Tạo vân lá tương tự loài C4 trên lúa bằng cách điều khiển nồng độ chất điều tiết rễ ngắn (SHR) và nồng độ auxin

 Tạo vân lá tương tự loài C4 trên lúa bằng cách điều khiển nồng độ chất điều tiết rễ ngắn (SHR) và nồng độ auxin

Sự biểu hiện quá mức của SHR làm tăng cường sự phân chia tế bào trung diệp, dẫn đến giảm đáng kể mật độ gân lá. Tuy nhiên, phương pháp xử lý bằng auxin ngoại sinh đã dẫn đến sự gia tăng mật độ gân lá. Đáng chú ý, mô hình phân bố gân lá giống như ở thực vật C4 đã được tạo ra thành công bằng cách nâng cao đồng thời hàm lượng SHR và auxin trong lá lúa. Nguồn: Nhà xuất bản Khoa học của Trung Quốc.

 

Thực vật C4 được phân biệt bằng cấu trúc lá độc đáo được gọi là giải phẫu Kranz, được đặc trưng bởi các tế bào vỏ bọc bó mạch bên trong và các tế bào trung mô bên ngoài. Sự sắp xếp chuyên biệt này mang lại cho thực vật C4 một số lợi thế so với thực vật C3, bao gồm tốc độ quang hợp cao hơn cũng như hiệu quả sử dụng nitơ và nước vượt trội.

 

Cấu trúc Kranz này không chỉ xác định lá cây C4 mà còn thể hiện một đặc điểm then chốt trong quá trình chuyển đổi từ quang hợp C3 sang C4. Việc tăng mật độ bó mạch từ lâu đã được coi là bước khởi đầu quan trọng trong quá trình tiến hóa thực vật C4. Tuy nhiên, các cơ chế điều tiết quản lý mật độ gân lá vẫn còn khó nắm bắt.

 

Gen SHR mã hóa một yếu tố phiên mã mà trước đây đã được chứng minh là có vai trò điều chỉnh sự phát triển vỏ rễ và hình thành nốt sần ở cây họ đậu. Điều thú vị là nghiên cứu này tiết lộ vai trò mới của SHR trong việc điều chỉnh mật độ bó mạch ở lá. Cụ thể, đột biến gen SHR ức chế sự phân chia tế bào trung mô và làm tăng mật độ gân lá ở cả lúa và ngô.

 

Ngược lại, sự biểu hiện quá mức SHR từ các loài thực vật khác nhau (bao gồm cỏ linh lăng, lúa và ngô) sẽ kích thích mạnh mẽ sự phân chia tế bào trung diệp và làm giảm đáng kể mật độ gân lá ở lúa và ngô. Hơn nữa, các protein SHR định vị vào cả tế bào vỏ bó và tế bào trung mô ở lúa và ngô, với biểu hiện SHR tự nhiên tăng lên sẽ hình thành kiểu hình của các dòng biểu hiện quá mức SHR.

 

Những phát hiện này cho thấy mối quan hệ nghịch đảo giữa sự phong phú protein SHR và mật độ gân lá. Ngoài ra, việc xử lý bằng auxin ngoại sinh giúp tăng cường sự hình thành gân lá ở cây lúa. Điều thú vị là, bằng cách đồng thời tăng hàm lượng SHR và auxin trong lá lúa, các nhà nghiên cứu đã tạo thành công kiểu vân mạch giống C4 ở cây lúa.

 

Nhiều nghiên cứu trước đây đã chỉ ra rằng cả mức SHR và auxin đều tăng đáng kể ở các mô C4 so với các mô C3. Kết hợp với kết quả của nghiên cứu này, các tác giả đề xuất rằng sự điều hòa tăng cường đồng thời của SHR và auxin có thể là động lực chính cho sự chuyển đổi từ mô hình bó mạch C3 sang C4 ở thực vật một lá mầm.

 

Từ góc độ tiến hóa, sự gia tăng đồng thời SHR và auxin có thể mang lại cả sự tăng trưởng tế bào trung diệp và tốc độ biệt hóa tĩnh mạch tăng tốc ở thực vật một lá mầm C4 so với tổ tiên C3.

 

Tóm lại, những phát hiện này đã làm sáng tỏ mối tương tác đối kháng giữa SHR và auxin, cung cấp những hiểu biết quan trọng về sự hình thành gân C4 và có khả năng mở ra một con đường thú vị để nâng cao hiệu quả quang hợp của cây trồng C3.

 

Nghiên cứu được công bố trên tạp chí Science Bulletin.

 

Lê Thị Kim Loan theo Phys.org