Thứ bảy, 11/07/2020 | 14:56

Thứ bảy, 11/07/2020 | 14:56

Kiến thức khoa học

Cập nhật 10:19 ngày 23/05/2020

Mối liên kết phân tử giữa việc khả dụng của dinh dưỡng và sự tăng trưởng sinh khối

Các nhà khoa học thực vật từ lâu đã biết rằng năng suất cây trồng tỷ lệ thuận với liều lượng phân đạm (nitơ), nhưng do việc sử dụng phân bón tăng nên rất tốn kém và tác động xấu đến môi trường. Cho đến nay, một phát hiện quan trọng có thể giúp tăng cường sự phát triển của cây và hạn chế sử dụng phân bón là cơ chế cơ bản mà thực vật điều chỉnh sự tăng trưởng của chúng theo liều lượng nitơ vẫn chưa được biết đến.
Trong một nghiên cứu mới được công bố trong Kỷ yếu của Viện Hàn lâm Khoa học Quốc gia (PNAS), các nhà khoa học nghiên cứu gen thực vật tại Trung tâm Gen & Hệ thống Sinh học của Đại học New York (NYU) đã phát hiện ra phần còn thiếu trong liên kết phân tử giữa nhận thức của thực vật về liều lượng nitơ trong môi trường và những thay đổi khi đáp ứng về liều lượng trong sinh khối của nó.
Sinh trưởng của Arabidopsis trong Phòng thí nghiệm Coruzzi tại Trung tâm Gen và Hệ thống Sinh học của Đại học New York. Ảnh: Đại học New York.
Theo một cách tiếp cận mới, các nhà nghiên cứu của NYU đã kiểm tra việc làm thế nào để tăng liều lượng đạm tạo ra những thay đổi trong biểu hiện trên toàn bộ bộ gen của thực vật như là một chức năng của thời gian. Sau đó, họ đã sử dụng các mô hình toán học để điều tra tốc độ thay đổi RNA thông tin (mRNA) cho hàng ngàn gen trong bộ gen để thiết lập thử nghiệm này.
Các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng năng lượng của những đáp ứng của mRNA đối với liều lượng nitơ bị chi phối bởi các nguyên tắc đơn giản của động học enzyme.- tốc độ của các phản ứng được xúc tác bởi các enzyme do Michaelis-Menten mô tả lần đầu tiên vào năm 1913. Thật vậy, các tác giả nhận thấy rằng động học Michaelis-Menten có thể mô hình hóa chính xác tốc độ thay đổi biểu hiện gen trong 30% gen phản ứng với liều lượng nitơ.
“Theo mô hình động học Michaelis-Menten cổ điển, việc thay đổi sự phong phú của enzyme sẽ ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng tối đa. Bởi vì các yếu tố phiên mã thiết lập tốc độ sao chép gen từ DNA thành RNA, chúng có thể được so sánh trực tiếp với các enzyme xúc tác trong mô hình Michaelis-Menten. Điều này có nghĩa là việc tăng sự phong phú của các yếu tố phiên mã quan trọng sẽ có thể tăng tốc độ biểu hiện gen phụ thuộc vào liều lượng nitơ và sau đó là tốc độ tăng trưởng của thực vật", theo giáo sư Gloria Coruzzi, Carroll & Milton Petrie thuộc Khoa Sinh học và Trung tâm Sinh học Hệ thống & Gen của NYU.
Nhóm nghiên cứu nhận thấy rằng việc tăng mức độ của yếu tố phiên mã TGA1 đã đẩy nhanh tốc độ biểu hiện gen đáp ứng với liều lượng nitơ và tốc độ tăng trưởng của thực vật. Cây trồng vượt mức TGA1 đã tăng tốc độ tăng trưởng để đáp ứng với nitơ, đạt được sinh khối thực vật lớn gấp ba lần so với các loại thực vật hoang dã.
Theo quan điểm của Coruzzi, “Bằng cách mô hình hóa động học quá trình phiên mã dựa trên cảm biến liều lượng nitơ sử dụng nguyên lý cổ điển của động học Michaelis-Menten, chúng tôi đã phát hiện ra một gen điều hòa biểu hiện tăng có thể thúc đẩy sự tăng trưởng cây trồng trong đất có hàm lượng nitơ thấp. Vì TGA1 được bảo tồn trong thực vật, bao gồm các loại cây trồng như lúa, cà chua và lúa mì, những phát hiện của chúng tôi có ý nghĩa trong việc cải thiện hiệu quả sử dụng nitơ trong cây trồng và có thể mang lại lợi ích cho nông nghiệp và sự bền vững”.
Theo Trang TTĐT Viện Khoa Học Kỹ Thuật Nông Nghiệp Miền Nam
Tổng số lượt truy cập :
  • 1
  • 3
  • 5
  • 6
  • 3
  • 0
  • 4
lên đầu trang