Trang chủCác nhà nghiên cứu trường Đại học Purdue phát hiện ra rằng các cây trồng biến đổi gien sản xuất lượng lớn một protein gọi là PYL9 làm tăng đáng kể khả năng chịu hạn ở lúa và các cây mô hình Arabidopsis. Trong điều kiện hạn hán nghiêm trọng, cây biến đổi gien sẽ làm các lá già chết đi – đây được gọi là quá trình lão hóa nhằm bảo tồn nguồn lực cho hạt và chồi.
Nghiên cứu này cung cấp cái nhìn sâu hơn đối với cơ chế sống sót qua hạn hán của thực vật và đưa ra cách thức có thể bảo vệ cây trồng khỏi khô hạn nghiêm trọng.
Yang Zhao, tác giả đầu tiên của nghiên cứu trong phòng thí nghiệm Jian-Kang Zhu tại Cục trồng trọt cho biết: “Nghiên cứu này cho thấy sự lão hóa có kiểm soát là tốt cho các cây trồng trong điều kiện hạn hán. Sự kết hợp của cái chết và sự sống tương tự như một chiến lược phân loại. Nếu lá già chết, sau đó các chồi và lá nhỏ có thể đạt được sự sống”.
Bởi vì cây trồng không thể chạy trốn khỏi hạn hán, cây phải thực hiện một loạt các chiến lược tồn tại trong khi chờ đợi điều kiện tốt hơn. Phản ứng với hạn hán của chúng được kiểm soát bởi một hoóc-môn gọi là axit abscisic (ABA) điều hòa sự tăng trưởng và phát triển và chỉ đạo phản ứng của thực vật với stress.
Phản ứng hạn ngắn hạn của thực vật trong điều kiện hạn hán bao gồm đóng lỗ khí khổng và tạo ra thêm sáp để lưu giữ độ ẩm trong lá. Tình trạng hạn hán dài hạn chuyển nước và dinh dưỡng từ lá vào các mô như hạt và chồi là các khu vực tạo sự tăng trưởng mới.
Zhao và các nhà nghiên cứu khác đã phát hiện rằng việc biến đổi gien cây trồng để có protein PYL9 làm tăng độ nhạy cảm với ABA. Những thay đổi gien này kích hoạt cây Arabidopsis và cây lúa giúp các cây này chịu đựng được tốt hơn các điều kiện hạn hán nghiêm trọng và khiến lá già chuyển sang màu vàng sớm hơn so với các cây khác.
Lúa biến đổi gien PYL9 có tỷ lệ sống sót 50% sau một đợt hạn hán kéo dài hai tuần so với tỷ lệ sống 10% của các giống lúa hoang dại. Tuy nhiên, Zhao cảnh báo sự tăng vọt trong tỷ lệ sống không có nghĩa là năng suất của cây trồng biến đổi gien trong điều kiện hạn hán sẽ bằng năng suất của các giống lúa thông thường trong điều kiện phát triển tốt. Nghiên cứu này đã không xem xét yếu tố sản lượng.
Các gien không ảnh hưởng đến sinh trưởng và phát triển của cây trồng trong điều kiện bình thường, điều này cho thấy rằng các gien này có thể được sử dụng để cải thiện khả năng chịu hạn của cây trồng.
Jian-Kang Zhu, Giáo sư Sinh học thực vật và là tác giả chính của nghiên cứu cho biết: “Việc tìm ra các chức năng cụ thể của protein PYL là không đơn giản. Nghiên cứu này không chỉ nêu lên chức năng của PYL9 trong các điều kiện căng thẳng mà còn thể hiện một tiềm năng lớn cho việc sử dụng PYL9 để cải thiện khả năng chịu hạn của thực vật”.
Thật bất ngờ, trong điều kiện bình thường, ở cây biến đổi gien, các lá già bắt đầu héo rũ, mặc dù cây trồng đã nhận đủ nước. Điều này cho thấy rằng cây trồng đã chặn sự tiếp xúc với nước của các lá già, ưu tiên nước dành cho việc phát triển các mô thay thế.
Nhóm nghiên cứu kết luận rằng trong điều kiện hạn hán nghiêm trọng, cây biến đổi gien tăng sự lão hóa và thúc đẩy quá trình chết của các lá già trong khi bảo vệ các mô trẻ bằng cách làm chúng rơi vào quá trình ngủ đông. Nghiên cứu cũng cho thấy rằng sự gây lão hóa đó là một chiến lược phòng vệ có lợi trong hạn hán. Nghiên cứu được công bố trong Kỷ yếu của Viện hàn lâm Khoa học vào thứ Hai ngày 1/2/2016.
Theo phys.org