Các nhà khoa học đã xác định được hoạt tính của peptide cho sự phát triển ống phấn trên cây lúa

  Các nhà khoa học đã xác định được hoạt tính của peptide cho sự phát triển ống phấn trên cây lúa

Dương Thị Lan Oanh theo Phys.org

Thụ phấn kép là một cơ chế phức tạp ở thực vật có hoa, nơi hợp nhất của hai tế bào  hạt phấn và noãn để tạo thành túi phôi. Để đạt được điều này, hạt phấn được giải phóng di chuyển tới đầu nhụy, hút nước và nảy mầm trong ống phấn. Do vậy sự kéo dài của ống phấn rất quan trọng cho sự nảy mầm và quá trình thụ phấn kép, do đó ảnh hưởng đến năng suất hạt của cây.

 

Quá trình thụ phấn cần có các hormone peptide được gọi là các yếu tố kiềm hóa nhanh (RALF) liên quan đến quá trình truyền tín hiệu. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng RALF đóng một vai trò quan trọng trong sự phát triển của ống phấn. Tuy nhiên, vai trò của chúng đối với cây một lá mầm như lúa vẫn chưa được xác định.

 

Mới đây, một nhóm các nhà nghiên cứu từ Hàn Quốc, đứng đầu bởi trợ lý giáo sư Yu-Jin Kim từ Bộ môn Khoa học Đời sống và Hóa sinh Môi trường tại Đại học Quốc gia Pusan, các nghiên cứu sinh tiến sỹ Eui-Jung Kim từ Đại học Kyung Hee đã xác định và mô tả hai peptide RALF trong cây lúa (Oryza sativa). Nghiên cứu của họ đã được đăng trực tuyến trên Journal of Integrative Plant Biology.

 

Nhóm nghiên cứu đã phân tích trình tự protein từ cơ sở dữ liệu Dự án giải trình tự gen ở lúa và xác định được 41 gen RALF. Trong số đó, OsRALF17 và OsRALF19 được thể hiện với số lượng lớn trong phấn hoa và vòi nhị. Các nhà nghiên cứu đã mô tả các peptide tương ứng của chúng bằng cách sử dụng thiết bị phân lớp đảo chiều xen kẽ lặp lại đều đặn (CRISPR)/CRISPR hệ thống protein liên kết 9 (Cas9) (bằng cách sử dụng trong cắt đoạn DNA).

 

Họ đã tạo ra các đột biến loại bỏ trực tiếp trong đó một hoặc cả hai gen RALF đặc hiệu của phấn hoa không được biểu hiện. Khi thiếu OsRALF17 và OsRALF19 biểu hiện gây ra hiện tượng bất thụ đực gần như hoàn toàn ở cây lúa với các khiếm khuyết trong quá trình hydrat hóa hạt phấn (thiếu sự vận chuyển nước tới vòi nhị), sự nảy mầm và phát triển ống phấn cho thấy tầm quan trọng quan trọng của chúng trong cơ quan sinh sản đực và tạo hạt. Điều thú vị là, khi các peptide OsRALF17 và OsRALF19 tổng hợp được áp dụng ngoại sinh cho các thể đột biến loại trực tiếp, chúng đã đảo ngược một số khiếm khuyết về khả năng sinh sản của chúng.

 

Giải thích về các ứng dụng thực tế của RALF, tiến sỹ Kim nói: "Các peptide RALF có thể kiểm soát quá trình thụ tinh ở thực vật bằng cách hoạt động như các hormone hóa học tự nhiên và các chất kiểm soát sinh học". Để kiểm tra tiềm năng của OsRALF ngoại sinh với vai trò là chất kiểm soát sinh học, nhóm nghiên cứu đã thêm hai peptit ở nồng độ thấp vào cây lúa bình thường, giúp tăng cường sự kéo dài của ống phấn hoa. Ngoài ra, hiệu ứng này dường như phụ thuộc vào liều lượng vì OsRALFs ức chế sự nảy mầm và phát triển của ống phấn hoa ở nồng độ cao hơn. Do đó, OsRALFs có thể kiểm soát sự cân bằng của sự phát triển của ống phấn.

 

Cuối cùng, các nhà nghiên cứu đã tiến hành các thí nghiệm phiên mã và protein để hiểu cơ chế hoạt động của OsRALF17 và OsRALF19. Họ phát hiện ra rằng cả hai peptide liên kết với một thụ thể protein có tên là Oryza sativa chuyển gen đực khiếm khuyết 2 (OsMTD2) và truyền tín hiệu thông qua các loại oxy phản ứng, tạo điều kiện cho sự nảy mầm của ống phấn hoa và duy trì tính toàn vẹn của cây lúa.

 

Nghiên cứu này cung cấp những hiểu biết mới về vai trò của RALF và OsMTD2 trong việc thụ phấn cho cây lúa, có khả năng mang lại lợi ích cho nông nghiệp. "Lúa là một trong những cây lương thực quan trọng nhất và biến đổi khí hậu toàn cầu đòi hỏi phải có các nguồn gen và giống cây trồng mới để sản xuất tốt hơn. Vì sự phát triển của các giống cây trồng mới đòi hỏi các dòng bất dục đực nên việc kiểm soát khả năng sinh sản của con đực thông qua các peptide RALF hoặc các dòng đột biến RALF có thể hữu ích cho nhân giống cây trồng... Ngoài ra, nguồn gen hữu ích từ cây lúa có thể được áp dụng cho các loại cây trồng khác”, TS. Kim kết luận.

Các nhà khoa học ở trường đại học quốc gia Pusan xác định 2 RALF OsRALF17 và OsRALF19 trong cây lúa (Oryza sativa) và đặc tính, vai trò của chúng trong quá trình nảy mầm kéo dài ống phấn trong quá trình thụ phấn. Nguồn: Yu-Jin Trường Đại học quốc gia Pusan.