Trung tâm công nghệ sinh học Thành Phố Hồ Chí Minh

Bắp là một trong những cây lương thực quan trọng nhất trên thế giới và đã được nghiên cứu rộng rãi. Tuy nhiên, nhiều khía cạnh của cơ chế di truyền điều hòa sự tăng trưởng và phát triển của bắp vẫn chưa được khám phá. Nghiên cứu gần đây cho thấy một họ protein có tên là COI1 (liên quan đến cơ chế đề kháng ở các loài thực vật khác như Arabidopsis và lúa) giữ vai trò chủ yếu trong việc điều hòa sự tăng trưởng ở bắp. Phát hiện này có thể dẫn đến việc phát triển các giống bắp khỏe mạnh và cho năng suất hơn.

Ở thực vật, sự tăng trưởng và đề kháng thường xung đột. Khi một cây tập trung vào việc đề kháng chống lại sâu bệnh, sự tăng trưởng thường bị xếp sau do sự tương tác đối lập giữa các protein ức chế gen đề kháng (JAZ - jasmonate ZIM-domain) và các protein ức chế gen tăng trưởng (DELLA). Sự xung đột giữa hai quá trình này được cân bằng bởi các protein COI thông qua việc phân hủy protein JAZ.

Nghiên cứu tập trung vào sáu protein COI, được chia thành hai nhóm COI1 và COI2, ở cây bắp. Các cây đột biến được tạo ra thiếu một, hai hoặc cả bốn protein COI1. Tuy nhiên, các đột biến thiếu cả hai protein COI2 không thể được tạo ra, vì phấn hoa thiếu cả hai protein này đều bị chết. Điều này chỉ ra rằng protein COI2 giữ vai trò quan trọng trong sự sinh sản và phát triển của phấn hoa ở bắp.

Điều ngạc nhiên thực sự đến từ những cây thiếu cả bốn protein COI1. "Những cây đột biến 'COI1-4x' này biểu hiện sự tăng trưởng giảm đáng kể so với cây bắp hoang dại. Điều này trái ngược với kỳ vọng của tôi, vì các đột biến COI thường dẫn đến sự tăng trưởng cao hơn ở các loài khác như Arabidopsis và lúa", Leila Feiz, tác giả chính của nghiên cứu được công bố trên tạp chí Plant Cell, cho biết.

Feiz giải thích thêm, "Ở các cây C3 đột biến gen coi, chẳng hạn như Arabidopsis, việc thiếu sự phân hủy JAZ bởi COI làm cho DELLA bị JAZ giữ lại. Điều này kích hoạt các gen tăng trưởng được cảm ứng bởi axit gibberellic, thường bị DELLA ức chế khi không có axit gibberellic, giúp cây tăng trưởng cao hơn. Ngược lại, các cây hoang dại được xử lý liên tục bằng axit jasmonic (một chất kích kháng ở thực vật - ND) sẽ phát triển thấp hơn các cây không được xử lý. Điều này là do COI nhận biết tín hiệu axit jasmonic và thực hiện hoạt động phân hủy JAZ. Sự phân hủy JAZ sẽ kích hoạt các gen đề kháng và giải phóng DELLA ra khỏi JAZ, do đó gây ra sự ức chế sự tăng trưởng. Không giống như các đột biến COI của Arabidopsis và lúa, biểu hiện kiểu hình cao hơn so với các cây hoang dại, đột biến COI1 bốn lần ở bắp biểu hiện kiểu hình thấp hơn so với các đột biến kép và cây hoang dại."

Phân tích sâu hơn cho thấy rằng protein COI1 ở bắp có thể đã phát triển một chức năng mới liên quan đến việc phân hủy protein DELLA ức chế tăng trưởng. Feiz cho rằng bằng cách phá vỡ các protein DELLA ức chế tăng trưởng này, các protein COI1 cho phép cây bắp tiếp tục phát triển ngay cả khi thực hiện hoạt động đề kháng dưới mức axit jasmonic cao. Vai trò mới này của COI1 trong việc điều hòa mức độ protein DELLA và sự tăng trưởng có thể là một sự thích nghi đã giúp ngô và các loại cây C4 khác phát triển mạnh trong các vùng khí hậu nóng và khô cằn. Bằng cách tách rời các đáp ứng tăng trưởng và đề kháng, bắp và các loại cây C4 khác như lúa miến có thể duy trì sự tăng trưởng mạnh mẽ ngay cả khi phải đối mặt với các điều kiện môi trường bất lợi.

Nghiên cứu này mở ra những khả năng mới nhằm tăng cường sự phục hồi và năng suất của cây trồng thông qua việc làm rõ cách protein COI tương tác với protein DELLA và các thành phần khác của con đường truyền tín hiệu ở thực vật.

Nguồn: Sciencedaily.com