Khám phá loại gene cổ đại giúp thực vật sinh trưởng, thích nghi và tồn tại

Ảnh minh họa

Nghiên cứu - được công bố trên tạp chí Current Biology - tập trung vào loại rêu thuộc ngành rêu tản có tên khoa học là Marchantia polymorpha. Đây là loài thực vật đại diện cho nhánh tiến hóa riêng biệt khi tổ tiên của chúng đã phân nhánh khỏi thực vật có hoa từ thời kỳ cổ đại khoảng hơn 400 triệu năm trước. Mặc dù có kích thước nhỏ, loài thực vật này lại chứa đựng một cơ chế di truyền được cho là rất quan trọng đối với sự tiến hóa ban đầu của thực vật trên cạn.

Theo các nhà nghiên cứu, gene được xác định ở loài rêu trên có tên là MpARF2, hoạt động như một cơ chế điều chỉnh chủ đạo đối với các tế bào gốc, những tế bào biệt hóa ở trạng thái nguyên sơ chịu trách nhiệm cho sự tăng trưởng liên tục. MpARF2 tạo ra vùng an toàn bên trong cây, nơi quá trình tăng trưởng được điều phối một cách hiệu quả. Vùng này có chức năng cô lập và bảo vệ các tế bào gốc khỏi tác động của các tín hiệu gây biệt hóa, tức là ngăn các tế bào nguyên gốc phát triển thành các loại tế bào có chức năng cụ thể như lá, thân và rễ.

Tiến sĩ Eduardo Flores-Sandoval, tác giả chính của nghiên cứu, cho biết tập hợp các tế bào gốc này tạo ra một mô phân sinh (meristem) - một loại mô đặc biệt trong thực vật bao gồm các tế bào gốc của thực vật có khả năng phân chia mạnh mẽ và liên tục trong suốt vòng đời của cây. Sự tiến hóa của mô phân sinh cho phép thực vật phát triển theo hướng phản ứng với các tín hiệu môi trường, chẳng hạn như ánh sáng và trọng lực. Đây là một khía cạnh quan trọng khi chúng thực sự bám rễ tại chỗ.

Giáo sư John Bowman, tác giả cao cấp của nghiên cứu, nhận định đây là một cơ chế đơn giản và tinh tế. Theo ông, các tế bào gốc sản xuất hormone auxin - chất điều khiển sự “biệt hóa” để tăng trưởng - nhưng lại miễn nhiễm với tác động của chính tín hiệu này nhờ có MpARF2. Vì vậy, các tế bào gốc hoạt động như một trung tâm điều phối, hướng dẫn các tế bào lân cận bắt đầu quá trình chuyên hóa.

Giáo sư Bowman nhấn mạnh cơ chế này có thể là một đột phá quan trọng đối với thực vật trên cạn thời kỳ sơ khai. Nhờ có mô phân sinh, chúng có thể sinh trưởng theo hướng phản ứng với các tín hiệu môi trường, đồng thời đảm bảo khả năng tái sinh khi bị các loài động vật ăn cỏ tiêu thụ.

Theo các nhà khoa học, kết quả nghiên cứu góp phần làm sâu sắc hơn hiểu biết về quá trình tiến hóa của thực vật, đồng thời mở ra những ứng dụng quan trọng đối với nông nghiệp hiện đại và khả năng thích ứng với biến đổi khí hậu, đặc biệt trong việc thiết kế các giống cây trồng có khả năng tái sinh hoặc phản ứng tốt hơn với điều kiện tiêu cực.