Language
Country/Area
No result found
Từ gen đến nước: Khả năng chống hạn của thực vật đáng kinh ngạc như thế nào?
Khả năng chống chịu hạn của thực vật khi đối mặt với hạn hán không chỉ là một phép màu của thiên nhiên mà còn là điểm sáng mới trong nghiên cứu khoa học. Khi những thách thức của biến đổi khí hậu toàn cầu ngày càng gia tăng, cách trồng các loại cây trồng có khả năng chịu hạn cao đã trở thành trọng tâm chính của khoa học nông nghiệp. Theo nghiên cứu, quá trình điều hòa nước của thực vật phụ thuộc vào nhiều cơ chế sinh lý và phân tử, và việc hiểu được các cơ chế này sẽ có tác động đáng kể đến sản xuất nông nghiệp.
Khả năng chịu hạn là khả năng của thực vật duy trì sản xuất sinh khối trong điều kiện hạn hán, một sự thích nghi cho phép nhiều loại thực vật tồn tại trong môi trường khắc nghiệt.
Cơ chế sinh lý của khả năng chống hạn
Tình trạng thiếu nước mà cây trồng phải đối mặt có thể kéo dài hoặc ngắn hạn. Trong những tình huống này, cây cần điều chỉnh để giảm thiểu mất nước và tối đa hóa hấp thụ nước. Cây trồng có khả năng chống chịu hạn kém nhất trong giai đoạn sinh trưởng, đặc biệt là trong quá trình ra hoa và phát triển hạt. Do đó, phản ứng điều tiết ngắn hạn và dài hạn đối với nước có vai trò quan trọng đối với sự sinh sản và tồn tại của thực vật.
Phản ứng ngắn hạn- Lá: nhận biết tín hiệu rễ, đóng khí khổng, giảm đồng hóa cacbon
- Thân cây: ức chế sinh trưởng, thay đổi thủy lực, truyền tín hiệu
- Rễ: Tín hiệu hạn hán tế bào, điều chỉnh áp suất thẩm thấu
Phản ứng dài hạn
- Các bộ phận trên mặt đất: ức chế sự phát triển của chồi, giảm diện tích thoát hơi nước, phá thai, lão hóa và thích nghi trao đổi chất ở hạt
- Phần ngầm: duy trì áp suất trương nước, tiếp tục sinh trưởng rễ, tăng tỷ lệ rễ/thân, mở rộng diện tích hấp thụ
Khả năng chịu hạn của thực vật liên quan đến mạng lưới điều hòa phân tử phức tạp, trong đó nhiều yếu tố, bao gồm cả yếu tố phiên mã, hoạt động cùng nhau.
Mạng lưới yếu tố phiên mã kháng hạn
Trong điều kiện hạn hán, biểu hiện gen thực vật thay đổi và được kích hoạt và điều chỉnh bởi một loạt các yếu tố phiên mã. Các yếu tố phiên mã này liên kết với các yếu tố tác động cis cụ thể và thúc đẩy sự biểu hiện của gen kháng stress. Một số yếu tố phiên mã quan trọng ở thực vật bao gồm protein liên kết yếu tố phản ứng mất nước (DREB), yếu tố liên kết yếu tố phản ứng ABA (AREB) và sự vắng mặt của chồi tận cùng (NAM).
Yếu tố phiên mã DREB
DREB1A, DREB1B và DREB1C là các yếu tố phiên mã đặc hiệu của thực vật có thể liên kết với các gen thúc đẩy khả năng chịu hạn, chịu mặn và chịu nhiệt độ thấp. Bằng cách biểu hiện quá mức các gen này, khả năng chống chịu căng thẳng của thực vật có thể được cải thiện.
Yếu tố phiên mã AREB/ABF
AREB/ABF là một lớp yếu tố phiên mã loại bZIP đáp ứng ABA có vai trò quan trọng trong các giai đoạn tăng trưởng của thực vật và kiểm soát biểu hiện của các gen liên quan đến phản ứng và khả năng chịu hạn.
Thực vật thích nghi với hạn hán trong tự nhiên có thể được chia thành bốn loại theo môi trường sống của chúng: loại thoát hiểm, loại tránh né, loại chịu hạn và loại chống chịu hạn.
Thích ứng với hạn hán tự nhiên
Trong môi trường tự nhiên, thực vật có những cơ chế thích nghi khác nhau để chống chịu hạn. Ví dụ, cây tránh né chỉ phát triển trong điều kiện ẩm ướt, trong khi cây chịu đựng có thể duy trì sự phát triển trong điều kiện cực kỳ khô hạn. Thiết kế của những loài cây này đóng vai trò quan trọng cho sự sống còn của chúng.
Tầm quan trọng trong nông nghiệp
Khi hạn hán ngày càng gia tăng về tần suất và mức độ nghiêm trọng, năng suất cây trồng cũng ngày càng bị ảnh hưởng. Do đó, việc nghiên cứu các con đường phân tử của khả năng chịu hạn có tầm quan trọng đặc biệt. Nhờ công nghệ sinh học, các nhà khoa học nông nghiệp đang phát triển các loại cây trồng biến đổi gen để tăng khả năng chống hạn, giúp nông dân bảo vệ mùa màng trong môi trường khắc nghiệt.
Các viện nghiên cứu và dự án hợp tác quốc tế đang nỗ lực cải thiện khả năng chống hạn của cây trồng để ứng phó với những thách thức nghiêm trọng hơn của khí hậu trong tương lai.
Triển vọng tương lai
Tuy nhiên, quá trình thương mại hóa các loại cây chịu hạn không hề đơn giản. Thời gian và tiền bạc cần thiết từ khâu biến đổi gen đến khi đưa sản phẩm ra thị trường là rất lớn. Ngoài ra, bằng sáng chế và hạn chế kỹ thuật trong quá trình biến đổi thực vật khiến hầu hết các tổ chức nghiên cứu nhỏ khó có được sự hỗ trợ.
Khi nghiên cứu về khả năng chống chịu hạn của thực vật tiếp tục được đào sâu hơn trước những điều kiện khí hậu thay đổi, chúng ta không chỉ có thể thấy những loại cây trồng có sức chống chịu cao trong tương lai mà còn có thể chứng kiến nhiều quá trình tiến hóa kỳ diệu hơn trong vương quốc thực vật. Khả năng chịu hạn của thực vật sẽ mang đến cho chúng ta những điều bất ngờ gì?
