Cơ quan nào giúp cây tăng trưởng?

Các chuyên gia nghiên cứu Viện Y Khoa Howard Hughes vừa công bố khám phá mới được tiến hành bền bỉ hơn 1 thập kỉ về việc đánh giá sự truyền tin giữa những loại mô thực vật khác nhau và lần đầu tiên cho thấy thực vật “quyết định” tăng trưởng bằng cách nào.

Nghiên cứu được tiến hành bởi Sigal Savaldi-Goldstein và điều tra viên Joanne Chory viện Y khoa Howard Hughes tại Viện Nghiên Cứu Sinh Học Salk đã đặt dấu chấm hết cho cuộc tranh cãi hàng thế kỉ về vấn đề hệ thống mô nào trên thực vật thúc đẩy và hạn chế quá trình tăng trưởng của tế bào.

Savaldi-Goldstein nghiên cứu sinh sau tiến sĩ ở phòng thí nghiệm của Chory cho biết nghiên cứu cho thấy có sự trao đổi thông tin giữa các tế bào suốt quá trình tăng trưởng từ lớp biểu bì bên ngoài cho đến các lớp bên trong. Dạng phương thức truyền tin như vậy rất quan trọng trong việc duy trì sự tăng trưởng hợp lý và chặt chẽ trên mầm thực vật.

Nhóm nghiên cứu của Chory lưu ý đến việc nhận dạng cơ chế mà thực vật biến đổi về hình dạng và kích cỡ để thích ứng với môi trường thay đổi. Chory dùng Arabidopsis một dạng giống mù tạc làm đặc trưng giống như các chuyên gia di truyền học dùng chuột cho thí nghiệm.

Trong hình là mầm của những cây Arabidopsis. Bên trái là loại thực vật hoang dã, bên phải là kết quả đột biến thụ quan hormone điều tiết tăng trưởng (bri1) và ở giữa là bri 1 trên thực vật mà thụ quan được được truyển chỉ trên lớp L1 (lớp biểu bì).

Vậy thì bằng cách nào những cơ chế này quyết định đâu là thời điểm tăng trưởng, đâu là thời điểm kết thúc?. Đây là những câu hỏi cực kỳ quan trọng đối với thực vật bởi vì chúng cắm rễ vào đất và buộc phải biến đổi hình dạng và kích thuớc để chống chọi với môi truờng xung quanh. Vì vậy, đó chính là sự đòi hỏi để sinh tồn. Chory cho biết họ phải mất 10 năm khai thác tất cả các cách thức để trả lời câu hỏi này và đã rất hài lòng với kết quả tìm thấy.

Nghiên cứu này được đăng trên tập san Nature số ra ngày 8/3/2007, như chúng ta biết rễ và mầm là hai cơ quan quan trọng trong cây, các nhà khoa học đã tiến hành khảo sát trên mầm và 3 lớp mô bên trong góp phần tạo nên hệ thống mầm gồm: lớp biểu bì bảo vệ có kết cấu như sáp; lớp mô thịt chứa những tế bào lạp lục giúp tiến hành quá trình quan hợp và lớp mô mạch giúp vận chuyển nước và các chất dinh dưỡng.

Suốt 1 thập kỉ qua, Chory đã tiến hành một loạt các khám phá quan trọng liên quan đển loại hormon thực vật chủ yếu được gọi là brassinosteroids (hayBAs)- hormone điều tiết tăng trưởng cũng như những thu quan của các hormon này và các nhân tố di truyền giúp điều hoà việc sản xuất và hấp thụ của hormon trong các lớp mô thực vật khác nhau.

Theo Chory, thì BAs là hormon tăng trưởng có ảnh hưởng lớn tới phản ứng ánh sáng của thực vật. Những phản ứng đó bao gồm điều hoà sự tăng trưởng thực vật để cây đón ánh sáng và việc củng cô các tế bào gốc nuôi lá, đó chính là trọng tâm của sự sinh tồn ở thực vật. Sự sinh tổng hợp BAs đã trở thành một phần quan trọng trong nghiên cứu sinh học với những ứng dụng quan trọng trong thương mại nông nghiệp.

Vấn đề của việc tranh cãi lâu dài là có hay không một trong những lớp mô này kiểm soát việc tăng trưởng thực vật hay là cả 3 lớp mô cùng kết hợp. Chory nói thêm nghiên cứu chỉ rõ lớp biểu bì chính là cơ quan kiểm soát cả việc xúc tiến hay hạn chế sự tăng trưởng. Ngoài ra, các tế bào trong lớp biểu bì “giao tiếp” với các tế bào của những lớp bên trong truyền đạt rằng chúng nên phát triển.

Savaldi-Goldstein phát hiện ra dấu hiệu tăng trưởng bắt nguồn từ lớp biểu bì bằng thí nghiệm thực vật thấp Arabidopsis và biểu hiện của hormon BAs trên các lớp bên ngoài và bên trong của mầm.

Khi hormon BAs được biểu hiện và bị các thụ quan của lớp biểu bì giữ lại, những cây Arabidopsis này tăng trưởng đến hết cỡ. Savaldi-Goldstein và Chory cũng nhận thấy rằng khi 1 gen trong lớp biểu bì biểu hiện đã khử hoạt tính của BAs, thì cây trồng sẽ bị hạn chế sự tăng trưởng. Do đó, việc ra hiệu tế bào được bắt đầu trong lớp biểu bì và tiếp tục vào các lớp mô bên trong để điều khiển việc tăng trưởng hay hạn chế.

Lớp biểu bì bên ngoài giúp cây trồng giữ nước và điều hoà việc trao đổi khí, đóng vai trò quan sát môi trường, thông tin tới mô thực vật khi nào là điều kiện thích hợp để tăng trưởng hoặc kìm nén ở điều kiện chưa thích hợp. Cần nghiên cứu hơn nữa để xác định tất cả các dấu hiệu phát ra mối quan hệ mật thiết giữa các tế bào của lớp biểu bì và các tế bào bên trong của mầm.

Chory nói thêm nghiên cứu của họ cho thấy mô mục tiêu chính yếu đại diện cho những hormon steroid trong mầm chính là lớp biểu bì, những hormone này hoạt động cục bộ, như những nghiên cứu tương tự được tiến hành trên hormon của một loại thực vật khác và ở những cơ quan khác như rễ, chúng ta sẽ biết được những địa điểm hoạt động chủ chốt của hormon thực vật và có thể tạo ra những mô hình mẫu để dự đoán xem chúng kết hợp hoạt động như thế nào nhằm tăng sự đa dạng đáng kể hình dáng và dạng ở thực vật có hoa.

Trong khoảng thời gian ngắn, nghiên cứu là một bổ sung phần quan trọng phần kiến thức cơ bản về sự tăng trưởng và sinh tồn của thực vật. Tuy nhiên nghiên cứu vẫn cần phải có những kết quả khái quát hơn.

Chory kết luận nếu muốn cung cấp lương thực cho hơn 9 tỷ người trên trái đất vào năm 2050, thì việc nhận thức những cơ chế cơ bản về sự tăng trưởng thực vật là điều cần thiết. Nó có khả năng giúp tăng sản lượng trong khi vẫn có thể giảm phân bón và thuốc trừ sâu.

Ánh Phượng