Trung tâm công nghệ sinh học Thành Phố Hồ Chí Minh

Hầu hết các cây trồng đều hình thành mối liên kết với một loại nấm cụ thể - được gọi là nấm rễ mycorrhiza - trong đất, nhằm mở rộng đáng kể diện tích bề mặt vùng rễ của chúng. Sự tương tác đôi bên cùng có lợi này làm tăng khả năng hấp thụ các chất dinh dưỡng cần thiết cho sự phát triển của cây trồng.

Cây càng có nhiều chất dinh dưỡng tự nhiên thì càng cần ít phân bón nhân tạo. Hiểu được quá trình tự nhiên này, như là bước đầu tiên để nâng cao tiềm năng của nó, là một thách thức cần được nghiên cứu liên tục. Tiến bộ này có thể đem lại lợi ích rất lớn về năng suất trong ngành nông nghiệp.

Trong một nghiên cứu được công bố trên tạp chí PLOS Biology, các nhà nghiên cứu đã sử dụng sắc tố đỏ tươi của củ dền - được gọi là betalain - để theo dõi trực quan nấm đất khi chúng xâm chiếm rễ cây trên cây sống.

Tiến sĩ Sebastian Schornack, nhà nghiên cứu tại Phòng thí nghiệm Sainsbury của Đại học Cambridge và là tác giả chính của bài báo cho biết: "Giờ đây, chúng tôi có thể theo dõi mối quan hệ giữa nấm và rễ cây phát triển như thế nào trong thời gian thực, kể từ khi chúng tiếp xúc với nhau. Trước đây, chúng tôi không biết điều gì đã xảy ra vì không có cách nào để hình dung nó trong thực vật sống mà không sử dụng kính hiển vi để quan sát".

Để đạt được kết quả của mình, các nhà nghiên cứu đã thiết kế hai loài thực vật mô hình - cây họ đậu và cây thuốc lá - để chúng tạo ra sắc tố betalain có thể nhìn thấy rõ khi có nấm rễ mycorrhiza. Điều này liên quan đến việc kết hợp các vùng kiểm soát của hai gen được kích hoạt bởi nấm rễ với các gen tổng hợp sắc tố betalain màu đỏ.

Sau đó, cây được trồng trong một cấu trúc trong suốt để có thể nhìn thấy hệ thống rễ và hình ảnh của rễ có thể chụp được bằng máy quét phẳng mà không làm ảnh hưởng đến cây.

Thông qua việc sử dụng kỹ thuật này, các nhà nghiên cứu có thể chọn các bộ phận có sắc tố đỏ của hệ thống rễ để quan sát nấm kỹ hơn khi nó xâm nhập vào các tế bào thực vật riêng lẻ và hình thành các cấu trúc giống cây phức tạp - được gọi là các phân tử - mọc bên trong rễ cây. Các phân tử lấy chất dinh dưỡng từ đất mà nếu không có thì sẽ nằm ngoài tầm với của cây.

Có các phương pháp khác để tìm hiểu về quá trình này, tuy nhiên những phương pháp này liên quan đến việc đào lên và giết chết cây trồng và sử dụng hóa chất hoặc kính hiển vi đắt tiền. Công trình này có thể giúp các nhà nghiên cứu lần đầu tiên quan sát được bằng mắt và bằng hình ảnh đơn giản về cách nấm cộng sinh bắt đầu xâm nhập vào rễ cây sống và cư trú các bộ phận của hệ thống rễ cây theo thời gian.

Tiến sĩ Sam Brockington, một nhà nghiên cứu tại Khoa Khoa học Thực vật của Đại học Cambridge, đồng thời là tác giả chính của bài báo cho biết: "Đây là một công cụ mới thú vị để hình dung ra quá trình này và các quá trình quan trọng khác của thực vật. Sắc tố củ cải đường là một màu đặc biệt, vì vậy chúng rất dễ nhìn. Chúng cũng có lợi thế là sắc tố thực vật tự nhiên, vì vậy chúng được dung nạp tốt"

Nấm Mycorrhiza đang ngày càng tăng thu hút sự quan tâm trong nông nghiệp. Kỹ thuật mới này cung cấp khả năng 'theo dõi và truy tìm' sự hiện diện của nấm cộng sinh trong đất từ các nguồn và vị trí khác nhau. Các nhà nghiên cứu cho biết, điều này sẽ cho phép lựa chọn các loại nấm xâm nhập vào thực vật nhanh nhất và mang lại lợi ích lớn nhất trong sản xuất nông nghiệp.

Hiểu và khai thác các động lực của quá trình xâm nhiễm của nấm rễ vào hệ thống rễ cây có khả năng nâng cao sản lượng cây trồng trong tương lai theo hướng bền vững với môi trường. Nếu thực vật có thể hấp thụ nhiều chất dinh dưỡng hơn một cách tự nhiên, điều này sẽ làm giảm nhu cầu phân bón nhân tạo - tiết kiệm tiền và giảm ô nhiễm nước liên quan.

Theo: Alfonso Timoneda, Temur Yunusov, Clement Quan, Aleksandr Gavrin, Samuel F. Brockington, Sebastian Schornack. MycoRed: Betalain pigments enable in vivo real-time visualisation of arbuscular mycorrhizal colonisation. PLOS Biology, 2021; 19 (7): e3001326 DOI: 10.1371/journal.pbio.3001326

Nguồn: https://www.sciencedaily.com/releases/2021/07/210723105242.htm