Mô thực vật mới đầu tiên được phát hiện sau 160 năm giúp tăng năng suất cây trồng

 Mô thực vật mới đầu tiên được phát hiện sau 160 năm giúp tăng năng suất cây trồng

Lê Thị Kim Loan theo Đại học Nagoya.

Cấu trúc mô hình con thỏ đặc biệt có chức năng như một cổng vào. Cấu trúc này, được đặt tên là 'Cổng vào Kasahara' để vinh danh người khám phá ra nó, đại diện cho mô thực vật mới đầu tiên được xác định kể từ giữa thế kỷ 19. Nguồn: Đại học Nagoya.

Một nhóm nghiên cứu do Đại học Nagoya ở Nhật Bản đứng đầu đã phát hiện ra một loại mô mới ở thực vật, đóng vai trò thiết yếu trong quá trình hình thành hạt. Phát hiện của họ là mô thực vật mới đầu tiên được phát hiện sau 160 năm. Phát hiện này mở ra một lĩnh vực nghiên cứu mới, chứng minh và ứng dụng thực tế, giúp tăng năng suất của các loại cây trồng quan trọng, bao gồm cả lúa. Tạp chí Current Biology đã công bố nghiên cứu này.

Từ năm 2005, các nhà khoa học đã biết rằng quá trình thụ tinh là cần thiết để thể hạt, được gọi là hạ mầm, nhận được chất dinh dưỡng từ các bộ phận 'mẹ' của cây. Việc hiểu cách thực vật phát hiện quá trình thụ tinh thành công rất quan trọng để tối đa hóa năng suất từ ​​các loài cây trồng trong quá trình lai tạo.

Nhóm nghiên cứu do Ryushiro Kasahara và Michitaka Nodaguchi đứng đầu đã tình cờ phát hiện ra mô mới. Kasahara đã nhuộm hạt để theo dõi quá trình lắng đọng callose, một chất sáp thường được nghiên cứu vì có liên quan đến quá trình thụ phấn, để xác minh các phát hiện từ một nghiên cứu trước đó.

Khi kiểm tra các khu vực nhuộm màu, Kasahara nhận thấy một điều bất ngờ là "Cây thụ phấn bằng cách đưa ống phấn vào, vì vậy hầu hết các nhà khoa học chỉ quan tâm đến nơi xảy ra hiện tượng này. Tuy nhiên, chúng tôi cũng tìm thấy tín hiệu ở phía đối diện. Không ai nhìn vào nơi tôi nhìn. Tôi nhớ mình đã rất ngạc nhiên, đặc biệt là khi chúng tôi nhận ra rằng tín hiệu này đặc biệt mạnh khi quá trình thụ phấn không thành công".

Phân tích sâu hơn đã phát hiện ra một cấu trúc mô hình con thỏ đặc biệt có chức năng như một cổng vào. Cấu trúc này, được đặt tên là 'Cổng vào Kasahara' để vinh danh người khám phá ra nó, đại diện cho mô thực vật mới đầu tiên được xác định kể từ giữa thế kỷ 19.

Tín hiệu mà Kasahara quan sát được là kết quả của quá trình lắng đọng callose, ngăn chặn dòng chất dinh dưỡng và hormone chảy vào hạt chưa thụ phấn. Việc đóng các cổng vào khiến hạt không nhận được chất dinh dưỡng và chết. Các nhà nghiên cứu gọi đây là 'trạng thái đóng'. Mặt khác, khi quá trình thụ phấn diễn ra, hạ mầm phát hiện ra thành công này và hòa tan callose, cho phép chất dinh dưỡng chảy vào hạt và thúc đẩy quá trình sinh trưởng. Các nhà nghiên cứu gọi đây là 'trạng thái mở'.

Kasahara giải thích: “Khi so sánh dòng chất dinh dưỡng giữa phôi thụ phấn thành công và phôi không thành công, người ta thấy rằng dòng chất dinh dưỡng chỉ được quan sát thấy ở phôi thành công, trong khi nó bị chặn hoàn toàn ở phôi không thành công. Điều này hạn chế lượng tài nguyên lãng phí cho hạt giống không khỏe mạnh”.

Khả năng chuyển đổi giữa trạng thái mở và đóng của cổng cho thấy sự điều hòa di truyền. Các nhà nghiên cứu đã kiểm tra các hypocotyl thực vật đã thụ tinh để xác định các biện pháp kiểm soát di truyền tiềm năng. 

Họ đã xác định được một gen có tên là AtBG_ppap được điều hòa tăng cường độc quyền ở hypocotyl đã thụ tinh và xác định vai trò của nó trong việc hòa tan callose. Khi họ biến đổi hypocotyl để biểu hiện quá mức AtBG_ppap, cổng vẫn luôn ở trạng thái cổng mở, làm tăng hấp thụ chất dinh dưỡng.

“Điều này khiến chúng tôi nhận ra rằng việc giữ cho cánh cổng luôn mở có thể làm hạt giống to hơn”, Kasahara cho biết. “Khi chúng tôi thử nghiệm lý thuyết này với hạt lúa, chúng tôi đã tạo ra hạt giống lớn hơn 9%. Với hạt giống từ các loài khác, chúng tôi đã thành công trong việc tăng tới 16,5%”.

Phát hiện của họ đại diện cho một bước tiến đáng kể trong việc cải thiện hạt giống trong quá trình lai tạo thực vật. Duy trì trạng thái luôn mở có thể làm tăng đáng kể năng suất của các loại cây trồng quan trọng.

Kasahara cũng tin rằng những phát hiện này sẽ nâng cao hiểu biết về quá trình tiến hóa của thực vật, đặc biệt là lý do tại sao thực vật có hoa (thực vật hạt kín) lại thống trị hệ thực vật ngày nay. Ông cho biết: “Vì một hạ mầm không được thụ phấn không thể trở thành hạt giống ngay từ đầu, nên việc nuôi dưỡng nó sẽ là 'lãng phí' đối với cây. Do đó, thực vật hạt kín có thể tồn tại cho đến thời hiện đại bằng cách nuôi dưỡng cơ thể phôi bằng cơ chế này để đảm bảo rằng chúng chỉ cung cấp tài nguyên cho hạt giống đã được thụ phấn”.