Tìm hiểu cơ sở phân tử trong sự phát triển rễ phụ của cây lúa

Tìm hiểu cơ sở phân tử trong sự phát triển rễ phụ của cây lúa 

Lê Thị Kim Loan theo Phys.org

Khả năng biến đổi hệ thống rễ của cây lúa để thích nghi với điều kiện nước, ẩm độ trong đất xung quanh là một ví dụ tuyệt vời của hiện tượng gọi là tính dẻo kiểu hình. Tuy nhiên, cơ chế chính xác đằng sau điều này vẫn chưa được biết. Giờ đây, một nhóm quốc tế gồm các nhà nghiên cứu Nhật Bản, Úc và Philippines đã xác định vai trò của hai gen homeobox (WOX) liên quan đến WUSCHEL trong việc kiểm soát kích thước rễ cây mầm rễ phụ.

 

Cây lúa thường phát triển hai loại rễ phụ, xuất hiện từ rễ chính: kiểu S ngắn, mảnh và kiểu L dài và dày hơn. Sự khác biệt về kiểu hình của chúng tạo ra các khả năng khác nhau: hệ thống rễ phụ kiểu L thích hợp hơn để hút nước trong điều kiện khô hạn hoặc áp lực thẩm thấu. Phát triển thành từng loại hệ thống rễ phụ thuộc vào đường kính của chúng ở giai đoạn sơ khai (hoặc mô rễ ở giai đoạn phát triển sớm nhất của nó). Tuy nhiên, cơ sở phân tử cho những khác biệt này về kích thước mầm rễ chưa được biết đến.

 

Trong một nghiên cứu mới, được công bố trên Kỷ yếu của Viện Hàn lâm Khoa học Quốc gia, một nhóm các nhà nghiên cứu bao gồm Tsubasa Kawai, Akira Yamauchi và Yoshiaki Inukai từ Đại học Nagoya đã nổ lực tìm hiểu rõ hơn về các yếu tố di truyền ảnh hưởng đến kích thước rễ phụ của cây lúa. Phát biểu về tầm quan trọng của nghiên cứu này, Giáo sư Yamauchi nói: “Vì kiểu hình của rễ phụ được xác định bởi kích thước mầm rễ của nó, là một đặc điểm quan trọng đối với sự phát triển và duy trì cây lúa trong môi trường nước không ổn định, nghiên cứu của chúng tôi cung cấp những hiểu biết quan trọng để cải thiện sức sống cho cây lúa, dựa trên khả năng chống chịu đối với các áp lực từ môi trường thông qua sự phát triển dẻo dai của bộ rễ”.

 

Nhóm nghiên cứu đã tiến hành một loạt các thí nghiệm cắt bỏ đầu rễ gồm rễ tinh (một loại rễ phôi còn được gọi là rễ sơ cấp). Họ phát hiện ra rằng việc cắt bỏ đầu rễ ở cây đột biến có khiếm khuyết trong gen của rễ kiểu S tạo ra nhiều rễ kiểu L hơn so với quan sát thấy ở cây hoang dã. Phân tích di truyền của cây này cho thấy gen QHB/OsWOX5 chịu trách nhiệm cho hiện tượng này.

 

Phân tích sâu hơn đã khiến các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng OsWOX10, một gen tạo ra protein WOX, hiện diện quá mức ở rễ kiểu L. Các nhà nghiên cứu xác định rằng sự biểu hiện quá mức của OsWOX10 làm tăng đường kính của rễ kiểu L và các đột biến trong gen này ảnh hưởng đến độ dày của rễ bên kiểu L, cho thấy vai trò trung gian của nó giúp phát triển rễ kiểu L. Sự biểu hiện của này được phát hiện là có liên quan nghịch với hoạt động của QHB, với các đột biến trong QHB dẫn đến tăng LR kiểu L trong chủng WT.

 

Dựa trên những kết quả này, họ kết luận rằng kích thước ban đầu của rễ phụ thực sự chịu ảnh hưởng của hai gen quan trọng thuộc họ WOX, QHB và OsWOX10, được phát hiện có vai trò điều tiết đối lập nhau.

 

Giáo sư Inukai hy vọng về những ứng dụng tiềm năng của khám phá này, ông nói thêm: “Cải thiện độ dẻo kiểu hình của rễ là chìa khóa để sản xuất cây trồng tốt hơn với việc hút nước hiệu quả hơn. Phát hiện của chúng tôi có thể dẫn đến sự phát triển của các giống lúa chưa từng có với khả năng chịu hạn và góp phần vào đảm bảo sản xuất lúa gạo bền vững cho dân số ngày càng tăng trên thế giới”.