Những hiểu biết mới về cách Phytochromes giúp thực vật

Phytochromes giúp cây phát hiện hướng, cường độ và thời lượng ánh sáng; thời gian trong ngày; cho dù đó là đầu, giữa hay cuối của một mùa; và thậm chí cả màu sắc của ánh sáng, điều quan trọng để tránh bóng râm từ các cây khác. Đặc biệt, phytochromes còn giúp cây phát hiện nhiệt độ.

Nghiên cứu mới của trường Đại học Washington tại St. Louis giúp giải thích cách một số ít phytochromes được tìm thấy trong mỗi loài thực vật phản ứng khác nhau với cường độ ánh sáng và nhiệt độ, do đó tạo điều kiện cho các loài thực vật sinh sống trên hành tinh trái đất từ nhiều triệu năm trước và cho phép chúng thích nghi với tất cả các môi trường .

Nghiên cứu mới từ phòng thí nghiệm của Richard D. Vierstra, Giáo sư Sinh học về Nghệ thuật & Khoa học George và Charmaine Mallinckrodt, được công bố tuần này trong Kỷ yếu của Viện Hàn lâm Khoa học Quốc gia (PNAS).

Lần đầu tiên, các nhà sinh học này đã mô tả đầy đủ họ phytochrome từ cây mô hình chung Arabidopsis thaliana ở cấp độ sinh hóa. Các nhà khoa học cũng mở rộng đặc tính đó vào phytochromes của hai loại cây lương thực quan trọng: ngô và khoai tây.

Thay vì nhận thấy rằng tất cả các phytochrome đồng dạng đều giống hệt nhau, họ đã tìm thấy sự khác biệt đáng kinh ngạc.

Vierstra nói: “Một rào cản lớn đối với việc hiểu cách phytochromes chỉ đạo hầu hết yếu tố tăng trưởng và phát triển của thực vật là xác định cách các đồng dạng liên quan hoạt động chung và duy nhất để điều chỉnh các hoạt động cụ thể của tế bào. Thực vật thường biểu hiện ba hoặc nhiều phytochromes. Ai cũng biết rằng thực vật có thể phản ứng với nhiều cường độ ánh sáng nhưng các yếu tố khác như mức độ biểu hiện và tiềm năng phát tín hiệu có thể xảy ra.

Vierstra nói: “Bây giờ chúng ta biết rằng các đặc tính lý sinh khác nhau của các đồng dạng cũng làm nền tảng cho các tiềm năng tín hiệu độc đáo trong các họ thụ thể quang phytochrome của thực vật. Những đặc tính này thể hiện rõ ràng trong các họ Phy ở thực vật từ Arabidopsis đến ngô và khoai tây, cho thấy rằng chúng có thể xuất hiện rất sớm trong quá trình tiến hóa phytochrome".

Hiểu biết sâu hơn về các protein này sẽ cho phép các nhà khoa học sử dụng phytochromes làm công cụ cả trong nông nghiệp và nghiên cứu trong lĩnh vực di truyền quang học, đã sử dụng phytochromes để kiểm soát chính xác các sự kiện tế bào chỉ bằng cách chiếu ánh sáng.

Zachary Gannam, nghiên cứu sinh sau tiến sĩ về sinh học trong Nghệ thuật & Khoa học và là đồng tác giả đầu tiên của bài báo mới nói: “Điều đáng chú ý là cách hai phytochromes Arabidopsis chính phản ứng khác nhau với các mức độ ánh sáng khác nhau. Kết quả cũng cho thấy tại sao PhyB có thể có vai trò lớn nhất trong cách thực vật cảm nhận nhiệt độ - điều mà sẽ trở nên quan trọng hơn khi nhiệt độ trái đất đang nóng lên".

E. Sethe Burgie, nhà khoa học nghiên cứu về sinh học và đồng tác giả đầu tiên của bài báo mới cho biết: "Cuộc đấu tranh sinh tồn của thực vật khá xa lạ đối với chúng ta. Chúng bám rễ tại chỗ và phải ngay lập tức thích nghi với môi trường sống hoặc bị diệt vong". Ông tiếp tục: “Các phản ứng phân loại với ánh sáng rất quan trọng để kiểm soát sự phát triển thích hợp của thực vật khi cây trồng thích nghi với môi trường của nó. Chúng là một phần không thể thiếu để phát hiện ra các giờ ánh sáng ban ngày tăng hoặc giảm để cho phép ra hoa và kết hạt vào mùa thích hợp".

Trong những tháng tới, các nhà nghiên cứu có kế hoạch sửa đổi và trồng các loại cây xuất hiện các biến thể và sự kết hợp khác nhau của phytochromes trong phòng thí nghiệm, nhằm điều chỉnh cảm giác ánh sáng và nhiệt độ của cây trồng vì lợi ích nông nghiệp.

Trường Đại học Washington tại St. Louis

Đỗ Quyên dịch

Nguồn: Lab Manager- Hoa Kỳ