Một số cây có thể tồn tại nhiều tháng mà không cần nước, chỉ xanh trở lại sau một trận mưa như trút nước ngắn ngủi. Một nghiên cứu gần đây của Đại học Bonn và Michigan cho thấy điều này không phải do một “gen thần kỳ”. Đúng hơn, khả năng này là kết quả của toàn bộ mạng lưới gen, hầu hết tất cả chúng đều có ở những giống dễ bị tổn thương hơn. Kết quả đã xuất hiện trực tuyến trong Tạp chí thực vật.
Trong nghiên cứu của mình, các nhà nghiên cứu đã xem xét kỹ lưỡng một loài đã được nghiên cứu từ lâu tại Đại học Bonn – loài thực vật phục sinh Craterostigma plantagineum. Nó mang tên khá đúng: Vào mùa hạn hán, người ta có thể nghĩ rằng nó đã chết. Nhưng ngay cả sau nhiều tháng hạn hán, một ít nước cũng đủ để hồi sinh nó. Giáo sư Tiến sĩ Dorothea Bartels từ Viện Sinh lý học Phân tử và Công nghệ sinh học Thực vật (IMBIO) tại Đại học Bonn giải thích: “Tại viện của chúng tôi, chúng tôi đã nghiên cứu cách thức thực vật thực hiện điều này trong nhiều năm”.
Mối quan tâm của cô bao gồm gen chịu trách nhiệm về khả năng chịu hạn. Ngày càng rõ ràng rằng khả năng này không phải là kết quả của một “gen thần kỳ” duy nhất. Thay vào đó, có rất nhiều gen liên quan, hầu hết chúng cũng được tìm thấy ở những loài không thể đối phó tốt với hạn hán.
Cây có 8 bản sao của mỗi nhiễm sắc thể
Trong nghiên cứu hiện tại, nhóm của Bartel cùng với các nhà nghiên cứu từ Đại học Michigan (Mỹ) đã phân tích bộ gen hoàn chỉnh của Craterostigma plantagineum. Và điều này được xây dựng khá phức tạp: Trong khi hầu hết các loài động vật có hai bản sao của mỗi nhiễm sắc thể—một từ mẹ, một từ bố—Craterostigma có tám. Bộ gen “tám phần” như vậy còn được gọi là octoploid. Ngược lại, con người chúng ta là loài lưỡng bội.
“Sự nhân lên của thông tin di truyền như vậy có thể được quan sát thấy ở nhiều nhà máy đã phát triển dưới điều kiện khắc nghiệt“, Bartels nói. Nhưng tại sao vậy? Một lý do có thể xảy ra: Nếu một gen hiện diện ở dạng tám bản sao thay vì hai bản thì về nguyên tắc nó có thể được đọc nhanh gấp bốn lần. Do đó, bộ gen bạch tuộc có thể cho phép sản xuất một lượng lớn protein cần thiết một cách nhanh chóng. Khả năng này cũng có vẻ quan trọng đối với sự phát triển của Hạn hán.
Ở Craterostigma, một số gen liên quan đến khả năng chịu hạn tốt hơn thậm chí còn được nhân rộng hơn nữa. Chúng bao gồm cái gọi là ELIP – từ viết tắt của “protein cảm ứng ánh sáng ban đầu”, vì chúng được kích hoạt nhanh chóng bởi ánh sáng và bảo vệ chống lại stress oxy hóa. Chúng xuất hiện với số lượng bản sao cao ở tất cả các loài chịu hạn.
Bartels giải thích: “Craterostigma có gần 200 gen ELIP gần giống nhau và nằm trong các cụm lớn gồm XNUMX hoặc XNUMX bản sao trên các nhiễm sắc thể khác nhau. Do đó, cây trồng chịu hạn có lẽ có thể sử dụng một mạng lưới gen rộng lớn mà chúng có thể nhanh chóng điều chỉnh lại trong trường hợp hạn hán.
Các loài nhạy cảm với hạn hán thường có cùng một gen – mặc dù số lượng bản sao thấp hơn. Điều này cũng không có gì đáng ngạc nhiên: Hạt và phấn hoa của hầu hết các loại cây thường vẫn có khả năng nảy mầm sau một thời gian dài không có nước. Vì vậy, họ cũng có một chương trình di truyền để bảo vệ khỏi hạn hán. Nhà thực vật học giải thích: “Tuy nhiên, chương trình này thường bị tắt khi hạt nảy mầm và không thể kích hoạt lại sau đó”. “Ngược lại, ở thực vật hồi sinh, nó vẫn hoạt động.”
Hầu hết các loài 'có thể' chịu hạn
Do đó, khả năng chịu hạn là điều mà đại đa số thực vật “có thể làm được”. Các gen mang lại khả năng này có lẽ đã xuất hiện từ rất sớm trong quá trình tiến hóa. Tuy nhiên, những mạng lưới này hiệu quả hơn ở các loài chịu hạn và hơn nữa, không chỉ hoạt động ở các giai đoạn nhất định của vòng đời.
Điều đó nói lên rằng, không phải mọi tế bào ở Craterostigma plantagineum đều có “chương trình hạn hán” giống nhau. Điều này đã được chứng minh bởi các nhà nghiên cứu từ Đại học Düsseldorf, những người cũng tham gia vào nghiên cứu. Ví dụ, các gen mạng lưới hạn hán khác nhau hoạt động ở rễ trong quá trình hút ẩm hơn là ở lá. Phát hiện này không có gì bất ngờ: Chẳng hạn, những chiếc lá cần tự bảo vệ mình trước những tác hại của mặt trời. Ví dụ: họ được ELIP giúp đỡ trong việc này. Với đủ độ ẩm, cây hình thành các sắc tố quang hợp hấp thụ ít nhất một phần bức xạ. Sự bảo vệ tự nhiên này phần lớn thất bại trong thời gian hạn hán. Ngược lại, rễ cây không phải lo bị cháy nắng.
Nghiên cứu cải thiện sự hiểu biết về lý do tại sao một số loài phải chịu rất ít hạn hán. Do đó, về lâu dài, nó có thể góp phần tạo ra các loại cây trồng như lúa mì hoặc ngô có khả năng chống chọi tốt hơn với thời tiết. hạn hán. Trong thời kỳ biến đổi khí hậu, những thứ này có thể sẽ có nhu cầu lớn hơn bao giờ hết trong tương lai.