Thứ sáu, 30/07/2021 | 12:00

Thứ sáu, 30/07/2021 | 12:00

Kiến thức khoa học

Cập nhật 10:48 ngày 15/06/2021

Xác định protein kích hoạt phản ứng của thực vật đối với sự thiếu hụt nitơ

Nitrat rất quan trọng cho sự phát triển của thực vật, vì vậy thực vật đã phát triển các cơ chế phức tạp để đảm bảo hấp thụ đủ nitrat từ môi trường. Trong một nghiên cứu mới được công bố trên tạp chí Nature Plants, các nhà nghiên cứu tại Đại học Nagoya, Nhật Bản, đã xác định được một loại enzyme thực vật để kích hoạt cơ chế hấp thụ nitrat để phản ứng với tình trạng đói nitơ. Phát hiện này giải thích cách thực vật đáp ứng nhu cầu của chúng trong môi trường không thuận lợi, từ đó mở ra cánh cửa để cải thiện nông nghiệp trong môi trường như vậy.

Các vùng màu xanh lam trong cây này chứa protein CEPH, kích hoạt protein vận chuyển nitrat NRT2.1 để phản ứng với tình trạng thiếu nitơ Ảnh: Yoshikatsu Matsubayashi
Khi nồng độ nitrat dồi dào trong môi trường, cây trồng có thể đạt được mức hấp thụ nitrat thích hợp bằng cách dựa vào thứ được gọi là "hệ thống vận chuyển có ái lực thấp". Nhưng khi nitrat trở nên khan hiếm trong môi trường cục bộ của thực vật, nó có thể cần chuyển sang một cơ chế hấp thụ nitrat mạnh hơn được gọi là "hệ thống vận chuyển ái lực cao". Ở cây Arabidopsis thường được dùng làm sinh vật mẫu cho nghiên cứu sinh học thực vật, protein NRT2.1 đóng một vai trò quan trọng trong hệ thống vận chuyển ái lực cao. Điều thú vị là khi cây Arabidopsis tổng hợp protein NRT2.1, ban đầu chúng tạo ra một loại protein không hoạt động, sau đó có thể được kích hoạt khi hệ thống vận chuyển có ái lực cao cần thiết.
Quá trình tổng hợp một protein "đông" có thể được kích hoạt sau này đã khiến Tiến sĩ Yoshikatsu Matsubayashi của Đại học Nagoya tò mò, nhưng ông nhận thấy một logic nhất định trong quá trình tổng hợp protein chuẩn bị này; ông lưu ý, "Protein không thể được tổng hợp khi sự thiếu hụt nitơ xảy ra." Nói cách khác, thực vật cần tổng hợp các protein trong một hệ thống vận chuyển có ái lực cao trước khi sự thiếu hụt nitơ đòi hỏi phải sử dụng các protein đó, vì bản thân sự thiếu hụt nitơ sẽ gây khó khăn cho việc tổng hợp các protein mới. Để hiểu rõ hơn về hệ thống đáng chú ý này, Tiến sĩ Matsubayashi và các đồng nghiệp của ông đã xác định loại protein kích hoạt NRT2.1 để phản ứng với tình trạng đói nitơ.
Các nghiên cứu trước đây đã chỉ ra rằng một peptide được gọi là CEP trong rễ cây đóng một vai trò quan trọng trong việc kích hoạt các con đường sinh hóa phản ứng với tình trạng đói nitơ, vì vậy các nhà nghiên cứu đã tập trung điều tra vào CEP và con đường CEPD hạ nguồn của nó. Các thí nghiệm của họ nhanh chóng thu hút sự chú ý của họ đến một loại protein có tên là At4g32950. Các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng protein này phản ứng với sự đói nitơ bằng cách kích hoạt protein NRT2.1. Nó đạt được sự hoạt hóa này bằng cách loại bỏ một nhóm photphat khỏi một vị trí cụ thể trên protein NRT2.1, vì vậy các nhà nghiên cứu đã quyết định đặt cho protein At4g32950 một cái tên mới: CEPD do phosphatase, gọi tắt là "CEPH".
CEPH được tìm thấy chủ yếu trong các tế bào gần bề mặt của rễ cây Arabidopsis. Đây là vị trí tối ưu để kích hoạt một hệ thống phát triển hấp thụ nitrat nhanh chóng từ môi trường. Đúng như dự đoán, việc sử dụng các phương pháp trong phòng thí nghiệm để bất hoạt gen mã hóa CEPH đã làm suy giảm khả năng sử dụng hệ thống vận chuyển ái lực cao của cây Arabidopsis để hấp thụ nitrat nhanh chóng và điều này có nghĩa là các cây biến đổi có mức nitrat bên trong thấp hơn và phát triển với kích thước nhỏ hơn.
Nói chung, những kết quả này chỉ ra rằng CEPH đóng một vai trò quan trọng trong việc phản ứng với tình trạng đói nitơ thông qua việc kích hoạt protein NRT2.1. Tiến sĩ Matsubayashi đã nhận thấy tiện ích tiềm năng đáng kể trong CEPH như một công cụ kỹ thuật di truyền. Ông lưu ý, "Hoạt động CEPH tăng cường nhân tạo có thể cho phép các nhà khoa học tạo ra cây trồng ngay cả trong đất có mức dinh dưỡng thấp." Những phát hiện như vậy có thể thay đổi cách xử lý nông nghiệp và an ninh lương thực.
Link: https://www.sciencedaily.com/releases/2021/06/210601100704.htm
Hà Trần (Theo ScienceDaily)
Tổng số lượt truy cập :
  • 2
  • 8
  • 5
  • 1
  • 2
  • 2
  • 0
lên đầu trang