Phương pháp hóa học mới làm giảm số lượng khí khổng thực vật điều chỉnh sự mất nước

 Phương pháp hóa học mới làm giảm số lượng khí khổng thực vật điều chỉnh sự mất nước

 

Các nhà nghiên cứu từ Viện Phân tử sinh học biến đổi (WPI-ITbM) của Đại học Nagoya ở Nhật Bản và các đồng nghiệp của họ đã xác định và tạo ra một hợp chất hóa học có khả năng điều chỉnh hiệu quả mật độ khí khổng ở thực vật mô hình. Khí khổng rất quan trọng cho việc điều tiết nước. Khi môi trường ngày càng phát triển khó lường, việc quản lý lượng nước tiêu thụ cho cây trồng trong thời kỳ hạn hán thông qua các phương pháp hóa học sẽ ngày càng trở nên quan trọng. Kết quả nghiên cứu của họ đã được công bố trên tạp chí Nature Communications.  

 

Việc điều khiển các tương tác protein bằng cách sử dụng các hợp chất hóa học đang cách mạng hóa sinh học vì nó cho phép các nhà nghiên cứu tác động đến các quá trình phức tạp trong sinh vật mục tiêu. Trong sinh học thực vật, những phương pháp tiếp cận này hứa hẹn sẽ tạo ra những loại cây trồng bền vững hơn hoặc giàu dinh dưỡng hơn. Nhóm nghiên cứu của trường đại học, do Ayami Nakagawa và Keiko Torii dẫn đầu, đã tổng hợp Stomidazolone, một hợp chất hóa học có tác dụng ức chế sự phân hóa thành khí khổng ở thực vật.  

 

Khí khổng là các lỗ cực nhỏ nằm trên bề mặt của lá cây. Chúng rất cần thiết cho quá trình quang hợp và thoát hơi nước. Quá trình quang hợp chuyển đổi năng lượng ánh sáng thành glucose và oxy, trong khi sự thoát hơi nước liên quan đến sự mất hơi nước từ lá, hỗ trợ vận chuyển chất dinh dưỡng và kiểm soát nhiệt độ.  

 

“Nhóm nghiên cứu của chúng tôi (nhóm Torii) đã sàng lọc nhiều phân tử nhỏ để xác định các yếu tố mới có thể thăm dò và điều khiển sự phát triển của khí khổng. Chúng tôi đã tìm thấy Stomidazolone, một chất lý tưởng vì nó không ảnh hưởng đến sự phát triển của thực vật nhưng làm giảm khí khổng và có thể được áp dụng thông qua một phương pháp xử lý đơn giản”, Nakagawa giải thích. “Về nguyên tắc, việc sử dụng phương pháp này để giảm mật độ khí khổng sẽ khiến thực vật mất ít nước hơn qua quá trình thoát hơi nước, giúp chúng duy trì độ ẩm trong môi trường khô ráo mà không cản trở sự phát triển”.  

 

Sự phát triển của khí khổng được điều chỉnh bởi các protein cụ thể được gọi là chuỗi xoắn cơ bản - protein xoắn vòng. Ở thực vật, protein MUTE kết hợp với protein khác gọi là SCREAM để tạo thành khí khổng. Bằng cách sử dụng xét nghiệm di truyền toàn diện và phân tích sinh lý, nhóm nghiên cứu đã phát hiện ra rằng Stomidazolone hoạt động thông qua liên kết với một miền protein duy nhất, được gọi là miền giống ACT của MUTE, ngăn nó kết nối với SCREAM.  

 

 Dựa trên những phát hiện này, nhóm cũng tạo ra các protein MUTE có khả năng phục hồi nâng cao chống lại Stomidazolone trong khi vẫn duy trì chức năng của chúng. Nakagawa cho biết: “Khi các protein MUTE biến đổi này được thử nghiệm trên thực vật, chúng tiếp tục phát triển khí khổng, ngay cả khi có sự hiện diện của Stomidazolone. Điều này chứng tỏ rằng chúng tôi có thể sử dụng các biện pháp can thiệp hóa học chính xác để kiểm soát có chọn lọc sự phát triển của thực vật”.  

 

Nghiên cứu này thể hiện một tiến bộ đáng kể trong việc sử dụng các hợp chất hóa học để nhắm tới các protein cụ thể, nhằm điều chỉnh các chức năng sinh học quan trọng. Tiến sỹ Torii giải thích tầm nhìn của mình: “Bằng cách mở rộng các công cụ hóa học có sẵn để điều khiển sự phát triển của thực vật, chúng tôi hiểu sâu hơn về cách thức thực vật phát triển và mở ra những khả năng mới cho cải tiến nông nghiệp bằng cách sử dụng khả năng kiểm soát chất nền. Tôi hy vọng nghiên cứu của chúng tôi sẽ giúp tạo ra các loại cây trồng có thể phát triển mạnh trong môi trường hạn hán và đầy thách thức”.  

 

Bùi Anh Xuân theo Đại học Nagoya