Mạng lưới ngầm: giải đoán động lực học của sự cộng sinh cây – nấm

Điệu vũ đầy phức tạp của tự nhiên thường cuộn xoắn theo nhiều cách bí ẩn, dấu mình khỏi các cặp mắt phàm tục. Tại tâm điểm của điệu tango khó hiểu đó là một mối hợp tác sống còn: sự cộng sinh giữa các loài cây và nấm arbuscular mycorrhizal (AM).

Nghiên cứu mới, được xuất bản trên tạp chí Science, tập trung vào mối quan hệ này, tiết lộ những thông tin quan trọng làm sâu sắc thêm hiểu biết của chúng ta về những tương tác cây – nấm AM và có thể dẫn đến những tiên tiến trong lương thực bền vững ¹.

Nấm AM sống trong những tế bào rễ cây, hình thành một liên minh độc đáo với những vật chủ cây cối của mình. Mối quan hệ này còn phức tạp hơn cả một sự đồng tồn tại đơn giản; nó bao gồm một sự trao đổi phức tạp và siêu cần thiết về dinh dưỡng thiết yếu với sự sống sót của nấm và mang lại lợi ích cao cho cây chủ.

Các nhà khoa học tại Viện nghiên cứu Boyce Thompson (BTI) đã khám phá ra các vai trò của hai protein, CKL1 và CKL2, hoạt động trong các tế bào rễ chứa nấm AM. Hai protein này thuộc về một họ protein lớn hơn là CKLs mà chức năng của nó đối với cây cối vẫn còn chưa được hiểu biết một cách đầy đủ.

“Những liên quan gần gũi nhất của họ CKL là các protein CDKs có chức năng kiểm soát chu trình tế bào thực vật nằm ở hạt nhân của tế bào. Thật đáng ngạc nhiên là các protein CKL1 và CKL2 đều tiến hóa một vai trò khác biệt với CDKs – chúng không kiểm soát chu trình tế bào nữa. Chúng nối các màng của tế bào rễ, bao gồm màng xung quanh nấm”, theo nhận xét của tiến sĩ Sergey Ivanov, một postdoc tại BTI và là tác giả thứ nhất của công bố.

Họ tìm thấy các protein CKL vô cùng cần thiết với sự tồn tại của nấm bên trong rễ cây. Chúng đóng một vai trò then chốt trong kiểm soát dòng chảy lipids (chất béo) từ cây sang nấm, một quá trình thiết yếu cho dinh dưỡng của nấm. Nếu không có các protein này, những gene chính quản lý việc vận chuyển lipid không hoạt động, bỏ đói nấm.

Nghiên cứu này cũng khám phá một mạng lưới phức hợp của những tương tác bao gồm vô số protein kinase thụ thể. Một trong những kinase đó được biết bởi vai trò của nó trong việc cho phép nấm AM đâm xuyên qua lớp vỏ ngoài rễ cây. Các nhà nghiên cứu đã tìm thấy kinase tương tự đảm nhiệm một vai trò mới sâu hơn bên trong rễ cây, nơi nó hợp tác với các protein CKL, có tiềm năng hình thành dòng chảy lipids sang nấm.

Thật đáng ngạc nhiên, trong khi các protein CKL thiết yếu cho việc kiểm soát dòng chảy lipid, chúng không kiểm soát toàn bộ con đường lipid cộng sinh. Thay vài đó, chúng “trông chừng” các gene phản hồi với việc khởi đầu và kết thúc con đường này. Trong khi đó, một protein chính vận hành ở trung điểm con đường, RAM2, hoạt động dưới sự “chỉ đạo” của một điều phối viên khác, RAM1. Để tạo ra lipid ở quy mô đầy đủ, cả các con đường của CKL và RAM1 đều phải cùng hoạt động.

“Lipids là thứ quý giá với cây trồng, vì các cơ chế vận hành lưỡng dụng là nhằm đảm bảo việc cung cấp lipid được kiểm soát chặt chẽ”, tiến sĩ Maria Harrison ở BTI và tác giả chính của nghiên cứu, nói.

Harrison nói tiếp, “Trong bối cảnh nông nghiệp hiện nay, việc tận dụng được sự cộng sinh tự nhiên này có thể dẫn cây trồng hấp thu được dinh dưỡng hiệu quả hơn và thêm sức chống chịu với các nhân tố môi trường bất lợi”.

Nghiên cứu này không chỉ làm sâu sắc hơn hiểu biết của chúng ta về động lực học phân tử đằng sau sự cộng sinh nấm – thực vật mà còn nhấn mạnh vào những kết nối phức tạp và thường không dễ nhận ra để duy trì được sự sống trên hành tinh của chúng ra. Điều này nhắc nhở về sự phức tạp và sự phụ thuộc lẫn nhau một cách lạ thường trong thế giới tự nhiên, vốn vẫn được ẩn dấu ngay bên dưới đôi chân chúng ta.

Vũ Nhàn tổng hợp

Nguồn: https://phys.org/news/2024-01-underground-network-decoding-dynamics-fungal.html

https://cosmosmagazine.com/science/biology/symbiotic-connections-of-plants-and-fungi/

——————————————-

1.https://www.science.org/doi/10.1126/science.ade1124