CỔNG THÔNG TIN ĐIỆN TỬ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ ĐỒNG NAI

Một nghiên cứu mới sử dụng cây mạ để chứng minh rằng sức ép của nhiệt độ nóng hơn có thể khơi mào cho một phản ứng trong RNA của cây trồng nhằm đối phó với biến đổi của môi trường (Ảnh: Peter Nguyen)

Trong một nghiên cứu trên cây lúa, các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng nhiệt độ tăng bất thường đã dẫn tới những biến đổi trong cấu trúc RNA của cây trồng vốn có liên quan đến sự sụt giảm số lượng các RNA thông tin (mRNA). Phân tử mRNA này là một dạng RNA đặc biệt truyền chỉ dẫn DNA tới ribosome trong tế bào trong suốt quá trình hình thành protein.

Vì thực vật không thể tự điều chỉnh nhiệt độ như con người hay di chuyển xa khỏi nguồn nhiệt nên quá trình này là một trong những cách mà thực vật đối phó với nhiệt độ nóng và điều kiện khô hạn.

Theo các nhà nghiên cứu, tuy vẫn cần thực hiện thêm nhiều nghiên cứu nữa nhưng công trình này là bước tiến quan trọng đầu tiên nhằm giúp nông dân tạo ra các giống cây kháng hạn và kháng nhiệt tốt hơn.

“Lúa gạo là loại lương thực chính cho một nửa dân số thế giới và nó đặc biệt quan trọng đối với sinh kế nông nghiệp ở một số vùng trên thế giới, do đó nó là một loài cây lượng thực rất quan trọng. Với biến đổi khí hậu và mục tiêu tăng sản lượng lương thực để nuôi sống dân số đang tăng lên của thế giới, chúng ta vẫn đang cố gắng tìm hiểu cách cây trồng đáp lại với sức ép khí hậu, do vậy có khả năng trong tương lai, chúng ta có thể cải thiện các giống cây thông qua lai tạo hoặc các cơ chế khác để đạt sức chịu đựng sức ép tốt hơn và năng suất cao hơn”, nhà nghiên cứu Sarah M. Assmann cho biết.

Nhóm đã kiểm tra hơn 14.000 RNA khác nhau để tìm những biến đổi về cấu trúc gấp phức tạp của các phân tử này mà có thể là dấu hiệu của sức ép nhiệt cấp tính, theo Giáo sư hóa học, sinh hóa và sinh học phân tử nổi tiếng Philip Bevilacqua. Không giống chuỗi xoắn kép của phân tử DNA, RNA là sợi đơn.

Bevilacqua giải thích: “Vì DNA có 2 sợi nên thực thế nó được gài vào rất ít các nếp gấp khác nhau nhưng RNA vì không được thắt với một sợi khác nên có thể gấp ngược lại, do đó có quá nhiều nếp gấp phức tạp trong RNA”.

Để tạo ra sức ép nhiệt, các nhà nghiên cứu đã cho một diện tích mạ 2 tuần tuổi tiếp xúc với nhiệt độ trên mức bình thường (108 độ F) trong vòng chỉ 10 phút và so sánh với diện tích đối chứng trồng ở nhiệt độ bình thường (72 độ F).

“Chúng tôi chọn thời gian ngắn vậy là vì việc gấp lại của RNA là một quá trình rất nhanh trong khi đó các quy trình tuyến dưới như sản xuất protein lại chậm hơn và chúng tôi đặc biệt quan tâm đến cách RNA được gấp lại”, Bevilacqua cho biết.

Các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng các nếp gấp trong RNA của cây lúa chịu sức ép nhiệt lỏng hơn nếp gấp trong nhóm đối chứng. Việc mở nếp gấp mRNA sau đó có tương quan với sự sụt giảm độ phong phú của mRNA, cho thấy việc tháo nếp gấp mRNA thúc đẩy sự thoái hóa của nó, một phương pháp mà tế bào sử dụng để quy định gen nào được biểu hiện và khi nào được biểu hiện.

“Một trong những kết quả chính mà chúng tôi khám phá được là có sự tương quan giữa các RNA có xu hướng gấp ở đầu mút và sự sụt giảm độ phong phú của các RNA đó và các RNA này mã hóa cho protein nên bạn có thể suy luận rằng điều đó sẽ dẫn tới giảm các protein được mã hóa, bao gồm enzyme và toàn bộ các chức năng mà protein thực hiện”, Assmann nói.

Theo Bevilacqua, quá trình này đưa ra gợi ý về các bước tiếp theo trong nghiên cứu tương về các loại cây trồng có khả năng kháng hạn và kháng nhiệt tốt hơn.

“Do vậy, nếu mất cấu trúc dẫn đến giảm độ phong phú và nếu độ phong phú giảm đó không tối ưu thì bạn có thể tưởng tượng rằng chúng ta có thể thay đổi tuần tự các đầu mút RNA đó, khiến nó trở nên ổn định hơn và do đó ổn định việc sản xuất các protein này”.

Zhao Su, tác giả dẫn đầu nghiên cứu này cho biết rằng nghiên cứu cũng mở ra những hiểu biết mới về quy định gen.

“Nghiên cứu lý thú này hé lộ mới lớp quy định gen mới mà trước đây không được đề cao. Cụ thể, chúng tôi chỉ ra rằng các mRNA mã hóa một loại protein quy định cụ thể, các yếu tố phiên mã, là đích nhắm đặc biệt của sự thoái hóa bằng các mở nếp gấp dưới điều kiện nhiệt độ cao”, Su cho biết.

Theo Bevilacqua và Assmann, các nhà nghiên cứu như phân tích DNA này là một trong những công trình đầu tiên phân tích quá trình RNA trong thực vật hoặc trong ống nghiệm mà không thể xảy ra nếu không có sự cộng tác nhóm liên ngành của các phòng thí nghiệm của họ. 2 phòng thí nghiệm đã cộng tác với nhau khoảng 10 năm nay.

Assmann nói: “Điều tôi thực sự nghĩ là thú vị về nghiên cứu này là cụ thể là nó kết hợp tất cả các tập hợp kỹ năng khác nhau và tất cả các tài năng khác nhau của 2 phòng thí nghiệm của chúng tôi. Đây là điều khiến khoa học trở nên thú vị”.

LH (Eurekalert)