Nghiên cứu mới có thể trao cho người trồng chìa khóa của sự thụ phấn
Ảnh minh họa
Với nhiệt độ toàn cầu tăng cao và quần thể sinh vật thụ phấn giảm dần, việc sản xuất lương thực ngày càng trở nên khó khăn đối với những người trồng trọt trên thế giới.
Một nghiên cứu mới từ các nhà nghiên cứu tại Khoa Sinh học Tế bào và Di truyền Phân tử của Đại học Maryland đề cập đến vấn đề này, cung cấp cái nhìn sâu sắc về cách thực vật có hoa phát triển quả và hạt.
Zhongchi Liu, tác giả cao cấp của nghiên cứu và là giáo sư về sinh học tế bào và di truyền phân tử tại UMD.
“Biết cách thực vật 'quyết định' biến một phần hoa của chúng thành quả và hạt là rất quan trọng đối với nông nghiệp và nguồn cung cấp thực phẩm của chúng ta".
Trong nghiên cứu, Liu và nhóm của cô ấy nhằm mục đích khám phá cách thức thụ tinh - hoặc thụ phấn - kích hoạt cây ra hoa bắt đầu quá trình phát triển quả. Nhóm nghiên cứu nghi ngờ rằng một hệ thống liên lạc nội bộ chịu trách nhiệm phát tín hiệu cho cây phát triển quả, nhưng các nhà nghiên cứu không chắc chắn rằng hệ thống đó đang được kích hoạt như thế nào bằng cách thụ tinh hoặc thụ phấn.
Để tìm hiểu, nhóm nghiên cứu đã mô phỏng cơ chế thụ phấn và phát triển quả bằng cây dâu tây.
Liu giải thích: “Là một loại trái cây 'từ trong ra ngoài', hạt dâu tây dễ dàng thao tác và quan sát hơn nhiều so với hạt của các loại trái cây khác như cà chua.
“Điều này giúp chúng tôi dễ dàng xem hạt giống và trích xuất thông tin di truyền từ chúng ở nhiều giai đoạn phát triển của cây”.
Liu và nhóm của cô đã xác định AGL62, một gen được tìm thấy phổ biến ở tất cả các loài thực vật có hoa, là yếu tố kích hoạt cây trồng tạo ra quả và hạt.
Theo Liu, AGL62 kích thích sản xuất một loại hormone tăng trưởng thực vật thiết yếu được gọi là auxin. Khi gen được kích hoạt, auxin được tổng hợp để thúc đẩy việc tạo ra lớp vỏ hạt (lớp bảo vệ bên ngoài của hạt), nội nhũ (phần của hạt cung cấp thức ăn cho phôi cây đang phát triển) và quả. Vai trò của Auxin trong việc điều chỉnh sự phát triển của nội nhũ đặc biệt có ý nghĩa đối với các nhà nghiên cứu vì nó ảnh hưởng đến kích thước của hạt và sự mở rộng của quả.
Liu nói: “Mức auxin có thể hạn chế mức độ phát triển của nội nhũ và lượng dinh dưỡng mà nội nhũ có thể tích lũy cho phôi thực vật.
“Nhiều auxin hơn có thể tăng kích thước hạt và kích thích quả to ra. Khi có ít auxin hơn, cây nội nhũ không thể nuôi phôi cây một cách thích hợp và chúng ta sẽ làm giảm năng suất cây trồng — những quả nhỏ hơn hoặc bị biến dạng không có giá trị thương mại”.
Sử dụng CRISPR, một kỹ thuật thao túng gen mới, Lei Guo, tác giả đầu tiên, đã phá vỡ thành công chức năng AGL62. Kết quả là cây dâu tây không thể phát triển quả và hạt, chứng tỏ vai trò quan trọng của AGL62 trong quá trình này.
Trong tự nhiên, quá trình thụ phấn thúc đẩy gen AGL62 kích hoạt sản xuất auxin, một quá trình cần thiết cho sự phát triển hạt và quả tối ưu. Nhưng bằng cách xác định mối quan hệ này giữa gen và hormone, Liu và nhóm của cô đã đặt nền tảng có thể cho phép các nhà nông nghiệp chuyển đổi AGL62 bằng cách sử dụng công nghệ sinh học, bỏ qua hoàn toàn quá trình thụ phấn - nói cách khác, tạo ra trái cây 'trinh nữ'.
Liu tin rằng những phát hiện này đặc biệt quan trọng vào thời điểm hiện tượng ấm lên toàn cầu đang ảnh hưởng đến sản xuất lương thực trên toàn thế giới.
Liu nói: “Nhiệt độ khắc nghiệt giết chết cả các loài thụ phấn và phấn hoa, vì vậy biến đổi khí hậu là một thách thức lớn mà chúng tôi phải vượt qua. Tìm hiểu thêm về gen AGL62 đã cho chúng tôi cái nhìn sâu sắc mới về cách có khả năng tăng năng suất của cây nông nghiệp, đặc biệt là những loại tạo nên nguồn cung cấp lương thực cho chúng ta”.
https://www.mard.gov.vn/
