15/11/2015

LÀM SAO TẾ BÀO “NÓI CHUYỆN” VỚI NHAU

Trần Đăng Hồng, PhD

Sau khi nẩy mầm từ hạt, cây sinh trưởng và phát triển lớn dần trong một môi trường lúc nào cũng biến đổi, gồm biến đổi nhiệt độ, ẩm độ không khí, mưa, gió, đất khô, đất ẩm theo từng giờ. Làm sao cây cảm nhận được những biến thiên này để thích ứng và sinh tồn. Chẳng hạn, đất khô thiếu nước hay nhiệt độ không khí cao quá, làm sao cây biết được để ra lệnh đóng các khí khổng trên thân trên lá để tránh thoát hơi nước, chờ đợi có nước hay nhiệt độ mát hơn?

Ngày nay, các nhà khoa học vừa khám phá phương cách các tế bào trong cây “nói chuyện” với nhau nhờ gen MICU kiểm soát nồng độ ion calcium (Ca) trong bộ phận mitochondria của tế bào. Mitochondria được xem như là “nhà máy điện” của tế bào, bởi vì nó sản xuất năng lượng hóa học ATP (adenosine triphosphate). Dùng hóa chất ion calcium này như là chữ ký có thẩm quyền ra lệnh cây điều hòa các cơ quan và phản ứng thích hợp khi môi trường biến đổi.

Cây phản ứng với mọi kích thích của môi trường bằng các phản hồi riêng biệt cho từng trường hợp. Chẳng hạn, khi yếu tố nước trong đất bị giới hạn, lá chấm dứt việc thoát hơi nước. Hay khi có một mầm bệnh tấn công, cây phản ứng bằng cách gởi một vũ khí hóa học đến kháng cự. Hoặc khi có một vi nấm, vi khuẩn trong đất muốn hợp tác với rễ cây để cùng cọng sinh, cả cây và vi nấm có cuộc “đàm thoại” với nhau trước khi thỏa thuận. Các cuộc trao đổi thông tin này xảy ra ở cấp tế bào, qua tín hiệu của nồng độ ion calcium được mả hóa. Làm cách nào mỗi một ion chứa đựng và truyền đạt một loại thông tin như thế? Đó là điều các nhà khoa học tự hỏi kể từ khi được biết các thành phần trong tế bào này “nói chuyện” với tế bào bên cạnh mà tín hiệu không bị sai lạc, tương tự giống như trò chơi gồm nhiều người xếp thành hàng, người này nói nhỏ vào tai của người kế bên một thông điệp, rồi người này lập lại thông điệp đó cho người kế tiếp, và cứ vậy tiếp tục cho tới người cuối cùng. Cách chuyền thông tin này ở người có thể sai lạc, nhưng ở cây tín hiệu không thay đổi.

 

Chất protein “MICU” là đài tiếp vận truyền tin

Toán nghiên cứu của Đại Học Bonn (Đức) hợp tác với học viện Nghiên Cứu Lai Tạo Thực Vật Max Planck ở Cologne (Đức) và Đại học Muenster (Đức) cùng các nhà khoa học ở Ý, Pháp, Anh, Úc đã tìm được câu trả lời.

Nghiên cứu bộ phận mitochondria, tức là “nhà máy điện” của tế bào, của cây họ Cải Arabidopsis thaliana, các nhà khoa học khám phá rằng protein MICU giữ nhiệm vụ trung tâm trong việc kiểm soát nồng độ ion calcium trong mitochondria.

 

“Nhà máy điện” mitochondria cung cấp thông tin

Để biết nhiệm vụ của mitochondria, toán nghiên cứu diệt gen MICU trong hệ di truyền của cải Arabidopsis để biết ảnh hưởng của protein này lên ion calcium như thế nào.

Toán nghiên cứu đưa vào mitochondria một protein phát quang làm chất thăm dò cảm ứng (sensor). Bằng cách biến đổi cường độ phát quang của protein cảm ứng thì thấy rỏ sự biến thiên của ion calcium trong “nhà máy điện” mitochondria của tế bào.

Hình 1.  Protein cảm ứng phát quang cung cấp thông tin về nồng độ ion calcium trong mitochondria ở rễ cây. Màu lục chỉ nồng độ ion calcium thấp, màu xanh nồng độ trung bình, còn màu đỏ nồng độ cao nhất.

Chính số lượng nồng độ ion Ca⁺⁺ trong mitochondria kiểm soát vai trò phản ứng của cây đối với môi trường biến đổi. Hệ di truyền của cây đã được lập trình sẵn từ trước, nên khi nhận một lượng ion Ca⁺⁺ nào đó, nó biết là cần phải làm gì. Chẳng hạn, tế bào lông hút của rễ dò biết đất thiếu nước, mitochondria truyền tín hiệu qua số lượng ion Ca đến tế bào kế bên, và tiếp tục như vậy đến lá, và lá biết là đất thiếu nước nên đóng khí khổng để bảo tồn nước trong cây, tránh héo rũ.

Các nhà khoa học cho rằng việc khám phá được gen protein MICU sẽ có áp dụng quan trọng trong tương lai. Chẳng hạn, qua biện pháp chuyển gen, con người có thể dạy cho MICU biết cách “làm quen kết thân” với các vi khuẩn cọng sinh hữu ích trong đất, như vi khuẩn định đạm, qua MICU, và như vậy con người sẽ tiết kiệm phân bón rất nhiều vì cây sẽ tự tìm được nguồn phân bón từ đất và không khí.

Một điều thích thú khác nữa là protein MICU không những chỉ hiện diện ở trong cây mà còn thấy trong động vật, cũng có hoạt động tương tự. Điều này chứng tỏ thực vật và động vật có cùng một tổ tiên.

 

 

TÀI LIỆU THAM KHẢO CHÁNH

Tạp chí Science Daily ngày 4/11/2015. How plant cell compartments 'chat' with each other. http://www.sciencedaily.com/releases/2015/11/151104120808.htm



Reading, 11/2015