Hệ thống phòng thủ ở các loài thực vật mang tính hợp tác, cụ thể là: khi một hệ thống gặp trục trặc thì sẽ có hệ thống khác thay thế. Nhóm nghiên cứu thuộc Khoa Sinh học của trường Đại học Khoa học và Công nghệ Na Uy (NTNU) đã cộng tác với các nhà khoa học đến từ trường Cao đẳng Imperial College London và Phòng thí nghiệm Sainsbury (Anh quốc) để tìm hiểu thêm về cách thức tự vệ của các loài thực vật. Kết quả nghiên cứu của họ đã được công bố trên tạp chí Science Signaling.
Vách tế bào của thực vật là lớp vỏ cứng bao bọc xung quanh tế bào, có chức năng như một bộ khung bên ngoài màng tế bào, hỗ trợ và bảo vệ tế bào chống lại các mối đe dọa. Do cấu trúc này đóng vai trò rất quan trọng nên thực vật đã phát triển các cơ chế giám sát vách tế bào và phát hiện trong trường hợp chúng bị tổn thương. Thông thường, khi một trong số các vách tế bào bị tổn thương, thực vật sẽ cố gắng giảm thiểu thiệt hại và tự sửa chữa nó. Mục đích của việc này là để khôi phục trạng thái bình thường hoặc trạng thái cân bằng của thực vật.
Các loài thực vật có vô số cách tự vệ, phản ứng khác nhau tùy thuộc vào các kiểu mối đe dọa. Ban đầu, thực vật không có khả năng phân biệt được mối đe dọa, tác nhân tấn công, phá hủy vách tế bào là do hiện tượng hạn hán hay do bệnh tật. Vậy, bằng cách nào chúng có thể xác định được mối nguy hiểm đến từ đâu để từ đó lựa chọn cơ chế tự vệ phù hợp?
Phó Giáo sư Thorsten Hamann tại NTNU giải thích: "Để đối phó với hiện tượng hạn hán, thực vật sẽ điều chỉnh quá trình trao đổi chất, trong khi, mối đe dọa về bệnh tật đòi hỏi thực vật phải kích hoạt các phản ứng miễn dịch khác nhau. Các biện pháp phòng vệ hóa học khác nhau được lựa chọn phụ thuộc vào tính chất của mối đe dọa. Tổn thương vật chất ở vách tế bào lại đòi hỏi một giải pháp miễn dịch hoàn toàn khác với mối đe dọa bệnh tật”.
Các nhà nghiên cứu đã tiến hành nghiên cứu cách thức phản ứng của loài thực vật “cải xoong tai chuột” (tên khoa học là Arabidopsis thaliana) với nhiều tổn thương khác nhau. Cải xoong tai chuột là một loài thực vật có mạch khá phổ biến trong họ Cải (Brassicaceae), mọc quanh năm và khá dễ trồng. Đặc biệt, Arabidopsis là loài thực vật có 30.000 gen được giải mã hoàn toàn. Chính vì lẽ đó, loài này thường được các nhà nghiên cứu lựa chọn sử dụng như một loài sinh vật mô hình để cung cấp cái nhìn sâu sắc về các quá trình sinh học trong sinh học thực vật và di truyền. Họ hy vọng rằng kết quả công trình nghiên cứu của mình sẽ được chứng minh là hữu ích và có giá trị đối với các loài thực vật khác.
Thành phần của vách tế bào thực vật bao gồm: protein và các loại đường (carbohydrates) như cellulose, pectin và lignin. Đầu tiên, nhóm nghiên cứu đã sử dụng enzyme có khả năng phá vỡ cấu trúc vách tế bào của một số loài thực vật trong khi các loài khác được bổ sung chất có tác dụng ức chế sự hình thành cellulose. Sau đó, họ nghiên cứu phản ứng hóa học của các loài này.
Các nhà khoa học tiến hành phân ly 27 gen để quan sát các kết quả. Năm trong số các gen này đóng vai trò quan trọng trong việc duy trì trạng thái cân bằng của vách tế bào. Các thí nghiệm đã cung cấp một cơ sở để xác định nhiều enzyme (kinase) và protein kênh liên quan đến các cơ chế tự vệ ở thực vật. Một số gen chịu trách nhiệm sản xuất các chất này.
Phát hiện thú vị nhất có lẽ chính là việc hai hệ thống phòng thủ có thể hoạt động theo phương thức hỗ trợ cho nhau. Hamann cho biết: “Chúng tôi phát hiện ra rằng nếu chúng ta ngăn chặn phản ứng miễn dịch của thực vật thì các cơ chế duy trì tính cân bằng trong vách tế bào có thể bù đắp một phần cho sự ngăn chặn này và trở thành một hình thức hệ thống phòng thủ dự phòng”.
Nghiên cứu mới cung cấp một nhận thức, hiểu biết được cải thiện đáng kể về các mối quan hệ mà trong đó, các yếu tố ảnh hưởng bên ngoài kích hoạt các phản ứng cụ thể bên trong thực vật. "Chúng ta có thể quan sát thấy cách thức các yếu tố ảnh hưởng vật lý khác nhau kích hoạt phản ứng hóa học cụ thể khác nhau", Hamann cho biết. Qua đó, chúng ta có thể dễ dàng nhận thức được ảnh hưởng của con người đến cách thức phản ứng của thực vật theo những cách nhất định.
Hiểu biết thêm về các cơ chế tự vệ khác nhau ở thực vật mở ra những khả năng mới cho các giải pháp nhằm giúp tăng cường khả năng đối phó hiệu quả ở thực vật đối với các mối đe dọa khác nhau từ môi trường bên ngoài.
Kết quả thí nghiệm trên loài cải xoong tai chuột có ý nghĩa đặc biệt quan trọng trong lĩnh vực nông nghiệp như trồng lúa và ngô, góp phần tạo ra các loại cây trồng tốt hơn. Hàng năm, hơn một tỷ tấn ngô được sản xuất, trong khi đó, sản lượng gạo đạt khoảng 750 triệu tấn. Bên cạnh đó, những loài thực vật này cũng là yếu tố chiếm một phần quan trọng trong chế độ ăn uống của con người và vật nuôi.
Nguồn: NASATI