Các nhà nghiên cứu phát hiện cây trồng có khả năng tăng tính chịu hạn mà không ảnh hưởng đến sự phát triển

tinhchiuhancaytrong

Cây Arabidopsis thaliana sau khi bị hạn hán. Ở bên trái đối chứng (loại hoang dã) và bên phải cây trồng biểu hiện quá mức thụ thể BRL3 brassinosteroid trong mạch dẫn cây trồng. Ảnh: CRAG.

Hạn hán khắc nghiệt là một trong những tác động của biến đổi khí hậu đã được nhận thức. Năm nay, lượng mưa giảm và nhiệt độ nóng bất thường ở phía bắc và phía đông châu Âu đã gây ra tổn thất lớn đối với ngũ cốc, khoai tây và các loài cây làm vườn khác. Các chuyên gia từ lâu đã cảnh báo rằng để đảm bảo an ninh lương thực, cần phải sử dụng giống cây trồng có năng suất trong điều kiện hạn hán. Hiện tại, một nhóm nghiên cứu thuộc Trung tâm Nghiên cứu Gen học Nông nghiệp Ana Caño-Delgado đã thu được những cây trồng có khả năng chịu hạn bằng cách thay đổi tín hiệu của các hormon steroid thực vật, được gọi là brassinosteroid. Nghiên cứu được công bố trên tạp chí Nature Communications, là nghiên cứu đầu tiên tìm ra một chiến lược để tăng sức đề kháng với sự bất lợi hydric đồng thời không ảnh hưởng đến sự phát triển của cây trồng. 

Các thụ thể khác nhau và các tế bào khác nhau cho các chức năng khác nhau 

Ana Caño-Delgado đã nghiên cứu cách thức hoocmon steroids cây trồng – brassinosteroids - điều hòa sự phát triển và tăng trưởng trong cây mô hình Arabidopsis thaliana khoảng hơn 15 năm. Người ta biết rằng các phytohormones liên kết với các thụ thể màng tế bào khác nhau, gây ra một đợt tín hiệu trong tế bào sẽ kết thúc các hiệu ứng sản xuất như kéo dài hoặc phân chia tế bào. Từ năm 2016, với sự tài trợ của Hội đồng Nghiên cứu Châu Âu (ERC), phòng thí nghiệm của Ana đã sử dụng hiểu biết này để tìm ra các chiến lược để tăng tính kháng hạn cho cây trồng. Bằng cách sửa đổi tín hiệu brassinosteroid, các nhà nghiên cứu đã làm gia tăng tính chịu hạn của cây Arabidopsis, nhưng do hành động phức tạp của các kích thích tố này đối với sự phát triển của cây, những cây này nhỏ hơn nhiều so với các đối chứng. 

Trong công trình được công bố trên tạp chí Nature Communications, các nhà nghiên cứu đã nghiên cứu khả năng chịu hạn và sinh trưởng của cây Arabidopsis thaliana với các đột biến ở các thụ thể brassinosteroid khác nhau. Nhờ nghiên cứu chi tiết này, các nhà nghiên cứu đã phát hiện ra rằng thực vật biểu hiện quá mức thụ thể brassinosteroid BRL3 trong mô mạch dẫn có khả năng chống lại sự thiếu nước hơn so với các cây đối chứng và không giống như các đột biến khác, chúng không có khiếm khuyết trong sự phát triển và tăng trưởng. Caño-Delgado giải thích: “Chúng tôi đã phát hiện ra rằng việc thay đổi tín hiệu brassinosteroid chỉ cục bộ trong hệ thống mạch dẫn, chúng tôi có thể có được cây kháng hạn mà không ảnh hưởng đến sự tăng trưởng của chúng”. 

Sau đó, các nhà nghiên cứu CRAG phối hợp với các nhà nghiên cứu từ châu Âu, Hoa Kỳ và Nhật Bản đã phân tích các chất chuyển hóa trong thực vật biến đổi gen và chứng minh rằng cây Arabidopsis biểu hiện quá mức thụ thể BRL3 tạo ra nhiều chất chuyển hóa osmeoprotective (đường và proline) trong các bộ phận trên không và trong rễ trong điều kiện tưới tiêu bình thường. Khi những cây này bị phơi nhiễm với điều kiện hạn hán, các chất chuyển hóa bảo vệ này nhanh chóng tích lũy trong rễ, bảo vệ chúng khỏi bị khô. Do đó, việc biểu hiện BRL3 giúp cây chuẩn bị để đáp ứng với tình trạng khan hiếm nước, một cơ chế được gọi là mồi có thể bằng cách nào đó so với hiệu quả của vắc-xin trong cơ thể người, điều này cũng giúp cơ thể phản ứng với các tác nhân gây bệnh trong tương lai. 

Từ nghiên cứu cơ bản đến nghiên cứu ứng dụng. Một giải pháp tiềm năng cho các loài lợi ích nông học 

Mặc dù phát hiện này đã được thực hiện với một loại cỏ lá nhỏ được sử dụng như một cây trồng mô hình, Arabidopsis thaliana, nhóm nghiên cứu do Caño-Delgado dẫn đầu đã và đang nghiên cứu áp dụng chiến lược này trên các loại cây trồng có lợi ích nông học, đặc biệt là ngũ cốc. 

“Hạn hán là một trong những vấn đề quan trọng nhất trong nền nông nghiệp ngày nay. Cho đến nay, những nỗ lực công nghệ sinh học đã được thực hiện để cây trồng có khả năng chống chịu hạn hán đã không thành công bởi vì như một đối tác với khả năng chống chịu hạn hán, luôn có sự giảm sút về tăng trưởng và năng suất cây trồng. Có vẻ như cuối cùng chúng tôi đã tìm thấy một chiến lược có thể được áp dụng và chúng tôi muốn tiếp tục khám phá nó”, Caño-Delgado kết luận.

 Theo Sciencedaily

 Y nghia ngay KHCN-sua

001103295

  Số người đang online : 4.