Xác định rào cản tế bào thực vật để nhân giống cây trồng có chất dinh dưỡng hơn

Thực hiện bởi: Public Domain.

Điều gì sẽ xảy ra nếu chúng ta có thể trồng cây lớn hơn và còn có hàm lượng dinh dưỡng cao hơn? Các nhà khoa học của Đại học bang Michigan đã xác định được một loại protein có thể là rào cản chính cho việc trồng các loại cây này.

Các protein hiện diện ở hầu hết nhưng không phải tất cả, chức năng của cuộc sống: thúc đẩy tăng trưởng, sửa chữa mô cơ thể hoặc xây dựng cơ bắp. Nếu protein giống như từ axit amin là chữ cái. Cơ thể chúng ta sử dụng khoảng 20 axit amin, trong các cách kết hợp hoặc hành động khác nhau, để tạo ra các protein khác nhau.

Cơ thể chúng ta có thể sản xuất một số axit amin, nhưng có chín loại axit amin thiết yếu mà chúng ta và các động vật khác không thể tổng hợp tạo ra. Chúng ta có được những axit amin này thông qua từ các loại thực phẩm, chẳng hạn như thịt, sữa và cuối cùng là thực vật.

Trong nhiều thập kỷ, các nhà khoa học đã cố gắng tìm hiểu hàm lượng axit amin trong cây trồng bằng cách tăng cường hệ thống sản xuất, nhưng họ luôn gặp phải cùng một vấn đề như: cây trồng bị bệnh. Các nhà khoa học lúng túng về lý do tại sao thực vật trở nên tổn thương từ sự đa dạng của các axit amin này.

Nghiên cứu mới đề nghị mục tiêu của rapamycin, hay TOR, protein là một rào cản lớn. Nghiên cứu được xuất bản trên eLife.

"Protein TOR là chất điều hòa tổng thể của quá trình trao đổi chất trong tế bào thực vật", ông Pengfei Cao, một nhà nghiên cứu sau tiến sĩ (Postdoc) trong phòng thí nghiệm của Federica Brandizzi đã cho biết. "Nó phát hiện các biến số, như nguồn dinh dưỡng, mức năng lượng, tín hiệu tăng trưởng, v.v. Protein TOR sử dụng thông tin này để kiểm soát sự phát triển của tế bào và chức năng trao đổi chất".

Khi TOR cảm nhận được một lượng chất dinh dưỡng đầy đủ, nó thúc đẩy tăng trưởng. Có một vòng xoắn; TOR rất mạnh trong việc kiểm soát nhiều quá trình sinh tổng hợp và cấu trúc tế bào, nó có thể gây ra vấn đề nếu nó không được điều tiết tốt.

Hóa ra TOR đánh giá sự sẵn có của chất dinh dưỡng thông qua cỡ mẫu của ba axit amin. Nếu bạn cung cấp cho cây rất nhiều trong số này, TOR cho rằng chất dinh dưỡng rất dồi dào và chuyển sang chế độ dư thừa. Thực tế là, sự sẵn có chất dinh dưỡng có thể không đầy đủ.

Một TOR hoạt động quá mức như vậy, có thể thay đổi cấu trúc của tế bào, gây hại cho sức khỏe của cây.

Một chức năng khác của TOR là sửa lại các sợi nhỏ của tế bào, được gọi là Actin.

"Các sợi Actin tạo nên 'bộ xương' của tế bào thực vật duy trì hệ thống nội màng của tế bào. Sau này xây dựng một số khối xây dựng của tế bào", ông Cao cho biết. "Những sợi này cũng giúp xác định hình dạng của tế bào và chúng tôi thấy rằng một TOR hoạt động quá mức sẽ dẫn đến sản xuất protein càng cao hơn và kích thước tế bào càng lớn hơn".

"Nhưng hình dạng tế bào là bất thường. Ví dụ, các tế bào gốc không thể hình thành hoàn toàn sợi lông gốc để chúng có thể hấp thụ nước", Cao đã nói.

Nói cách khác, kết quả là cây trồng không tốt, phát triển với tốc độ chậm hơn.

"Khi các nhà khoa học đã cố gắng thúc đẩy sản xuất axit amin trong cây trồng, vấn đề không phải là có quá nhiều axit amin", Cao nói. "Có thể những cây trồng này bị bệnh do tác dụng phụ trên các cấu trúc nhỏ bên trong tế bào của chúng. Một khi chúng ta tìm ra một số động lực chính khiến cây bị bệnh, chúng ta có thể thử lại các cách để sản xuất nhiều axit amin một cách cân bằng và lành mạnh".

Ông Cao nghĩ rằng tính chất liên ngành của công việc cho phép đột phá. "Chúng tôi làm việc với các cấu trúc tế bào thực vật, các cộng tác viên của chúng tôi từ Phòng thí nghiệm nghiên cứu sinh hóa cuối cùng. Nếu chúng tôi làm việc riêng với dự án này, chúng tôi sẽ không có chuyên môn để kiểm tra xem các khuyết điểm nảy ở đâu".

Nguyễn Thị Quỳnh Thuận theo Phys.org