Biểu hiện của gen SCL30a (màu xanh lam) trong quá trình phát triển hạt Arabidopsis thaliana.

Hạt giống chỉ nảy mầm khi một loạt các yếu tố bên trong và môi trường được đáp ứng. Nếu không, chúng sẽ nằm trong trạng thái ngủ đông. Các nhà nghiên cứu từ Instituto Gulbenkian de Ciência (IGC) do Paula Duque đứng đầu vừa phát hiện một cơ chế cho phép thực vật tích hợp các tín hiệu môi trường và quyết định xem chúng có nên bắt đầu phát triển hay không. SCL30a là một gen chỉ huy đằng sau hệ thống quyết định này.

Mối quan tâm của nhóm đối với gen này đến từ các nghiên cứu biểu hiện gen ở Arabidopsis thaliana, một loại cây mẫu thuộc họ bắp cải. Sự biểu hiện gia tăng của SCL30a trong quá trình nảy mầm khiến họ nghi ngờ rằng nó có thể quy định các đặc điểm hình thái và chức năng của hạt để đối phó với căng thẳng.

Để kiểm tra giả thuyết này, các nhà nghiên cứu đã thay đổi biểu hiện của protein SCL30a và đánh giá các đặc tính của hạt trong nhiều môi trường khác nhau. Khi họ xử lý những hạt không có protein này bằng muối, thì chúng sẽ nảy mầm ít hơn và muộn hơn những hạt bình thường. Ngược lại, hạt biểu hiện quá mức protein sẽ nảy mầm nhanh gấp đôi, đặc biệt là trong điều kiện bất lợi.

Các phân tích mà các nhà nghiên cứu thực hiện cho thấy những kết quả này bắt nguồn từ việc ức chế các tín hiệu được gửi bởi axit abscisic (ABA), một loại hormone hạn chế sự nảy mầm trong điều kiện căng thẳng. Bằng cách kiểm soát sự biểu hiện của các gen do hormone này gây ra, protein SCL30a làm giảm độ nhạy cảm của cây trồng với độ mặn cao, cho phép hạt nảy mầm.

Tom Laloum, một trong những tác giả đầu tiên của nghiên cứu, giải thích: “Những phát hiện này phù hợp với bằng chứng tích lũy cho thấy rằng việc điều chỉnh biểu hiện gen của loại protein này là rất quan trọng để kiểm soát phản ứng căng thẳng của thực vật”. Các nhà nghiên cứu cũng chỉ ra rằng protein này kiểm soát các khía cạnh khác của quá trình phát triển thực vật qua trung gian ABA, bao gồm kích thước hạt gia tăng lên khi SCL30a được biểu hiện quá mức.

Nhà nghiên cứu chính Paula Duque giải thích rằng những chức năng di truyền này: "Có thể được chuyển vào các loài cây trồng hiện nay, dẫn đến hạt lớn hơn với khả năng nảy mầm tốt hơn trong môi trường bất lợi". Điều này có thể giải quyết những hạn chế về năng suất cây trồng do đất bị nhiễm mặn, một vấn đề đang lan rộng ở các khu vực khác nhau trên thế giới, bao gồm cả Bồ Đào Nha.

Nghiên cứu được công bố trên tạp chí Plant, Cell & Environment.

Bùi Anh Xuân theo Phys.org