Trung tâm công nghệ sinh học Thành Phố Hồ Chí Minh

Một nghiên cứu mới của Đại học Cornell cho thấy rằng hoa vẫn phát triển theo một mô hình hoàn hảo ngay cả khi có sự biểu hiện gen ngẫu nhiên xảy ra bên trong từng tế bào.

Phát hiện này có ý nghĩa quan trọng đối với công nghệ gen thực vật, nơi các nhà khoa học thiết kế các công tắc gen nhân tạo để kiểm soát sự tăng trưởng hay hoạt động của cây. Việc hiểu cách thực vật quản lý "nhiễu loạn" di truyền cũng có thể cung cấp thông tin cho các lĩnh vực nghiên cứu khác.

"Kết quả nghiên cứu này thách thức ý tưởng cho rằng độ chính xác sinh học đòi hỏi sự kiểm soát hoàn hảo. Nó cho thấy thiên nhiên không loại bỏ tính ngẫu nhiên mà xây dựng các hệ thống và quy trình đáng tin cậy để hoạt động bất chấp tính ngẫu nhiên", giáo sư Adrienne Roeder, tác giả liên hệ của nghiên cứu, cho biết.

Các nhà nghiên cứu đã tiến hành kiểm tra trên cây cải dầu (Arabidopsis thaliana) để xem xét biểu hiện gen ngẫu nhiên - quá trình mà các gen có thể bật hoặc tắt ngẫu nhiên. Các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng các gen đáp ứng với auxin (một loại hormone điều khiển sự phát triển hoa) được kích hoạt theo một cách ngẫu nhiên ở các tế bào mặc dù tín hiệu hormone giống nhau.

Các nhà nghiên cứu đã theo dõi ba gen đáp ứng với auxin, bao gồm một gen có tên là DR5. Họ phát hiện ra rằng mặc dù hoạt động của DR5 được 'bật' bởi auxin, nhưng có sự thay đổi rất nhiều giữa các tế bào. Sự thay đổi xảy ra không phải do sự khác biệt về mức độ auxin mà do sự biến động ngẫu nhiên bên trong các tế bào.

Các nhà nghiên cứu nhận thấy các lá đài của hoa vẫn dược tạo ra ngay cả khi có sự nhiễu loạn xảy ra ở các tế bào riêng lẻ. "Bằng cách nào đó, bất chấp sự nhiễu loạn, bạn vẫn nhận được những mảng rất rõ ràng nơi các lá đài bắt đầu hình thành", Roeder nói.

Mặc dù các nhà khoa học đã biết rằng hoạt động của gen có thể nhiễu loạn ở cấp độ phân tử, nghiên cứu này cho thấy ngay cả các gen quan trọng được kích hoạt bởi hormone thực vật auxin cũng có sự biểu hiện ngẫu nhiên trong các tế bào riêng lẻ, điều này mang đến một cái nhìn mới về cách thực vật điều tiết sự biến đổi trong quá trình hình thành cơ quan.

Theo các nhà nghiên cứu, chìa khóa của việc điều tiết nằm ở một quá trình gọi là "trung bình hóa không gian". Trong khi các tế bào riêng lẻ hoạt động không nhất quán, thì các nhóm tế bào làm việc cùng nhau lại giúp làm giảm nhiễu loạn, tạo ra một tín hiệu chung ổn định mà cây có thể sử dụng để định hướng phát triển. "Sinh vật có thể sử dụng tính ngẫu nhiên này khi muốn và bỏ qua khi nó không muốn. Điều đó cực kỳ hiệu quả", Roeder cho biết.

Nghiên cứu này đặt ra những câu hỏi quan trọng đó là "Trung bình hóa không gian là một cách mà thực vật quản lý sự nhiễu loạn trong biểu hiện gen, nhưng chính xác thì quá trình đệm đó diễn ra như thế nào và trong điều kiện nào thì nó thất bại?" Roeder nói. "Làm thế nào chúng ta có thể kết hợp điều đó vào khi chúng ta đang cố gắng thiết kế gen để biểu hiện ở những vị trí mà chúng ta quan tâm?"

Nguồn: Sciencedaily.com