Do biến đổi khí hậu được cho là sẽ dẫn đến thời kỳ hạn hán thường xuyên hơn, các nhà nghiên cứu đang nỗ lực nhiều hơn để thực hiện những khám phá có thể giúp thực vật thích ứng với tình trạng căng thẳng về nước kéo dài.
Các nhà nghiên cứu từ Viện Boyce Thompson và Đại học Cornell đã hoàn thành nghiên cứu đầu tiên nhằm cung cấp một bức tranh toàn diện về sự thay đổi biểu hiện gen để ứng phó với tình trạng thiếu nước ở một loại trái cây—cà chua, Solanum lycopersicum—xác định các gen có thể giúp các nhà nhân giống cây trồng phát triển trái cây có thể đối phó với tình trạng thiếu nước. điều kiện hạn hán.
Được đăng trên tạp chí số tháng 12 Sinh lý thực vật, công trình được dẫn dắt bởi nhóm nghiên cứu của Carmen Catalá, trợ lý giáo sư tại BTI và Phó nghiên cứu cấp cao tại Trường Khoa học Thực vật Tích hợp (SIPS) tại Cornell. Các nhà nghiên cứu hợp tác bao gồm Jocelyn Rose, giáo sư về SIPS, và các giáo sư BTI Jim Giovannoni, Zhangjun Fei và Lukas Mueller, cũng là giáo sư phụ trợ của SIPS.
Catalá cho biết: “Chúng tôi đã xác định được một số gen có liên quan đến phản ứng căng thẳng về nước ở quả cà chua”. “Bây giờ chúng ta có thể bắt đầu lựa chọn các gen ứng cử viên có thể giúp các nhà nhân giống phát triển các loại trái cây có thể thích ứng với điều kiện khô hạn, không chỉ cà chua mà còn cả nho, táo và trái cây có thịt nói chung. Đó là một ứng dụng tiềm năng lâu dài của những dữ liệu này.”
Các nhà nghiên cứu đã xem xét biểu hiện gen ở lá cà chua và sáu cơ quan của quả (vỏ, nhau thai, vách ngăn, trụ, thạch và hạt) ở hai thời điểm khác nhau (quả đang phát triển và chín) và trong bốn điều kiện căng thẳng về nước khác nhau (không có, nhẹ, trung bình và mạnh).
Các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng mỗi mô của cơ quan trái cây thay đổi theo những cách khác nhau theo thời gian.
Catala cho biết: “Ít hơn 1% gen biểu hiện bị ảnh hưởng bởi stress nước được chia sẻ giữa tất cả sáu mô quả và hơn 50% gen bị ảnh hưởng đặc trưng cho một mô duy nhất”.
Ngược lại với những tác động tiêu cực của hạn hán gây ra rối loạn sinh lý và mất trái, có một số tác động tích cực liên quan đến hạn hán, ít nhất là với hạn hán nhẹ.
Ví dụ, các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng căng thẳng về nước làm tăng lượng lycopene trong trái cây chín. Lycopene là một chất chống oxy hóa đã được chứng minh là có lợi cho sức khỏe. Trái cây bị căng thẳng về nước cũng có mức độ sinh tổng hợp tinh bột cao hơn, có thể mang lại cà chua ngọt hơn.
Các nhà nghiên cứu cũng phát hiện ra rằng họ có thể “huấn luyện” cà chua để có khả năng chống chịu hạn hán do nước tốt hơn trong tương lai.
Philippe Nicolas, nhà khoa học sau tiến sĩ tại phòng thí nghiệm của Catalá và là tác giả đầu tiên của bài báo, cho biết: “Khi chúng tôi gieo hạt từ những cây đã được xử lý, chúng tôi nhận thấy rằng cây con từ cà chua bị căng thẳng cho thấy khả năng phục hồi tốt hơn sau áp lực nước so với cây con từ cà chua đối chứng”.
Nicolas cho biết họ đã xác định được một số gen có biểu hiện do áp lực nước gây ra ở hạt trưởng thành, có thể đóng vai trò quan trọng trong việc tạo ra khả năng chống chịu áp lực nước cho thế hệ thực vật tiếp theo.
Nghiên cứu này gặp khó khăn ở một số mặt vì các nhà nghiên cứu đang xem xét trái cây. Hầu hết các nghiên cứu về phản ứng của thực vật trước stress hạn hán đều kiểm tra rễ và lá của cây con vì chúng tương đối dễ nghiên cứu.
Catalá cho biết: “Tương đối dễ gây căng thẳng cho cây con, nhưng nếu bạn gây căng thẳng cho cây quá nhiều thì chúng sẽ không ra hoa và phát triển quả”. “Ngoài ra, khi muốn nghiên cứu về trái cây, bạn phải trồng cây trưởng thành, việc này tốn nhiều thời gian, không gian và nguồn lực tổng thể hơn.”