Xác định cơ chế nảy mầm của hạt trong điều kiện stress mặn

Nguồn: Seedworld.

Các nhà nghiên cứu xác định cơ chế giúp hạt nảy mầm cân bằng natri và kali trong đất nhiễm mặn

Các nhà nghiên cứu tại Đại học Hebrew Jerusalem đã xác định được cơ chế giúp hạt giống nảy mầm trong điều kiện bị stress do muối. Phát hiện này có thể hỗ trợ các nỗ lực phát triển những giống cây trồng thích nghi tốt hơn với đất nhiễm mặn.

Nhóm nghiên cứu đã nghiên cứu với cây mô hình Arabidopsis thaliana (cải xoong), tập trung vào cách hạt đang nảy mầm duy trì kali đồng thời ngăn không cho natri tích tụ đến mức gây độc. Kali rất cần thiết cho hoạt động bình thường của tế bào, trong khi lượng natri dư thừa có thể cản trở quá trình nảy mầm và sự phát triển giai đoạn ban đầu của cây.

Các nhà nghiên cứu phát hiện rằng canxi kích hoạt cơ chế liên quan đến ba protein: CAMTA6, PP2C49 và HKT1;1. CAMTA6 phản ứng với các tín hiệu canxi và giúp điều hòa các thành phần khác của hệ thống này.

Các gen này hoạt động ở những vị trí khác nhau trong phôi. Một số gen được biểu hiện ở lá mầm (cotyledon), trong khi những gen khác hoạt động ở rễ mầm (radicle). Sự phân bố này cho phép cây con thích ứng với stress do muối theo những cách khác nhau ở từng mô đang phát triển.

“Sự nảy mầm của hạt là một trong những giai đoạn dễ bị tổn thương nhất trong vòng đời của cây và muối có thể phá vỡ sự cân bằng khoáng chất mà cây non cần ngay cả trước khi nó mọc lên khỏi mặt đất”, tiến sỹ Shkolnik cho biết. “Những gì chúng tôi đang bắt đầu khám phá chính là hệ thống kiểm soát đứng phía sau phản ứng này”.

Các phôi cây trồng cho thấy vị trí các gen giúp cây chống chịu stress do muối được kích hoạt. Màu xanh biểu thị sự biểu hiện của gen. Một gen hoạt động ở lá mầm (bên trái), trong khi hai gen còn lại được biểu hiện ở rễ mầm (ở giữa và bên phải). Cùng với nhau, các gen này giúp cây kiểm soát lượng muối và duy trì đủ kali để có thể nảy mầm và phát triển trong đất nhiễm mặn. Nguồn: Doron Shkolnik.

Cải thiện khả năng nảy mầm trong điều kiện stress do muối

Các nhà nghiên cứu cũng thử nghiệm sanguinarine, một hợp chất tự nhiên có nguồn gốc từ cây huyết căn (bloodroot) có tên khoa học Sanguinaria canadensis, có tác dụng ức chế protein PP2C49.

Trong điều kiện stress muối ở mức vừa phải, sanguinarine làm tăng tỷ lệ nảy mầm của hạt từ 76% lên 92%. Trong điều kiện stress muối khắc nghiệt hơn, tỷ lệ nảy mầm tăng từ 3% lên 37%. Những hạt được xử lý có ít natri hơn và nhiều kali hơn.

Tuy nhiên, lợi ích của hợp chất này chỉ giới hạn ở giai đoạn nảy mầm và không giúp bảo vệ cây con sau khi đã mọc lên khỏi mặt đất.

Các nhà nghiên cứu cho rằng ba protein nói trên có thể chỉ là một phần của mạng lưới phản ứng với stress do muối lớn hơn nhiều. Việc hiểu rõ mạng lưới này cuối cùng có thể giúp các nhà chọn tạo giống xác định những gen có khả năng cải thiện quá trình nảy mầm và khả năng thiết lập cây con ở những vùng đất bị nhiễm mặn.

Nguyễn Tiến Hải theo Seedworld.