Các nhà khoa học nghiên cứu giải pháp giúp thực vật tái sinh sau khi bị thương tổn
Hiểu được cách thực vật điều chỉnh những phản ứng này cho phép các nhà nghiên cứu thúc đẩy những cây bị thương tổn tái sinh thay vì phòng thủ, một chiến lược có thể hữu ích trong việc cải thiện khả năng tái sinh ở những cây trồng quan trọng như ngô.
Thực vật có thể bị tấn công và bị thương tổn trên diện rộng, từ sâu bướm và thỏ gặm lá đến sâu bọ hoặc nấm tấn công rễ của chúng.
Kenneth Birnbaum, Giáo sư tại Khoa Sinh học và Trung tâm Genomics và Hệ thống Sinh học của NYU cho biết: “Thực vật khó có thể tồn tại trong vài ngày mà không bị thương tổn. Do đó, chúng đã phát triển các chiến lược tinh vi để phản ứng”.
Không giống như động vật, khi bị tấn công, thực vật không thể chạy. Thay vào đó, thương tổn gây ra phản ứng chiến đấu hoặc tái sinh ở thực vật, khiến chúng tái tạo các bộ phận bị hư hỏng hoặc bị thiếu hoặc tự vệ. Thực vật tự vệ bằng cách sản xuất nhanh chóng các hợp chất được thiết kế để ngăn động vật hoặc mầm bệnh tấn công thêm (những hợp chất thứ cấp này đã được chứng minh là đặc biệt hữu ích trong y học, cung cấp cho chúng ta các loại thuốc như morphin, paclitaxel và colchicine).
Đánh đổi giữa phòng thủ và tái sinh
Nghiên cứu này nhằm tìm hiểu cách các phản hồi chiến đấu hoặc tái sinh được liên kết với nhau - cho dù chúng được kích hoạt cùng nhau và tăng lên cùng một lúc, hay nếu có sự đánh đổi, với một phản hồi tăng lên khi phản ứng kia giảm đi. Các nhà nghiên cứu đã nghiên cứu cây Arabidopsis, một loài thực vật nhỏ được sử dụng rộng rãi như một sinh vật mẫu trong sinh học thực vật và ngô, cây trồng lớn nhất của Mỹ và là nguồn thực phẩm cực kỳ quan trọng cho người và động vật.
Sau khi cắt bỏ các đầu rễ và các bộ phận khác của cây để làm chúng bị thương, các nhà nghiên cứu quan sát thấy rằng thực vật tạo ra một số phản ứng tái sinh và một số phản ứng tự vệ, nhưng không tăng cả hai đến khả năng tối đa - và trên thực tế, việc hạ thấp một phản ứng làm tăng phản ứng khác.
Marcela Hernández Coronado đến từ Cinvestav ở Mexico cho biết: “Các phản ứng chiến đấu hoặc tái sinh dường như được kết nối với nhau, giống như một cái bập bênh hoặc cái cân - nếu một cái tăng lên, cái kia giảm xuống.
Các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng sự cân bằng trong các phản ứng tái tạo và phòng thủ được điều chỉnh bởi các protein giống thụ thể glutamate thực vật (GLRs), có họ hàng xa với các thụ thể glutamate được tìm thấy trong não. Điều này cho phép họ sử dụng các loại thuốc thường được sử dụng trong nghiên cứu sinh học thần kinh để nghiên cứu phản ứng của thực vật đối với chấn thương. GLR có liên quan đến phản ứng phòng vệ của thực vật, nhưng trong nghiên cứu, GLR cũng đóng một vai trò trong việc tái sinh sau khi bị thương, với các tín hiệu qua trung gian GLR quay xuống hệ thống tái sinh và kích hoạt phản ứng phòng vệ.
Nhắm mục tiêu các thụ thể glutamate để tăng cường tái sinh
Biết rằng GLR điều chỉnh cả phản ứng tái sinh và phản ứng phòng vệ tạo cơ hội để cải thiện sự phát triển của cây trồng - đặc biệt là các cây ngũ cốc như ngô, lúa miến và lúa mì, đặc biệt có khả năng chống tái sinh.
Birnbaum cho biết: “Những thụ thể glutamate này cung cấp một giải pháp chúng tôi có thể sử dụng để tăng cường tái sinh và nhân giống cây trồng”.
Các nhà nghiên cứu nhắm mục tiêu GLR bằng cách ức chế hoạt động của các thụ thể thông qua hai phương tiện: di truyền và thuốc. Nghiên cứu di truyền, được hỗ trợ bởi José Feijó và phòng thí nghiệm của ông tại Đại học Maryland, liên quan đến việc so sánh các phản ứng tổn thương của thực vật bình thường với thể đột biến tứ chi - thực vật có đột biến ở bốn trong số các gien liên quan đến GLR. Các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng bộ tứ đột biến có khả năng tái sinh tốt hơn, điều này cho thấy rằng các đột biến đã làm tổn hại đến phản ứng phòng thủ và làm như vậy đã tăng cường phản ứng tái sinh.
Các nhà nghiên cứu cũng sử dụng ba chất đối kháng tế bào thần kinh để ức chế hoạt động của GLR. Cả ba loại thuốc đều ngăn chặn tín hiệu qua trung gian GLR sau khi cây bị thương, điều này làm thay đổi quá trình ra quyết định của cây để tạo điều kiện thuận lợi cho sự tái sinh. Khả năng tái tạo tăng cường đáng kể này, thậm chí còn nhiều hơn cả ở tứ dị nhân.
Birnbaum cho biết: “Việc khôi phục sự cân bằng giữa khả năng bảo vệ và tái sinh của thực vật có thể được sử dụng để cải thiện khả năng tái sinh cho công nghệ sinh học, bảo tồn và nhân giống cây lương thực chính. Việc nhân giống các loại cây trồng dễ tái sinh hơn và có thể thích nghi với môi trường mới là rất quan trọng khi đối mặt với biến đổi khí hậu và mất an ninh lương thực”.
https://www.mard.gov.vn/
