Trung tâm công nghệ sinh học Thành Phố Hồ Chí Minh

Các nhà khoa học đã mô tả một con đường dẫn đến sự ra hoa nhanh chóng của thực vật trong đất có hàm lượng nitơ thấp. Những phát hiện này có thể dẫn đến kết quả làm tăng sản lượng nông nghiệp.

Nitơ là một trong ba chất dinh dưỡng cần thiết cho sự sinh trưởng và phát triển của thực vật cùng với phospho và kali. Điều kiện giàu nitơ kích thích sự phát triển của thực vật, đặc biệt là sự phát triển của thân và lá, đồng thời làm chậm quá trình ra hoa. Mặt khác, ở một số cây trồng, điều kiện nitơ thấp dẫn đến thực vật chuyển từ chế độ sinh trưởng sang chế độ sinh sản, do đó đẩy nhanh quá trình ra hoa. Tuy nhiên, các cơ chế phân tử điều chỉnh sự ra hoa trong những điều kiện này vẫn chưa được biết đến.

Một nhóm các nhà khoa học do Phó giáo sư Takeo Sato thuộc khoa Khoa học Đời sống trường Đại học Hokkaido dẫn đầu đã tiết lộ cơ chế phân tử chịu trách nhiệm cho việc ra hoa nhanh chóng ở cây Arabidopsis dưới điều kiện nitơ thấp. Phát hiện của họ đã được công bố trên tạp chí Proceeding of the National Academy of Sciences (PNAS).

Arabidopsis, một loài thực vật thuộc họ Cải, được biết đến như một loài thực vật kiểu mẫu trong sinh học và có một cơ sở dữ liệu phong phú về sự biểu hiện protein của nó. Trong nghiên cứu hiện tại, nhóm nghiên cứu lần đầu tiên xác định một tập hợp các protein liên quan đến quá trình ra hoa trở nên hoạt động do sự thay đổi mức nitơ. Một trong số đó là yếu tố điều hoà gen Flowering BHLH4 (FBH4). Thông qua các thí nghiệm sử dụng cây trồng thiếu FBH4, loại protein này được phát hiện là nguyên nhân thúc đẩy quá trình ra hoa trong điều kiện thiếu nitơ.

Nghiên cứu sâu hơn cho thấy FBH4 được phosphoryl hoá bởi một protein khác có tên là SnRK. Điều kiện thiếu nitơ ngăn chặn hoạt động của SnRK1, do đó dẫn đến sự khử phosphoryl của FBH4. FHB4 đã được dephosphoryl hóa di chuyển đến nhân để kích hoạt các gen chịu trách nhiệm cho sự ra hoa. FBH4 đã khử phosphoryl cũng chịu trách nhiệm kiểm soát sự biểu hiện của các gen khác cần thiết cho sự tồn tại của thực vật trong điều kiện nitơ thấp, đặc biệt là những gen liên quan đến tái chế và loại bỏ nitơ.

Các nhà khoa học kết luận rằng để đáp ứng với lượng nitơ thấp, cây Arabidopsis dường như kiểm soát chính xác sự biểu hiện của gen liên quan đến các quá trình phát triển và trao đổi chất cần thiết cho sự ra hoa thông qua FBH4. Takeo Sato cho biết: “Họ gen FBH có trong các loại cây trồng chính. Các cây trồng biểu hiện ra hoa sơm trong điều kiện nitơ thấp; nếu chúng ta có thể kiểm soát hoạt động của FBH trong các cây trồng này, đó có thể là một cách hiệu quả để tăng sản lượng nông nghiệp một cách bền vững”.