Xác định cơ chế bảo vệ khả năng sinh sản của thực vật

Khi nhiệt độ tăng do sự nóng lên toàn cầu, nhu cầu bảo vệ cây trồng khỏi các điều kiện căng thẳng tăng lên. Bởi vì căng thẳng có thể làm giảm năng suất và gây ra tác động lớn hơn về mặt kinh tế. Một tập đoàn do Đại học Warwick đứng đầu đã xác định thành công hai loại protein bảo vệ cây trồng khỏi căng thẳng, đây là chìa khóa trong việc bảo vệ sản xuất lương thực.

Khả năng sinh sản của thực vật bị ảnh hưởng nghiêm trọng bởi nhiệt độ tăng đột biến, trực tiếp dẫn đến giảm năng suất và thiệt hại kinh tế. Hiểu được các cơ chế phân tử tạo nền tảng cho khả năng sinh sản của thực vật trong điều kiện môi trường hạn chế là rất quan trọng để bảo vệ sản xuất lương thực.

Trong bài báo, “Cơ chế giám sát gen nhảy giúp bảo vệ khả năng sinh sản của cây đực trong điều kiện căng thẳng”, được xuất bản trên tạp chí Nature Plants,  dẫn đầu bởi các nhà nghiên cứu của Đại học Warwick, đã nghiên cứu các cơ chế phân tử mà cây ngô sử dụng để bảo vệ khả năng sinh sản dưới nhiệt độ cao và xác định được hai protein Argonaute (AGO) bảo vệ các tế bào sinh dục đực.

Bằng cách cho cây ngô mang các protein AGO không có chức năng ở các điều kiện sinh trưởng khác nhau, các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng nhiệt độ môi trường tăng 5°C làm giảm đáng kể khả năng sinh sản của cây đực.

Sử dụng phương pháp tiếp cận đa phương diện, nhóm nghiên cứu phát hiện ra rằng nhiệt độ cao hơn đã kích hoạt các đoạn nhỏ của axit ribonucleic (hoặc các ARN nhỏ) trong thực vật hoang dã, chúng liên kết với các protein AGO này để kiểm soát hoạt động của các gen nhảy được kích hoạt bởi các điều kiện căng thẳng - các đoạn ADN có thể tự sao chép chèn vào các phần khác nhau của bộ gen. Do đó, các protein AGO này kiểm soát hoạt động của các gen nhảy, và bảo vệ khả năng sinh sản của thực vật.

Giáo sư Jose Gutierrez-Marcos  tại Đại học Warwick giải thích: "Về cơ bản, chúng tôi đã phát hiện ra rằng khi thực vật bị căng thẳng bởi nhiệt độ cao, chúng sẽ kích hoạt cơ chế giám sát của RNA nhỏ và protein Argonaute, trong các tế bào sinh sản, những tế bào quan trọng để duy trì khả năng sinh sản của cây đực và cuối cùng là sự sống còn của cây.

"Hiểu được cơ chế phân tử liên quan đến việc bảo vệ khả năng sinh sản của thực vật là rất quan trọng để bảo vệ sản xuất cây trồng trong trong điều kiện khí hậu khó dự đoán và căng thẳng ở tương lai".

Tiến sĩ Charo del Genio tại Đại học Coventry cho biết thêm: "Mô hình hóa cấu trúc của các protein Argonaute và mô phỏng chúng ở cấp độ của các nguyên tử đơn lẻ cho thấy cách chúng thay đổi điện tích khi chịu điều kiện nhiệt độ tăng cao, điều này kích hoạt  quá trình đưa các gen nhảy trở lại trong tầm kiểm soát".

Bùi Anh Xuân theo Đại học Warwick.