Hành trình Khoa học, Không gian và Thời gian!
Các nhà nghiên cứu đã lấp đầy hai lỗ hổng kiến thức: Không bào của tế bào thực vật có thể bị kích thích và kênh ion TPC1 có liên quan đến quá trình này. Chức năng của kênh này, cũng được tìm thấy ở người, cho đến nay vẫn còn là một bí ẩn.
Nhiều quá trình thực vật không khác với con người: Các tế bào và mô trong cây ngũ cốc, bao gồm cả ngô cũng giao tiếp thông qua các tín hiệu điện. Hình dạng và tần số của các tín hiệu này cho biết một loại cây khác nhau. Ví dụ, nó cho phép chúng phản ứng với nóng và lạnh, cường độ ánh sáng quá mức hoặc côn trùng gây hại.
Ví dụ, nếu một con sâu bướm bắt đầu gặm lá của cây dại, tín hiệu điện được gửi đến những chiếc lá chưa bị hại, kích hoạt cơ chế phản ứng: Các chất đắng hoặc các chất độc hại sau đó được tạo ra trong toàn bộ cây. , khiến sâu bướm ngừng ăn hoặc giết chết nó sau một thời gian. Nhưng khả năng sản xuất các chất đắng đã được loại bỏ khỏi các loại cây trồng hiện đại vì lý do hương vị. Do đó, thuốc trừ sâu hóa học được phun trên các cánh đồng để loại bỏ sâu bệnh của sâu bướm.
Các nhà nghiên cứu từ Julius-Maximilians-Đại học (JMU) Wurzburg ở Bavaria, Đức, giờ đây đã làm sáng tỏ thêm thông tin liên lạc của nhà máy thông qua tín hiệu điện. Họ phát hiện ra rằng kênh ion TPC1 góp phần kích thích thực vật. Chức năng của kênh này trước đây chưa được biết đến. Phát hiện này có thể mở đường cho việc nhân giống cây trồng chống chịu sâu bệnh, nắng nóng hoặc hạn hán trong thời gian dài – những đặc tính rất quan trọng khi đối mặt với biến đổi khí hậu.
Xuất bản trong truyền thông tự nhiên
Các nhà khoa học JMU do nhà sinh lý học giáo sư Rainer Hedrich dẫn đầu hiện đã trình bày những phát hiện của họ trên tạp chí Nature Communications . Chính Hedrich, người đã phát hiện ra kênh ion TPC1 vào giữa những năm 1980, khi ông còn là một người hậu hiện đại với người đoạt giải Nobel Erwin Neher ở Gottingen. Trong những năm qua, ông đã nghiên cứu kỹ lưỡng về kênh và mô tả gần như tất cả các thuộc tính của nó.
Bài báo mới của Hedrich lấp đầy lỗ hổng kiến thức khác. Các màng tế bào của thực vật đã được biết là dễ bị kích thích; các nhà khoa học hiện đã chứng minh rằng điều này cũng áp dụng cho màng bao quanh không bào trung tâm của tế bào thực vật – và TPC1 cũng đóng vai trò chính ở đây. Không bào là một khoang kín chứa đầy dung dịch nước có thể chiếm tới 90% thể tích của một tế bào thực vật. Mục đích chính của nó là một phòng đựng thức ăn để lưu trữ chất dinh dưỡng.
Tín hiệu điện đồng thời với sóng canxi
Làm thế nào để tín hiệu điện trong màng của không bào phát triển? Khi một chiếc lá bị thương, một sóng canxi được kích hoạt trong chiếc lá bị thương bên cạnh tín hiệu điện. Ingo Dreyer, giáo sư tại Đại học Talca ở Chile và cộng tác viên của Hedrich giải thích: “Hai tín hiệu được củng cố lẫn nhau, cho phép tín hiệu lan truyền khắp nhà máy”.
Ở những cây có TPC1 bị khiếm khuyết, sóng canxi truyền chậm hơn hoặc hoàn toàn không. “Phát hiện này đã khiến chúng tôi nghiên cứu các tính chất của không bào bằng cách sử dụng kỹ thuật kẹp vá,” Hedrich nói. Hóa ra, không bào thiếu TPC1 không thể bị kích thích, không phải do tích điện hay tăng canxi. Tuy nhiên, trong một đột biến siêu hoạt động của TPC1, sự kích thích được duy trì. “Kỹ thuật này và các phân tích khác đã cho phép chúng tôi mô hình hóa hành vi không bào và dự đoán các đặc tính chưa biết của các kênh không bào,” Dreyer nói.
Điều tra cấu trúc và chức năng của kênh ion
“Phát hiện của chúng tôi cũng được quan tâm cho nghiên cứu y học,” Hedrich nói. Điều này là do người thân của kênh TPC1 cũng đã được xác định ở người. Nhưng nó vẫn chưa được biết đầy đủ về vai trò của kênh trong các túi màng nhỏ, nội nhũ của các tế bào của chúng ta. Do đó, các nhà nghiên cứu y học cũng đang tìm kiếm các đặc điểm chung trong cấu trúc và chức năng của TPC1 ở thực vật và con người.
Giáo sư JMU cho biết: “Để đưa ra câu trả lời, các nhà khoa học Mỹ đã tiến hành phân tích cấu trúc tia X cho các phép đo kẹp vá của chúng tôi để xác định bản thiết kế phân tử nằm dưới chức năng kênh. Điều này làm cho TPC1 trở thành một trong những kênh ion phụ thuộc vào điện áp được hiểu rõ nhất”.
TPC1 bao gồm hai tiểu đơn vị giống hệt nhau. Khi chúng lắp ráp để tạo thành một cặp, một phức hợp được tạo ra có một kênh ion ở trung tâm của nó đáp ứng với các ion điện áp và canxi. Có một thụ thể canxi ở đầu tế bào chất của TPC1 để kích hoạt kênh và một thụ thể khác ở bên trong không bào. Nếu nồng độ canxi bên trong trở nên quá cao, kênh sẽ bị chặn và không bào mất đi tính dễ bị kích thích.
TPC1 trong quá trình tiến hóa và biến đổi khí hậu
“Chúng tôi cũng đã tự hỏi khi lần đầu tiên các chức năng TPC1 phụ thuộc vào canxi xuất hiện ở thực vật”, Hedrich nói. Rêu rõ ràng là người đầu tiên làm như vậy. “Bây giờ chúng tôi đặt mục tiêu tìm hiểu xem TPC1 có chịu trách nhiệm cho tính dễ bị kích thích ở tổ tiên đầu tiên của cây trồng của chúng tôi hay không và việc cấy tảo hay rêu TPC1 có khả năng chữa lành sự thất bại về chức năng của các cây trồng hiện đại hay không.”
Hơn nữa, các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng có những họ thực vật mà các thành viên thể hiện sự khác biệt đáng kể trong việc phát triển các chức năng kênh riêng lẻ. Bây giờ họ muốn hiểu lý do cho những khác biệt này ở cấp độ phân tử. Hơn nữa, họ dự định kiểm tra xem những khác biệt nhỏ có tạo điều kiện cho sự thích nghi căng thẳng của thực vật hay không.
Nguồn truyện:
Tài liệu được cung cấp bởi Đại học Wurzburg . Bản gốc được viết bởi Robert Emmerich. Lưu ý: Nội dung có thể được chỉnh sửa cho kiểu dáng và độ dài.
Tạp chí tham khảo :