Thực vật sử dụng đường để tạo rễ bằng cách nào

Cùng với việc phân phối lại đường còn có một cơ chế phân tử cơ bản trong thực vật kiểm soát sự hình thành rễ bên mới. Cơ chế này được một nhóm các nhà sinh học thực vật quốc tế chứng minh l dựa trên hoạt động của protein TOR (target of rapamycin protein). Việc hiểu rõ hơn về các quá trình điều chỉnh sự phân nhánh rễ ở cấp độ phân tử có thể góp phần cải thiện sự phát triển và năng suất cây trồng, theo trưởng nhóm nghiên cứu, Giáo sư Tiến sĩ Alexis Maizel thuộc Trung tâm Nghiên cứu Sinh vật tại Đại học Heidelberg.

Sự phát triển rễ tốt đảm bảo cho thực vật có thể hấp thụ đủ chất dinh dưỡng và phát triển tốt. Để làm điều đó, thực vật phải sắp xếp các nguồn lực sẵn có từ các quá trình trao đổi chất với các chương trình phát triển di truyền của chúng. Thực vật liên kết carbon dioxide (CO2) từ khí quyển trong lá và chuyển đổi thành đường đơn thông qua quang hợp. Ở dạng fructose và glucose, những loại đường đơn này cũng được phân bổ trong rễ, nơi chúng thúc đẩy sự tăng trưởng và phát triển của thực vật.

Nhóm của Giáo sư Maizel đã sử dụng Arabidopsis thaliana, một loại cây mô hình trong nghiên cứu thực vật, để nghiên cứu cách quá trình này xảy ra ở cấp độ phân tử. Các nghiên cứu của họ tập trung vào vai trò của glucose trong việc hình thành rễ bên. "Chúng tôi biết rằng, bên cạnh hormone thực vật, đường từ chồi cũng được phân bổ trong rễ, nhưng làm thế nào cây nhận ra rằng nguồn đường có sẵn để hình thành rễ bên là điều vẫn chưa được hiểu cho đến nay", Tiến sĩ Michael Stitz, một nhà nghiên cứu trong nhóm của Alexis Maizel giải thích.

Các nghiên cứu ở cấp độ trao đổi chất cho thấy Arabidopsis hình thành rễ bên chỉ khi glucose bị phá vỡ và carbohydrate được tiêu thụ trong chu luân - lớp tế bào ngoài cùng của trụ rễ chính. Quá trình này được kiểm soát ở cấp độ phân tử bởi protenin TOR. Yếu tố này kiểm soát các mạng lưới tín hiệu quan trọng và các quá trình trao đổi chất ở thực vật cũng như ở động vật và con người. Hoạt động của nó bị chi phối bởi sự tương tác của các yếu tố tăng trưởng như hormone thực vật auxin và các chất dinh dưỡng như đường.

Các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng TOR chỉ hoạt động trong các tế bào chu luân khi có đường ở đó. Các tế bào chu luân sau đó sẽ phân chia để tạo thành rễ bên. "TOR đảm nhận vai trò người gác cổng; khi cây kích hoạt chương trình di truyền chịu trách nhiệm cho sự hình thành rễ thông qua hormone auxin, TOR sẽ kiểm tra xem có đủ nguồn đường cho quá trình này hay không. TOR hoạt động bằng cách kiểm soát việc dịch mã các gen phụ thuộc auxin, ngăn chặn sự biểu hiện của chúng nếu không có đủ nguồn đường. Khi các nhà nghiên cứu ức chế hoạt động TOR, không có rễ bên nào được hình thành. Điều đó cho thấy có một cơ chế phân tử cơ bản liên quan đến hoạt động này," Giáo sư Maizel cho biết.

Đồng thời, các nhà nghiên cứu cũng đã chứng minh TOR kiểm soát sự hình thành rễ ở các mô thực vật khác (được gọi là rễ bất định) thông qua một cơ chế tương tự. Theo Giáo sư Maizel, kết quả nghiên cứu của họ cũng có thể được ứng dụng cho nông nghiệp. "Chúng có khả năng được sử dụng để phát triển các chiến lược mới giúp cây trồng phát triển tối ưu trong các điều kiện môi trường khác nhau và cho năng suất tốt hơn", nhà nghiên cứu nhấn mạnh.

Nguồn: Sciencedaily.com