Tin Hoạt động >> Nông nghiệp

Cơ chế hy sinh có chọn lọc các “bào quan” giúp một số loài thực vật sống sót trong điều kiện nhiệt độ thấp

27/07/2017 09:00:02 Xem cỡ chữ Google
Để thích ứng và tồn tại trong môi trường tự nhiên và đặc biệt là điều kiện thời tiết khắc nghiệt, thực vật buộc phải điều chỉnh cơ chế hoạt động và phát triển theo nhiều cách riêng. Điển hình như ở vùng có khí hậu ôn đới, thực vật phải chọn giải pháp rụng lá để, bảo tồn năng lượng trong điều kiện thời tiết lạnh giá. Một nghiên cứu hợp tác được thực hiện trên loài thực vật có hoa nhỏ thuộc họ Cải (Brassicaceae) có tên gọi là Thale Cress (tên khoa học là Arabidopsis), một nhóm các nhà nghiên cứu đến từ Khoa Sinh học thuộc trường Đại học Quốc gia Singapo (NUS) và trường Đại học Novosibirsk State (Nga) do giáo sư Xu Jian dẫn đầu đã phát hiện cơ chế hoạt động của một số loài thực vật để chúng có thể sinh tồn trong điều kiện nhiệt độ thấp, đó là: hy sinh một cách có chọn lọc phần rễ của chúng. Báo cáo kết quả nghiên cứu được công bố trong ấn bản trực tuyến của tạp chí Cell ngày 22/06/2017.

Tư liệu

Cơ chế mới cho phép các loài thực vật phân bố tại vùng ôn đới khả năng chống chọi với thời tiết lạnh giá cũng như khả năng phục hồi quá trình phát triển khi nhiệt độ ấm hơn. Khám phá và nhận thức về cơ chế sinh tồn của thực vật là yếu tố quan trọng, mở đường cho khả năng phát triển những phương pháp mới nhằm thúc đẩy sinh trưởng và nâng cao năng suất của các loại cây trồng sống trong điều kiện nhiệt độ thấp.

Đã có nhiều nghiên cứu chứng minh rằng nhiệt độ là một trong những yếu tố cơ bản gây tổn thương ADN trong tế bào thực vật cũng như ảnh hưởng đáng kể đến sự sinh trưởng, phát triển và năng suất của cây trồng. Tuy nhiên, những ảnh hưởng của nhiệt độ đối với hành vi và hoạt động của tế bào gốc thực vật lại chưa được nghiên cứu rõ ràng.

PGS. Xu tại Trung tâm khoa học sinh học, NUS cho biết: “Trong nhiều nghiên cứu trước đây, các chuyên gia nông nghiệp đã bỏ qua xem xét cách thức hoạt động của rễ trong quá trình cải tạo cây trồng. Việc nghiên cứu hệ thống rễ thực vật rất quan trọng vì nó đóng vai trò phân cách giữa cây trồng và môi trường đất, đồng thời chịu trách nhiệm hấp thu, dự trữ nước cũng như các chất dinh dưỡng vốn rất cần thiết và quan trọng đối với sự sinh tồn của thực vật".

Nhóm chuyên gia đã tiến hành thử nghiệm trên hệ thống rễ của loài Arabidopsis - thường được sử dụng làm "sinh vật mô hình" trong nghiên cứu sinh học thực vật và có bộ gen được giải mã đầy đủ vào năm 2000. Để kiểm tra tác động của mức nhiệt độ thấp đối với sự phát triển và sinh trưởng của rễ Arabidopsis, các nhà khoa học đã sử dụng mô hình thí nghiệm là hốc tế bào gốc của rễ - trung tâm của hoạt động tế bào để thực hiện nghiên cứu chuyên sâu với độ phân giải không gian và thời gian hiệu quả. Qua đó, họ có thể quan sát kỹ hơn những biểu hiện về kỹ năng sinh tồn ở các loài thực vật trong điều kiện môi trường khắc nghiệt.

Các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng: trong điều kiện nhiệt độ 4 độ C, chuỗi ADN trong tế bào gốc cũng như thế hệ Arabidopsis đầu tiên bị tổn thương đáng kể. Tuy nhiên, loài thực vật này chọn hy sinh những bào quan được tạo ra từ tế bào gốc columella, điều này cho phép chúng duy trì hốc tế bào gốc chức năng. Mặt khác, sự ức chế phản ứng gây tổn thương ADN trong những tế bào chứa bào quan ngăn không cho chúng bị chết. Tuy nhiên, khả năng này lại khiến cho các tế bào gốc khác trong hốc tế bào gốc có nguy cơ bị chết trong điều kiện nhiệt độ thấp, từ đó, làm cây chết.

TS. Hong Jing Han, đồng tác giả nghiên cứu cho rằng: “"Cơ chế hy sinh” giúp cải thiện khả năng chịu đựng của rễ cây ở nhiệt độ thấp. Khi điều chỉnh về mức nhiệt độ tối ưu, các tế bào gốc thực vật sẽ phân chia với tốc độ nhanh hơn, dẫn đến làm tăng khả năng phục hồi và sống sót của cây". Ông Xu khẳng định: "Phát hiện của chúng tôi đã làm sáng tỏ chiến lược độc đáo để có thể tồn tại trong những điều kiện thời tiết khắc nghiệt của loài Arabidopsis thông qua cơ chế hy sinh có chọn lọc các bào quan trong tế bào columella, từ đó, thúc đẩy sinh trưởng và nâng cao năng suất của các loại cây trồng sống trong điều kiện nhiệt độ thấp".

Trong tương lai nhóm nghiên cứu sẽ tiếp tục nghiên cứu mạng lưới điều chỉnh gen nhằm tăng cường khả năng thích ứng của cây và các tế bào gốc trong môi trường lạnh./.

15oC

Thấp nhất 13°C, cao nhất 17°C. Trời nhiều mây, . Áp suất không khí hPa.
Độ ẩm trung bình %. Tốc độ gió km/h