Khám phá các hormone quan trọng nâng cao năng suất cây trồng

 Khám phá các hormone quan trọng nâng cao năng suất cây trồng 

Bùi Anh Xuân theo Phys.org

 Cây trồng thường phải đối mặt với môi trường phát triển khắc nghiệt. Thay vì sử dụng năng lượng để tăng trưởng, các yếu tố như bệnh tật, nhiệt độ khắc nghiệt và đất nhiễm mặn buộc thực vật phải sử dụng năng lượng để đối phó với căng thẳng. Đây được gọi là "sự đánh đổi đáp ứng với căng thẳng". Hiện nay, một nhóm các nhà nghiên cứu từ Đại học Nagoya đã phát hiện ra một cơ chế điều hòa trên cây trồng mà chưa từng được biết đến trước đây nhằm điều chỉnh việc thực vật sử dụng các nguồn lực của nó để tăng trưởng hay để chống chịu với căng thẳng. Khám phá này cho phép kiểm soát phản ứng đáp ứng căng thẳng trong các điều kiện nông nghiệp canh tác hiện nay, nhằm tăng năng suất cây trồng. Nghiên cứu được công bố trên tạp chí Science.

Một nhóm nghiên cứu, dẫn đầu bởi giáo sư Yoshikatsu Matsubayashi và trợ lý giáo sư Mari Ohnishi thuộc Trường Khoa học Sau đại học tại Đại học Nagoya, Nhật Bản, đã điều tra vai trò của các hormone và các thụ thể của chúng trong phản ứng đáp ứng căng thẳng của thực vật.

Họ tập trung vào ba thụ thể mà hormone tương ứng vẫn chưa được xác định. Sử dụng cải Arabidopsis thaliana một loài thực vật có hoa nhỏ, họ đã phát hiện ra họ PSY, có chức năng như một hormone, liên kết với các thụ thể này và làm trung gian chuyển đổi giữa phản ứng đáp ứng căng thẳng và tăng trưởng.

Khi các nhà nghiên cứu điều tra con đường liên quan, họ đã có một khám phá bất ngờ. Thông thường, các thụ thể và hormone có chức năng giống như ổ khóa và chìa khóa, trong đó hormone (trong trường hợp này là hormone peptide PSY) hoạt động như một chìa khóa cần thiết để bắt đầu một quá trình sinh học. Tuy nhiên, trong nghiên cứu này, các tế bào thực vật không tạo ra PSY vẫn có phản ứng đáp ứng tích cực với căng thẳng.

Để kiểm tra bản chất của phản ứng đáp ứng với căng thẳng, các nhà nghiên cứu đã trồng cây trong điều kiện cực kỳ căng thẳng bằng cách sử dụng nhiệt, muối và cũng cho chúng nhiễm vi khuẩn. Các cây bị thiếu thụ thể PSY hoặc liên tục được cho ăn hormone PSY không đáp ứng đầy đủ với căng thẳng, dẫn đến giảm khả năng sống sót. Các nhà khoa học kết luận rằng thực vật bị căng thẳng ngừng giải phóng PSY, do đó sự thiếu vắng của PSY sẽ kích hoạt các gen liên quan phản ứng đáp ứng với căng thẳng.

Để giải thích hiện tượng này, các nhà nghiên cứu đã đề xuất một cơ chế trong đó các tế bào bị tổn thương làm giảm nồng độ hormone PSY trong các lớp tế bào bên cạnh các vị trí bị tổn thương. Sự thiếu hụt PSY này sẽ kích hoạt phản ứng đáp ứng căng thẳng. Điều quan trọng là, điều này có thể giải thích tại sao ngay cả những cây bị hư hại cũng có thể gửi tin nhắn.

Thay vì sử dụng các nguồn lực hạn chế của chúng để tạo ra một tín hiệu mới, thay vào đó, một tế bào thực vật bị suy giảm có thể ngừng giải phóng hormone PSY, kích hoạt phản ứng căng thẳng. Một cơ chế như vậy sẽ cân bằng khả năng đáp ứng căng thẳng với chi phí năng lượng liên quan. Kết quả là, ngay cả trong những điều kiện môi trường căng thẳng nhất, thực vật vẫn có thể phát triển bằng cách quản lý các nguồn tài nguyên hạn chế của chúng.

Matsubayashi giải thích: “Hầu hết các cơ chế được tìm thấy ở Arabidopsis đều được tìm thấy ở các loài thực vật khác. Do đó, kết quả của chúng tôi áp dụng cho tất cả các loại cây trồng”.

“Cơ chế này giúp chúng ta có thể kiểm soát cân bằng giữa khả năng đáp ứng căng thẳng và năng suất, đó là mối quan hệ đánh đổi. Trong những năm gần đây, ngày càng nhiều cây trồng được trồng trong các nhà máy thực vật. Khi đó cây trồng được trồng trong nhà. Môi trường ít căng thẳng và hệ thống ứng phó với căng thẳng cần thiết để chống chọi với môi trường tự nhiên biến động không phải lúc nào cũng cần thiết. Việc tạo ra các giống cây trồng có hoạt động thụ thể PSY giảm trong các nhà máy thực vật có thể dẫn đến năng suất cao hơn trong môi trường được kiểm soát này”.