cả các loài thực vật trên cạn, làm nổi bật tầm quan trọng của nó trong lịch sử tiến hóa của thực vật.

Ngoài ARK, nghiên cứu này sử dụng phân tích phiên mã so sánh để khám phá các gen bảo tồn tiến hóa khác có khả năng đóng vai trò quan trọng đối với mối quan hệ cộng sinh. Các gen này tham gia vào tín hiệu tiền cộng sinh, quá trình xâm chiếm nội bào và trao đổi chất dinh dưỡng – tất cả đều là các quá trình quan trọng cho sự cộng sinh thành công.

Nghiên cứu này không chỉ làm sáng tỏ nguồn gốc cổ xưa của cộng sinh AM mà còn cung cấp những hiểu biết có giá trị về các dạng phân tử có liên quan phổ biến với mối quan hệ này trên các dòng thực vật khác nhau. Việc hiểu được các cơ chế cơ bản này có thể có ý nghĩa quan trọng trong việc cải thiện khả năng phục hồi của cây trồng và hấp thụ chất dinh dưỡng, có khả năng mang lại lợi ích cho nông nghiệp trên toàn thế giới.

Bằng cách đào sâu vào quá khứ tiến hóa, nhóm Cộng sinh ngũ cốc tại Trung tâm Khoa học Cây trồng tiếp tục khám phá mối quan hệ cộng sinh phức tạp và lâu đời đã định hình nên thế giới thực vật như chúng ta biết ngày nay.

Đỗ Thị Nhạn theo Crop Science Centre.