Quá trình điều chỉnh phân nhánh của rễ có thể góp phần cải thiện phát triển của cây trồng

TMO – Thực vật liên kết carbon dioxide (CO2) từ khí quyển trong lá sẽ chuyển đổi thành đường đơn thông qua quá trình quang hợp.

Một nhóm các nhà sinh học thực vật quốc tế (Trung tâm Nghiên cứu Sinh vật học tại Đại học Heidelberg) đã chứng minh rằng, cùng với sự tái phân bổ đường, một cơ chế phân tử cơ bản trong thực vật kiểm soát sự hình thành các rễ bên mới, nó dựa trên hoạt động của một yếu tố nhất định, mục tiêu là protein rapamycin (TOR). Việc hiểu rõ hơn về các quá trình điều chỉnh sự phân nhánh của rễ ở cấp độ phân tử có thể góp phần cải thiện sự phát triển của cây trồng và do đó nâng cao năng suất cây trồng.

Sự phát triển của rễ tốt đảm bảo rằng cây có thể hấp thụ đủ chất dinh dưỡng và phát triển. Thực vật liên kết carbon dioxide (CO2) từ khí quyển trong lá của chúng và chuyển đổi nó thành đường đơn thông qua quá trình quang hợp. Ở dạng fructoza và glucoza, những loại đường đơn giản này cũng được phân bổ trong rễ, nơi chúng thúc đẩy sự tăng trưởng và phát triển của cây.

(Ảnh minh họa)

Nhóm nghiên cứu đã sử dụng cải xoong Arabidopsis thaliana, một loại cây mẫu trong nghiên cứu thực vật, để nghiên cứu quá trình này diễn ra như thế nào ở cấp độ phân tử. Nghiên cứu của họ tập trung vào vai trò của glucose trong việc hình thành các rễ bên. Theo Trưởng nhóm nghiên cứu, bên cạnh các hormone thực vật, đường từ chồi cũng được phân bổ trong rễ, nhưng cho đến nay các nhà khoa học vẫn chưa biết được làm thế nào cây nhận ra rằng các nguồn đường có sẵn để hình thành rễ bên.

Các nghiên cứu ở cấp độ trao đổi chất cho thấy rằng cây Arabidopsis chỉ hình thành rễ bên khi glucose bị phân hủy và carbohydrate được tiêu thụ ở trụ bì - lớp tế bào ngoài cùng của trụ rễ chính. Quá trình này được kiểm soát ở cấp độ phân tử bởi mục tiêu là protein rapamycin. Yếu tố này kiểm soát các mạng tín hiệu quan trọng và quá trình trao đổi chất ở thực vật cũng như ở động vật và con người. Hoạt động của nó được điều chỉnh bởi sự tương tác của các yếu tố tăng trưởng như hoocmon thực vật auxin và các chất dinh dưỡng như đường.

Sử dụng cây Arabidopsis, các nhà nghiên cứu đã phát hiện ra rằng TOR chỉ hoạt động trong các tế bào trụ bì khi có đường ở đó. Cái gọi là tế bào sáng lập sau đó hình thành rễ bên thông qua quá trình phân chia tế bào. TOR đảm nhận một loại vai trò gác cổng; khi thực vật kích hoạt chương trình tăng trưởng di truyền chịu trách nhiệm hình thành rễ thông qua hormone auxin, TOR kiểm tra xem có đủ nguồn đường cho quá trình này hay không. TOR hoạt động bằng cách kiểm soát quá trình dịch mã của các gien phụ thuộc vào auxin cụ thể, ngăn chặn sự biểu hiện của chúng nếu không có đủ nguồn đường. Khi các nhà nghiên cứu ngăn chặn hoạt động TOR, không có rễ bên nào được hình thành và điều đó cho thấy có liên quan đến một cơ chế phân tử cơ bản. Kết quả từ các nghiên cứu cũng có thể được sử dụng cho các ứng dụng nông nghiệp. Chúng có thể được sử dụng để phát triển các chiến lược mới nhằm tối ưu hóa sự phát triển của cây trồng trong các điều kiện môi trường khác nhau và mang lại năng suất cây trồng tốt hơn.

LAN HƯƠNG