Trung tâm công nghệ sinh học Thành Phố Hồ Chí Minh

Một nhóm nghiên cứu do trường đại học Purdue dẫn đầu đã nghiên cứu về tín hiệu phân tử phức tạp của cây dã yên thảo. Tuy nhiên, cấu trúc và những phần tử của chúng được giấu rất kỹ trong vô số protein và các hợp chất khác chứa đầy trong các tế bào hoa.

Vì rễ cắm vào đất, thực vật không thể chạy trốn khỏi côn trùng, mầm bệnh hoặc các mối đe dọa khác đối với sự sinh tồn của chúng. Nhưng các nhà thực vật học từ lâu đã biết rằng chúng gửi cảnh báo cho nhau thông qua các hóa chất tạo mùi gọi là hợp chất hữu cơ dễ bay hơi.

Natalia Dudareva, Giáo sư về sinh hóa, trồng trọt và kiến trúc cảnh quan tại trường đại học Purdue cho biết: “Thực vật sử dụng các chất dễ bay hơi vì chúng không thể nói chuyện. Chúng thông báo cho các cây lân cận về các cuộc tấn công của mầm bệnh. Điều này gần giống như tiêm phòng. Trong điều kiện bình thường, bạn không thấy bất kỳ thay đổi nào ở cây nhận. Nhưng ngay khi cây nhận bị nhiễm bệnh, chúng sẽ phản ứng nhanh hơn nhiều. Chúng đã được chuẩn bị cho phản ứng chống lại những bất lợi".

Các nhà thực vật học từ lâu đã biết về quá trình cảnh báo giống như tiêm phòng này, nhưng cho đến vài năm trước, họ vẫn chưa có cách nào để nghiên cứu quá trình này. Họ cần một chỉ thị cho thấy thực vật đã phát hiện được các hợp chất dễ bay hơi.

Dudareva và cộng sự đã mô tả những chi tiết mới về quá trình phát hiện các hợp chất dễ bay hơi ở thực vật trên tạp chí Science. Nhóm nghiên cứu bao gồm các nhà nghiên cứu từ trường đại học Purdue, trường đại học Jean Monnet Saint-Etienne của Pháp và trường đại học California-Davis.

Các nhà khoa học biết rất ít về các thụ thể đối với các chất dễ bay hơi ở thực vật. Dudareva cho biết động vật có vú và côn trùng cũng có các thụ thể này, nhưng cách chúng nhận các chất dễ bay hơi quá khác nhau nên không thể giúp nghiên cứu quá trình này ở thực vật, Dudareva nói.

Một nhóm nghiên cứu do các nhà khoa học của trường đại học Purdue dẫn đầu đã ghi lại những chi tiết mới về cách cây dạ yên thảo sử dụng các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi để giao tiếp.

Năm 2019, trên tạp chí Nature Chemical Biology, Dudareva và các cộng sự đã công bố khám phá của họ về một quá trình sinh lý mới, “Sự khử trùng tự nhiên hoạt động như một cơ chế vận chuyển hợp chất dễ bay hơi giữa các cơ quan của hoa”. Nghiên cứu mô tả cách các ống hoa của cây tạo ra các hợp chất dễ bay hơi để khử trùng đầu nhụy, nơi thu nhận phấn hoa, nhằm bảo vệ đầu nhụy khỏi sự tấn công của mầm bệnh.

Dudareva cho biết: “Có rất nhiều đường ở trên đầu nhụy, đặc biệt là ở cây dã yên thảo. Điều đó có nghĩa là vi khuẩn sẽ phát triển rất tốt nếu không có những chất dễ bay hơi này. Nhưng nếu đầu nhụy không nhận được các chất dễ bay hơi do ống tạo ra thì chúng sẽ có kích thước nhỏ hơn. Đây là sự giao tiếp giữa các cơ quan. Bây giờ chúng tôi đã có một chỉ thị rất tốt là “kích thước đầu nhụy” để nghiên cứu quá trình giao tiếp này".

Shannon Stirling, tác giả chính của nghiên cứu và là nghiên cứu sinh về làm vườn và kiến trúc cảnh quan tại trường đại học Purdue, cho biết các phép đo được thực hiện từ các bức ảnh cho thấy sự khác biệt thống kê về kích thước đầu nhụy khi tiếp xúc với các chất dễ bay hơi. “Bạn có thể thấy rằng đây là một xu hướng nhất quán,” cô nói. "Một khi bạn đã xem xét đủ số lượng các đầu nhụy, bạn có thể thấy bằng mắt rằng có một chút khác biệt về kích thước".

Kết hợp với việc điều khiển di truyền một số protein tiềm năng có liên quan, công trình đã tiết lộ một cách đáng ngạc nhiên rằng đường truyền tín hiệu dạng karrikin đóng vai trò quan trọng trong việc truyền tín hiệu tế bào ở cây dã yên thảo.

Stirling nói: “Karrikin không được tạo ra bởi thực vật. Chúng được tạo ra khi thực vật bị đốt cháy và những cây chúng tôi nghiên cứu chưa bao giờ tiếp xúc với khói hoặc lửa". Nhóm nghiên cứu cũng ghi nhận tầm quan trọng của con đường dạng karrikin trong việc phát hiện các sesquiterpen dễ bay hơi. Nhiều loài thực vật sử dụng sesquiterpene để giao tiếp với các loài thực vật khác, cùng với nhiều chức năng khác.

Điều đáng ngạc nhiên là thụ thể karrikin được xác định có khả năng nhận biết tín hiệu có chọn lọc một loại hợp chất sesquiterpene chứ không phải là các đồng phân lập thể của chúng, một đặc điểm được gọi là "tính đặc hiệu lập thể". Đồng tác giả Matthew Bergman, một nghiên cứu sau tiến sĩ về hóa sinh tại trường đại học Purdue cho biết, thụ thể dường như có tính chọn lọc cao đối với hợp chất.

Bergman cho biết: “Thực vật tạo ra nhiều hợp chất dễ bay hơi khác nhau và cũng tiếp xúc với nhiều hợp chất khác nhau. Điều đáng chú ý là thụ thể có tính chọn lọc và đặc hiệu dành riêng cho tín hiệu được gửi đến từ các ống hoa. Tính đặc hiệu như vậy đảm bảo rằng không có tín hiệu dễ bay hơi nào khác được truyền qua. Không có tín hiệu được truyền sai".

Nguồn: https://www.sciencedaily.com