Cây trồng sử dụng những protein gọi là thụ cảm quang hấp thụ ánh sáng và biến đổi nó thành tín hiệu tắt hoặc bật gien. Cho đến nay, các nhà khoa học chưa hiểu rõ cơ chế phân tử của quá trình này, quá trình cho phép thực vật nhận ra khi chúng đang ở trong bóng râm và phát triển về phía mặt trời, và để nhận biết biết mùa nào để cây trồng có thể nở hoa vào mùa xuân.

Các nhà nghiên cứu ở Đại học California, Riverside UCR đã xác định được một phần của bộ phận thụ cảm quang ở cây trồng tiếp nhận sự thay đổi ánh sáng trong biểu hiện gien. Nghiên cứu được trình bày trong một bài báo đăng trên Nature Communications. Nghiên cứu này do Meng Chen, Giáo sư sinh học tế bào của trường Cao đẳng Khoa học tự nhiên và Nông nghiệp thuộc UCR chủ trì thực hiện.

Chen và các cộng sự của ông đã nghiên cứu một nhóm thụ cảm quang gọi là phytochromes nhạy cảm với ánh sáng đỏ, và nhóm này được bảo tồn ở thực vật, nấm và vi khuẩn. Nghiên cứu được thực hiện ở Arabidopsis thaliana, một cây có hoa nhỏ được các nhà sinh vật học sử dụng rộng rãi như một loài cây mô hình vì nó dễ trồng và dễ nghiên cứu.

Phytochrome kiểm soát sự tăng trưởng và phát triển của cây trồng bằng cách thay đổi số lượng hoặc sự ổn định của một nhóm protein khác gọi là nhân tố phiên mã mà công việc của nó là bật và tắt gien. Để tìm ra cách mà bộ phận thụ cảm quang điều chỉnh số lượng nhân tố phiên mã, nhóm nghiên cứu của Chen đã chú ý tới cấu trúc của phytochrome có hai lĩnh vực chức năng.

Trong khi người ta biết rằng một chức năng (gọi là môđun N-terminal) cảm nhận ánh sáng, chức năng khác (còn gọi là môđun C-terminal) vẫn còn chưa được biết. Hầu hết các nhà khoa học không tin rằng mô-đun C-terminal đóng một vai trò quan trọng trong việc báo hiệu sự thay đổi biểu hiện gien ở thực vật, nhưng Chen không đồng ý.

Chen cho biết: “Chúng ta biết rằng vi khuẩn sử dụng một protein tương tự để cảm nhận ánh sáng cảm giác, mô-đun N-terminal cảm nhận ánh sáng và mô-đun C-terminal điều chỉnh sự ổn định của các nhân tố phiên mã. Tuy nhiên, mô hình hiện tại trong thực vật là thụ cảm quang sử dụng mô-đun N-terminal để cảm nhận và đáp ứng các tín hiệu ánh sáng môi trường”.

Nhóm của Chen cho thấy mô-đun C-terminal thực sự điều chỉnh biểu hiện gien, mặc dù nó sử dụng một phương pháp rất khác với vi khuẩn.

Chen cho biết những phát hiện này có ý nghĩa với nông nghiệp, nơi mà nông dân ngày càng muốn tăng sản lượng cây trồng trên diện tích đất trồng trọt có xu hướng giảm. Ví dụ, khi cây trồng được trồng ở mật độ cao, chúng cạnh tranh ánh sáng với nhau, điều này làm ảnh hưởng đến sản lượng.

Chen nói: “Bây giờ chúng ta hiểu được ánh sáng đang gây ra sự thay đổi trong tăng trưởng và phát triển, chúng ta có thể lai tạo các giống cây trồng để trồng dày đặc hơn mà không làm giảm sản lượng”.