Các nhà nghiên cứu tại Trường Đại học Khoa học và Công nghệ Trung Quốc đã tìm ra cơ chế mang lại tiềm năng ứng dụng trong nhân giống cây kháng bệnh cao.
Phát hiện đáng kinh ngạc
Từ những năm 1950, các nhà khoa học đã nhận thấy, các mô phân sinh ở ngọn cây, hoặc mô phân sinh ngọn chồi (SAM), có khả năng lớn không nhiễm virus. Điều này xảy ra khi chúng sinh ra các tế bào con chuyên biệt.
Ngay cả khi phần còn lại của cây bị nhiễm virus, mô phân sinh ở cây hoặc ngọn chồi cũng sẽ không bị ảnh hưởng. Tình trạng này diễn ra không chỉ đối với một hay một vài virus, mà là rất nhiều loại.
Trong một nghiên cứu mới được công bố vào ngày 8/10 trên tạp chí Science, các nhà nghiên cứu tại Đại học Khoa học và Công nghệ Trung Quốc (USTC) đã công bố những phát hiện mới về khả năng đáng kinh ngạc này. Nhóm nghiên cứu đã cấy virus khảm dưa chuột vào cây cải xoong và theo dõi điều gì đã xảy ra.
Các protein WUSCHEL chống lại sự xâm nhập của virus bằng cách ức chế dây chuyền lắp ráp protein của tế bào gốc thực vật.
Tế bào gốc ở ngọn cây được biết là thứ có khả năng ngăn chặn virus, ngay cả khi sự lây nhiễm tàn phá phần còn lại của cây. Quá trình này từ lâu đã là một điều bí ẩn đối với các nhà khoa học. Nhờ nghiên cứu này, các nhà khoa học phát hiện ra điều đáng ngạc nhiên rằng, các protein WUSCHEL có tác dụng ức chế việc sản xuất protein của virus.
Zhong Zhao - tác giả nghiên cứu và là Giáo sư tại Trường Khoa học Đời sống thuộc USTC, cho biết: “Các nhà khoa học vô cùng hứng thú với việc liệu chiến lược này có thể được áp dụng trong nhân giống để tạo ra các giống cây trồng kháng virus phổ rộng trong tương lai hay không”.
Khi virus lây lan về phía mô phân sinh ngọn chồi, các nhà nghiên cứu nhận thấy rằng, tình trạng đó dừng lại ngay trước khi đến vùng được gọi là miền biểu hiện WUSCHEL. Sau khi xem xét kỹ lưỡng sự phân bố của các protein điều hòa WUSCHEL tại đây, các nhà nghiên cứu phát hiện ra sự xuất hiện nhiều hơn ở nơi virus cố gắng hình thành khi được cấy ghép.
WUSCHEL là một protein vô cùng quan trọng, đóng vai trò then chốt trong việc quyết định số phận tế bào gốc ở giai đoạn đầu của quá trình phát triển phôi thực vật. Đồng thời, protein này cũng giám sát các mô phân sinh, duy trì chúng ở trạng thái không phân biệt và chỉ định loại tế bào con sẽ sản xuất.
Sau đó, các nhà nghiên cứu cấy virus trực tiếp vào tế bào gốc ở đoạn dưới của cải xoong. Họ nhanh chóng nhận thấy, virus chỉ lây lan ở vùng sau.
Chia sẻ về hiện tượng này, Giáo sư Zhong Zhao cho biết: “Có một chất hóa học gọi là dexamethasone. Chất này có thể tạo ra các protein WUSCHEL trong các cây trồng thử nghiệm của chúng tôi. Sau đó, chúng tôi sử dụng dexamethasone để điều trị một số cây. Tuy nhiên, một số cây sẽ không được điều trị”.
Kết quả cho thấy, khoảng 89% cây trồng không được can thiệp đã nhiễm virus. Trong khi đó, có tới 90% cây được xử lý không bị virus tấn công.
Đánh bại virus như thế nào?
Các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng, các protein WUSCHEL có tác dụng ức chế quá trình sản xuất protein của virus. Virus không thể tạo ra các protein của riêng chúng.
Thay vào đó, chúng chiếm lấy dây chuyền lắp ráp protein của một sinh vật và khiến nó tạo ra các bản sao của virus. Các protein WUSCHEL có vai trò rất quan trọng trong việc điều chỉnh mô phân sinh ngọn chồi.
Về bản chất, WUSCHEL đã đóng băng tất cả quá trình sản xuất protein, dù là chính cây trồng hay khi bị virus tấn công. Do đó, thành công ngăn chặn sự tái tạo của virus.
Virus là cơ thể sống chỉ có hai thành phần: Protein và axit nucleic. Nếu muốn sinh sản, virus phải sử dụng tất cả các hệ thống hoạt động sống trong tế bào chủ, bao gồm cả quá trình tổng hợp protein, các dưỡng chất.
Nói cách khác, một khi virus xâm nhập vào các tế bào khỏe mạnh của vật chủ, virus chiếm đoạt các hệ thống hoạt động sống trong tế bào vật chủ để phục vụ cho chính nó.
Protein WUSCHEL trong tế bào gốc phổ biến ở thực vật bậc thấp đến bậc cao. Đối với tế bào gốc thực vật, protein kháng virus WUSCHEL có thể “đóng băng” hệ thống tổng hợp protein ở thực vật. Bằng cách đó, sau khi virus xâm nhập vào tế bào thực vật, nó không thể sử dụng hệ thống này để tổng hợp protein cho chính nó, không thể sinh sản và lây lan.
Thử nghiệm với nhiều loại virus, các nhà nghiên cứu xác nhận, protein WUSCHEL có thể ức chế sự lây nhiễm giữa nhiều loại virus. Điều này cho thấy khả năng miễn dịch của protein WUSCHEL có phổ rộng. Ngoài ra, protein WUSCHEL cũng có thể trở thành vũ khí trung gian để các tế bào khác chống lại virus.
Giáo sư Zhao Zhong cho biết, bước tiếp theo, nhóm nghiên cứu dự định ứng dụng kết quả này vào nhân giống cây trồng dựa trên công nghệ tiến hóa protein nhân tạo. Điều này giúp sàng lọc các protein kháng bệnh cao và chuyển chúng vào nhiều loại cây trồng khác nhau.
Mặc dù vậy, các nhà nghiên cứu đang tìm hiểu thêm về khả năng kháng virus phổ rộng của tế bào gốc thực vật. Hiện có hơn 1.000 loại virus thực vật được biết đến, có thể gây hại cho cây trồng nhưng chỉ có một vài phương pháp nhắm vào số ít loại virus.
| Khả năng tiêu diệt virus ở bộ phận quan trọng nhất của cây đã được các nhà khoa học và nông dân khai thác từ nhiều năm trước. Nhờ đó, họ có thể trồng cây mới từ những cây hiến tặng bị nhiễm bệnh, nhưng không truyền virus. Tất cả việc cần làm là cắt một phần nhỏ của cây, nuôi một thời gian trong ống nghiệm hoặc đĩa petri, và lặp lại nhiều lần. Phần cây còn lại sau khi bị cắt thường phát triển khỏe mạnh. |