Nghiên cứu về cơ chế phản ứng với nhiệt độ ở thực vật

     Các nhà khoa học của Đại học Riverside (UCR) đã có sự đóng góp lớn trong lĩnh vực kiểm soát phản ứng của thực vật đối với nhiệt độ trên một hành tinh đang nóng lên nhanh chóng. Chìa khóa của bước đột phá này là miRNA, một phân tử nhỏ hơn gần 200.000 lần so với chiều rộng của sợi tóc người.

    Khi nhiệt độ tăng vừa phải, cây mọc cao hơn để tránh mặt đất nóng hơn và nhận không khí trong lành hơn. Một nghiên cứu mang tính bước ngoặt được công bố trên tạp chí Nature Communications chứng minh rằng microRNA hoặc miRNA là cần thiết cho sự tăng trưởng này. Nghiên cứu cũng xác định những phân tử miRNA nào - trong số hơn 100 khả năng - là những phân tử thiết yếu.

    Giáo sư thực vật học của UCR và đồng tác giả nghiên cứu Meng Chen cho biết “Chúng tôi phát hiện ra rằng nếu không có miRNA, thực vật sẽ không phát triển, ngay cả khi chúng ta tăng nhiệt độ, ngay cả khi có thêm hormone tăng trưởng.”

    RNA là một axit nucleic có trong tất cả các tế bào sống và vai trò của nó là hoạt động như một sứ giả mang các hướng dẫn từ ADN của tế bào để tạo ra nhiều loại protein. MicroRNA cũng cần thiết cho sự phát triển lành mạnh trong các tế bào sinh học. Nó được tạo ra để liên kết với một RNA mục tiêu cụ thể.

   Xuemei Chen, Giáo sư thực vật học UCR và đồng tác giả nghiên cứu cho biết: “MiRNA ức chế quá trình sản xuất RNA mục tiêu của nó bằng cách tạo ra sự phân cắt trong RNA mục tiêu của nó hoặc bằng cách ức chế RNA mục tiêu của nó dịch mã thành một protein khác”.

   Phòng thí nghiệm của Xuemei Chen tại UCR đã giúp khám phá ra miRNA ở thực vật. Phòng thí nghiệm của Meng Chen trước đây đã xác định được các thành phần liên quan đến giai đoạn đầu nhạy cảm với nhiệt độ của thực vật. Hai nhóm nhà khoa học đã hợp tác để tìm hiểu xem liệu miRNA, vốn rất quan trọng đối với các dạng sống khác, có đóng một vai trò trong phản ứng với nhiệt độ của thực vật hay không.

    Đối với thử nghiệm này, các nhà khoa học chỉ xem xét mức tăng nhiệt độ nhẹ, từ 21 đến 27 độ C. Để tham khảo, nhiệt độ phòng trung bình khoảng 20 độ C. Meng Chen nói: “Chúng tôi không xem xét phản ứng căng thẳng. Chúng tôi muốn nghiên cứu cảm biến nhiệt độ mà không nâng nó lên mức có thể giết chết cây trồng”.

    Các nhà nghiên cứu đã lấy cây Arabidopsis, một loài thực vật có hoa nhỏ có họ hàng với cây mù tạt và bắp cải, và nghiên cứu các dạng đột biến với hàm lượng miRNA rất thấp. Không có miRNA, cây Arabidopsis đột biến không thể phản ứng với sự thay đổi nhiệt độ như lẽ ra nó phải có.

    Sau đó, họ đã làm một thí nghiệm di truyền học. Xuemei Chen cho biết: “Chúng tôi đã tự hỏi liệu chúng tôi có thể tạo thêm đột biến trên cây Arabidopsis đột biến bị thiếu hụt trong việc tạo ra miRNA và khôi phục khả năng cảm nhận nhiệt độ của chúng hay không”.

    Bà Xuemei Chen cho biết thí nghiệm thứ hai đã tiết lộ một gien chịu trách nhiệm phục hồi mức độ miRNA cũng như khả năng cảm nhận nhiệt của cây.

    Tiếp theo, nhóm nghiên cứu phải đối mặt với một thách thức trong việc tìm kiếm miRNA chính xác liên quan đến phản ứng nhiệt độ. Arabidopsis sản xuất 140 phân tử miRNA. Các nhà khoa học cho rằng mức độ của các phân tử chịu trách nhiệm sẽ tăng lên khi nhiệt độ tăng lên, nhưng thực tế không xảy ra như vậy.

     Nhớ lại rằng miRNA liên kết và vô hiệu hóa các phân tử RNA mục tiêu, thay vào đó, nhóm nghiên cứu đã xem xét mức độ phân tử RNA mục tiêu khác nhau trong cây Arabidopsis đột biến ban đầu và trong cây đột biến thứ hai mà họ tạo ra.

    Xuemei Chen cho biết: “Khi nhìn vào điều này, chúng tôi thấy các mục tiêu của 14 miRNA đã thay đổi và bên cạnh các mục tiêu đó, chúng tôi cũng tìm thấy miRNA.”

    Sau khi đã xác định đúng phân tử miRNA, nhóm nghiên cứu cuối cùng đã đưa ra một bức tranh toàn diện về phản ứng nhiệt độ. Nó liên quan đến hai phần thiết yếu: các phân tử cảm nhận nhiệt độ và auxin, một loại hormone cho phép phản ứng với những gì được cảm nhận bằng cách thúc đẩy sự phát triển của thực vật.

    Meng Chen nói: “Ở giữa cảm biến và bộ phản hồi là miRNA. Không có nó, thực vật có thể cảm nhận được nhiệt nhưng không thể phản ứng với nó bằng cách phát triển. miRNA có thể ngăn chặn hoặc cho phép thực vật đối phó với sự thay đổi nhiệt độ môi trường”.

    Trong các thí nghiệm của họ, nhóm nghiên cứu nhận thấy miRNA cũng cần thiết cho phản ứng của thực vật đối với bóng râm phản chiếu từ các cây lân cận.

    Meng Chen cho biết: “Khám phá của chúng tôi đã kết nối giữa ba yếu tố được tìm thấy trong tất cả các loại thực vật đóng vai trò then chốt trong phản ứng của thực vật với môi trường của chúng. Điều này bao gồm các cảm biến theo dõi sự thay đổi nhiệt độ và ánh sáng, hormone thúc đẩy sự phát triển của thực vật và miRNA kiểm soát sự phát triển của thực vật.”

    Các nhà nghiên cứu hy vọng phát hiện của họ có thể được sử dụng để tăng năng suất cây trồng khi khí hậu thay đổi.

     Meng Chen nói: “Tiềm năng là chúng tôi sử dụng điều này để điều khiển phản ứng của thực vật đối với điều kiện nhiệt độ và ánh sáng địa phương và kiểm soát sự phát triển của chúng trong các môi trường đa dạng.”

                                                                 Võ Thị Dung: Nguồn iasvn.org