“Vũ trụ song song” trong di truyền của cà chua
Một nghiên cứu mới trên tạp chí Science Advances đã làm sáng tỏ bí ẩn di truyền đáng ngạc nhiên liên quan đến loại đường được tìm thấy trong “nhựa cà chua”.
Bất cứ ai cắt tỉa cây cà chua bằng tay không đều có thể nhận thấy ngón tay của họ bị sậm màu bởi một chất dính, màu vàng đen và khó rửa sạch. Đó chính là nhựa cà chua. Loại nhựa này được làm từ đường – chính xác là acylsugar – và hoạt động như một loại giấy bẫy ruồi tự nhiên ngăn chặn các loài gây hại.
Nhà nghiên cứu Robert Last của Đại học bang Michigan (Mỹ) – người đứng đầu nghiên cứu mới cho biết: “Thực vật đã tiến hóa để tạo ra rất nhiều chất độc đáng kinh ngạc và các hợp chất hoạt tính sinh học khác”.
Phòng thí nghiệm của ông chuyên nghiên cứu về acylsugar và các cấu trúc nhỏ giống như sợi tóc nơi chúng được sản xuất và lưu trữ – có tên gọi là trichomes. Acylsugars từng được cho là chỉ có ở trichomes, song gần đây, các nhà nghiên cứu khác cũng báo cáo đã tìm thấy acylsugars trong rễ cà chua. Đây là một điều bất ngờ đối với cộng đồng nghiên cứu về thực vật.
Trong nghiên cứu của mình, các nhà khoa học tại Đại học bang Michigan muốn tìm hiểu cách thức hoạt động của các rễ acylsugars này cũng như việc chúng đến từ đâu. Họ phát hiện ra rằng cây cà chua không chỉ tổng hợp các acylsugar độc đáo về mặt hóa học trong rễ và trichomes của chúng, mà các acylsugar này còn được tạo ra thông qua hai con đường trao đổi chất song song.
Điều này giống như việc dây chuyền lắp ráp trong một nhà máy ô tô sản xuất hai mẫu ô tô khác nhau nhưng không bao giờ tương tác với nhau.
Những khám phá này đang giúp các nhà khoa học hiểu rõ hơn về khả năng phục hồi và câu chuyện tiến hóa của Solanaceae, hay còn gọi là họ Cà – một họ thực vật đa dạng bao gồm cà chua, cà tím, khoai tây, ớt, thuốc lá và dạ yên thảo. Những phát hiện này cũng có thể giúp cung cấp thông tin cho các nhà nghiên cứu đang tìm cách phát triển các phân tử do thực vật tạo ra thành các hợp chất để giúp đỡ nhân loại.
“Từ dược phẩm cho đến thuốc trừ sâu, kem chống nắng, nhiều phân tử nhỏ mà con người đã biến đổi cho các mục đích sử dụng khác nhau đều xuất phát từ ‘cuộc chạy đua vũ trang’ giữa thực vật, vi khuẩn và côn trùng”, Last cho biết.
Ngoài các chất hóa học quan trọng cần thiết cho sự tăng trưởng, thực vật còn tạo ra một kho tàng các hợp chất đóng vai trò quan trọng trong các tương tác với môi trường. Những hợp chất này có thể thu hút các loài thụ phấn hữu ích và là tuyến phòng thủ đầu tiên chống lại các sinh vật gây hại.
Rachel Kerwin, nhà nghiên cứu sau tiến sĩ tại Đại học Bang Michigan và là tác giả đầu của bài báo, cho biết: “Các chất chuyển hóa chuyên biệt này thường được tổng hợp trong các tế bào và mô có độ chính xác cao. Chẳng hạn như acylsugar, bạn sẽ không tìm thấy chúng ở trong lá hoặc thân của cây cà chua. Những chất chuyển hóa có vai trò phòng thủ về mặt vật lý này được tạo ra ngay ở đầu của trichomes”.
Để bắt đầu giải quyết bí ẩn tiến hóa, các thành viên phòng thí nghiệm đã hợp tác với các chuyên gia tại Mass Spectrometry and Metabolomics Core, cũng như nhân viên tại cơ sở Cộng hưởng từ hạt nhân Max T. Rogers.
Khi so sánh các chất chuyển hóa từ rễ và chồi của cây cà chua, có nhiều điểm khác biệt xuất hiện. Thành phần hóa học cơ bản của acylsugar trên mặt đất và dưới mặt đất khác nhau đáng kể, đến mức chúng có thể được định nghĩa là các loại acylsugar khác nhau hoàn toàn.
“Nếu chúng tôi phát hiện ra rằng các acylsugars ở rễ này có hiệu quả trong việc đẩy lùi các sinh vật gây hại, thì liệu chúng có thể được nhân giống vào các loại cây cảnh khác, từ đó giúp cây trồng phát triển mà không cần thuốc diệt nấm và thuốc trừ sâu tổng hợp có hại không?”, Last đặt câu hỏi. □
Kim Dung lược dich
Nguồn: https://phys.org/news/2024-04-uncover-parallel-universe-tomato-genetics.html
Bài đăng Tia Sáng số 9/2024
