Thực vật, giống như các sinh vật khác, có thể bị ảnh hưởng nghiêm trọng bởi stress nhiệt. Để tăng cơ hội sống sót, chúng kích hoạt phản ứng sốc nhiệt, một con đường phân tử cũng được các tế bào động vật và người sử dụng để bảo vệ khỏi căng thẳng. Các nhà nghiên cứu từ Đại học Kỹ thuật Munich (TUM) hiện đã phát hiện ra rằng các hormone steroid thực vật có thể thúc đẩy phản ứng này ở thực vật.
Có thể khó nhớ vào mùa đông, nhưng tháng 7 năm 2021 là tháng nóng nhất từng được ghi nhận. Ở Mỹ, nhiệt độ trung bình cao hơn mức trung bình của tháng 7 là 2,6 độ F, và nhiều quốc gia Nam Âu có nhiệt độ trên 45 độ C, bao gồm nhiệt độ cao nhất mọi thời đại là 48,8 độ C được ghi nhận ở bờ biển phía đông. của Sicily ở Ý.
Vài thập kỷ qua đã chứng kiến sự gia tăng của các đợt nắng nóng với mức cao kỷ lục trên toàn cầu, và đây được coi là kết quả của biến đổi khí hậu. Các đợt nắng nóng xảy ra thường xuyên hơn, nóng hơn và kéo dài hơn để lại những hậu quả nặng nề không chỉ cho con người, động vật mà còn cho cả thực vật. Brigitte Poppenberger, Giáo sư Công nghệ sinh học về cây trồng làm vườn cho biết: “Căng thẳng nhiệt có thể ảnh hưởng tiêu cực đến thực vật trong môi trường sống tự nhiên và làm mất ổn định hệ sinh thái, đồng thời làm giảm mạnh thu hoạch cây trồng, do đó đe dọa an ninh lương thực của chúng ta.
Tế bào kích hoạt một con đường bảo vệ phân tử để bảo vệ chống stress nhiệt
Để tồn tại trong thời gian ngắn bị stress nhiệt, thực vật kích hoạt một con đường phân tử gọi là phản ứng sốc nhiệt. Phản ứng sốc nhiệt này (phổ biến đối với tất cả các sinh vật) bảo vệ tế bào khỏi bị tổn thương do stress nhiễm độc protein, làm hỏng protein. Căng thẳng như vậy không chỉ do nóng mà còn có thể do tiếp xúc với một số chất độc, tia UV hoặc độ mặn của đất.
Phản ứng sốc nhiệt bảo vệ tế bào theo nhiều cách khác nhau, một trong số đó là sản xuất cái gọi là protein sốc nhiệt, đóng vai trò như lá chắn phân tử bảo vệ protein bằng cách ngăn chặn sự sắp xếp sai.
Brassinosteroid có thể làm tăng khả năng chống stress nhiệt của cây trồng
Thực vật phản ứng với stress nhiệt bằng cách kích hoạt các yếu tố sốc nhiệt và cả các tác nhân phân tử khác. Đặc biệt, các hormone với vai trò là sứ giả hóa học có liên quan. Trong số các kích thích tố mà thực vật sản xuất có các hormone đồng thau, chủ yếu điều chỉnh sự tăng trưởng và phát triển của chúng. Tuy nhiên, ngoài các đặc tính thúc đẩy tăng trưởng của chúng, các hợp chất đồng thau còn có những khả năng thú vị khác, một trong số đó là khả năng tăng khả năng chống stress nhiệt của thực vật, và các nhà nghiên cứu tại TUM gần đây đã phát hiện ra điều gì góp phần vào khả năng bảo vệ này.
Sử dụng cây mô hình Arabidopsis thaliana, một nhóm nghiên cứu do Giáo sư Brigitte Poppenberger dẫn đầu đã có thể làm sáng tỏ cách một yếu tố phiên mã cụ thể – một loại protein đặc biệt chịu trách nhiệm bật hoặc tắt một số đoạn DNA – được điều chỉnh bởi các Brassinosteroid. Yếu tố phiên mã này, được gọi là BES1, có thể tương tác với các yếu tố sốc nhiệt, do đó cho phép thông tin di truyền được nhắm mục tiêu theo hướng tăng tổng hợp các protein sốc nhiệt.
Khi hoạt động của BES1 được tăng lên, thực vật trở nên chống chịu áp lực nhiệt tốt hơn, và khi nó giảm xuống, chúng trở nên nhạy cảm hơn với nó. Hơn nữa, nhóm đã chứng minh rằng BES1 được kích hoạt bởi căng thẳng nhiệt và sự hoạt hóa này được kích thích bởi các chất hoạt hóa đồng thau.
Các ứng dụng tiềm năng trong nông nghiệp và làm vườn
GS Poppenberger nói: “Những kết quả này không chỉ thu hút sự quan tâm của các nhà sinh vật học đang cố gắng mở rộng hiểu biết của chúng ta về phản ứng sốc nhiệt mà còn có tiềm năng ứng dụng thực tế trong nông nghiệp và làm vườn.
Các chất kích thích sinh học có chứa Brassinosteroid có sẵn và có thể được kiểm tra về khả năng tăng khả năng chống stress nhiệt của cây trồng . Những chất này là các sản phẩm tự nhiên được chấp thuận cho canh tác hữu cơ và do đó có thể được sử dụng mà không gặp vấn đề gì. Ngoài ra, BES1 có thể là một mục tiêu thú vị cho các phương pháp nhân giống. Điều này có thể được sử dụng để tạo ra các giống có khả năng chống chịu áp lực nóng tốt hơn và do đó cung cấp năng suất ổn định hơn trong trường hợp các đợt nắng nóng trong tương lai .
Thông tin thêm: Pablo Albertos và cộng sự, Yếu tố phiên mã BES1 tương tác với HSFA1 để thúc đẩy khả năng chống stress nhiệt của cây trồng, Tạp chí EMBO (2022). DOI: 10.15252 / embj.2021108664