Trung tâm công nghệ sinh học Thành Phố Hồ Chí Minh

Điều gì khiến một số loài thực vật thấp sát đất trong khi những loài khác lại vươn cao? Nghiên cứu mới chỉ ra kiến trúc và cách thức tăng trưởng của thực vật đã cung cấp đáp án cho câu hỏi này và có thể hỗ trợ việc phát triển các loại cây trồng tốt hơn.

Cách thức cây phát triển đôi khi phải thỏa mãn những nhu cầu trái ngược nhau. Phát triển gần mặt đất làm giảm khả năng bị tổn hại, nhưng lại dẫn đến nhu cầu vươn lên nhanh để cho phép hạt giống phân tán. Điều này có thể được quan sát ở cây bồ công anh và Arabidopsis, một loài mô hình thường được sử dụng để nghiên cứu sự phát triển thực vật.

Nông nghiệp đã tận dụng lợi thế của sự đa dạng hóa cách thức tăng trưởng mà chúng ta quan sát thấy ở các cây họ cải, rất nhiều hình dạng phong phú và đa dạng từ sự tăng trưởng kiểu hoa thị bị nén của bắp cải cho đến hình dáng ngoài cao ráo của cây cải dầu.

Nghiên cứu được thực hiện bởi các nhà nghiên cứu thuộc Trung tâm John Innes đã chỉ ra các gen kiểm soát những thay đổi trong cách thức tăng trưởng. Bằng cách sử dụng phân tích di truyền, kính hiển vi và kỹ thuật giải trình tự ChIP, các nhà nghiên cứu phát hiện ra sự tăng trưởng nhỏ gọn được kiểm soát bởi hai gen hoạt động song song có tên là ATH1 và DELLA. Để chuyển từ sự tăng trưởng nhỏ gọn sang sự tăng trưởng kéo dài, cần phải tắt cả hai gen này. Khi hoạt động, một trong số chúng có thể ngăn chặn hoạt động của các gen đã được biết có vai trò thúc đẩy sự tăng trưởng kéo dài, ví dụ như trong sự đáp ứng với điều kiện ánh sáng.

Giáo sư Robert Sablowski, trưởng nhóm và là tác giả chịu trách nhiệm của nghiên cứu, cho biết: "Mọi người đều biết rằng cách thức thực vật phát triển phụ thuộc nhiều vào môi trường. Đồng thời, mỗi loài thực vật đều giữ được hình dạng dễ nhận biết. Chúng tôi biết một ít về cách các đáp ứng môi trường được tích hợp với các cơ chế di truyền tạo cho thực vật hình dạng đặc trưng. Nhờ nghiên cứu này, giờ đây chúng ta hiểu được cách thức các đáp ứng với môi trường có thể được biến đổi trong các bộ phận cụ thể của thực vật để tạo ra hình dạng đặc trưng của chúng. "Thật thú vị khi thấy rằng một số lượng tương đối nhỏ các thay đổi di truyền có thể chuyển đổi cách thức tăng trưởng của thực vật từ một giống như bắp cải sang một giống khác như cải dầu. Vẫn còn phải xem liệu những thay đổi có thể giải thích được sự khác biệt trong cách thức tăng trưởng mà chúng ta thấy trong tự nhiên hay không." Một cơ chế tương tự về hai gen hoạt động và ảnh hưởng đến sự kéo dài được tìm thấy trong cây lúa, cho thấy đây có thể là một cơ chế phổ biến để kiểm soát cấu trúc cây trồng.

Các gen kiểm soát chiều cao cây có vai trò rất quan trọng trong nông nghiệp; các tính trạng cây lùn là nền tảng tạo ra năng suất cao trong cuộc cách mạng xanh vào giữa thế kỷ 20. Các gen DELLA đã được sử dụng rộng rãi trong chọn giống cây trồng để cải thiện năng suất và tạo điều kiện thuận lợi cho thu hoạch.

Việc hiểu biết tốt hơn về các gen quy định chiều cao cây có thể dẫn đến những cách chính xác hơn để cải thiện hình dạng cây trồng. Tiếp theo, các nhà nghiên cứu đang lên kế hoạch để hiểu rõ hơn về cách thức mà gen ATH1 được điều hòa. "Nếu chúng ta có thể thay đổi vị trí hoặc thời gian gen ATH1 hoạt động, điều này có thể dẫn đến những cách hữu ích để biến đổi chiều cao và hình dạng của cây", tác giả chính của bài báo, Tiến sĩ Mahwish Ejaz cho biết. "Chúng tôi đã cho thấy rằng các gen ATH1 và DELLA ngăn cản sự tăng trưởng thân cây một phần bằng cách ngăn chặn hoạt động của các gen giúp kéo dài thân khi đáp ứng với ánh sáng. Nhưng đây không phải là toàn bộ câu chuyện - còn nhiều gen và tiến trình khác mà ATH1 và DELLA điều hòa để thay đổi cách thức tăng trưởng mà hầu hết trong số đó vẫn chưa được nghiên cứu", tác giả nói thêm.

Nguồn: https://phys.org