Xác định protein kích hoạt hệ thống bảo vệ ở thực vật đối với stress ánh sáng

Viết bởi huib - 07/01/2020

KHOA HỌC CÔNG NGHỆ

Tags

Viện Công nghệ sinh học

Nghiên cứu vừa công bố trên Tạp chí eLife (10/2019) về một loại protein mới được phát hiện cho thấy protein này có vai trò bảo vệ tế bào thực vật trước stress ánh sáng vượt ngưỡng và các loại stress khác gây ra bởi biến đổi khí hậu.

Thực vật đóng vai trò quan trọng đối với sự sống trên trái đất nhờ khả năng sử dụng năng lượng ánh sáng mặt trời để chuyển đổi carbon dioxide và nước thành đường và oxy (quá trình quang hợp). Quá trình này cung cấp nguồn thực phẩm thiết yếu cho con người và động vật, đồng thời đảm bảo bầu khí quyển cho các sinh vật sống khác. Việc hiểu rõ cách thực vật phản ứng với các yếu tố gây stress có thể cho phép các nhà khoa học phát triển các cách bảo vệ cây trồng khỏi các điều kiện khí hậu ngày càng khắc nghiệt.

Lục lạp là cơ quan trong tế bào thực vật chứa bộ máy phân tử của quá trình quang hợp. Bộ máy này tạo thành từ các phân tử protein được lắp ráp và duy trì ổn định. Các điều kiện khắc nghiệt như ánh sáng vượt ngưỡng có thể đẩy hệ thống này hoạt động quá mức và làm hỏng các phân tử protein. Khi điều này xảy ra, một phản ứng bảo vệ sẽ được kích hoạt, đó là phản ứng mở xoắn protein lục lạp (chloroplast unfolded protein response-cpUPR). Tuy nhiên, làm thế nào mà các tế bào đánh giá được sự cân bằng của các protein nguyên vẹn và bị hỏng trong lục lạp và kích hoạt phản ứng bảo vệ này vẫn chưa được làm rõ.

Để tìm hiểu vấn đề này, nhóm nghiên cứu tại Phòng thí nghiệm Walter, Đại học California, Hoa Kỳ (UCSF) đã biến đổi gen một loại tảo có tên là Chlamydomonas reinhardtii để tạo ra các tế bào huỳnh quang đáp ứng với các protein lục lạp bị hỏng. Sau đó, họ tìm kiếm các đột biến trong các tế bào không phát huỳnh quang, nghĩa là các tế bào không thể kích hoạt cpUPR. Các thí nghiệm này đã giúp nhóm nghiên cứu xác định được một gen có tên là MARS1 (Mutant Affected in Retrograde Signaling) rất cần thiết để kích hoạt cpUPR. Các tác giả nhận thấy các tế bào mang đột biến trên gen MARS1 nhạy cảm hơn với ánh sáng vượt ngưỡng, không thể bật cpUPR và sẽ chết. Khôi phục MARS1 hoặc bật cpUPR nhân tạo sẽ giúp bảo vệ các tế bào tảo khỏi tác hại của ánh sáng vượt ngưỡng đối với protein lục lạp.

Kết quả nghiên cứu này nhấn mạnh vai trò bảo vệ quan trọng của cpUPR. Phản ứng bảo vệ này có thể được khai thác trong nông nghiệp để tăng cường sức chống chịu của cây trồng đối với sự khắc nghiệt của thời tiết, hoặc để tăng khả năng sản xuất protein thực vật như là các kháng nguyên được sử dụng làm vaccine.