Trong một số môi trường, không có cách nào để hạt giống cây biết chắc chắn thời điểm tốt nhất để nảy mầm là khi nào. Vào mùa xuân, các tín hiệu như ánh sáng, nhiệt độ và nước có thể giúp hạt giống nhận biết các điều kiện tối ưu cho sự nảy mầm, nhưng một tuần sau đó, hạn hán hoặc sương giá không thể đoán trước có thể giết chết những cây con mới mọc.
Vậy làm thế nào để cây trồng đảm bảo rằng tất cả các con của nó không bị chết ngay lập tức bởi một áp lực môi trường không đúng thời điểm sau khi nảy mầm?
Có bằng chứng cho thấy một số loài thực vật tạo ra hạt nảy mầm vào những thời điểm khác nhau để phòng ngừa rủi ro này. Nhiều loài tạo ra hạt giống có thể ở trạng thái không hoạt động và tồn tại trong đất vài năm và một số loài cũng tạo ra hạt nảy mầm vào các thời điểm khác nhau trong một mùa. Điều này có nghĩa là nếu những biến động môi trường gây chết cây xảy ra, một phần của thực vật sẽ sống sót dưới dạng hạt giống, có thể tiếp tục nảy mầm vào lúc khác. Sự thay đổi về thời gian nảy mầm này có thể được nhìn thấy ngay cả với những hạt giống giống hệt nhau về mặt di truyền được trồng trong một môi trường giống hệt nhau.
Trong nông nghiệp, sự thay đổi trong thời gian nảy mầm có thể là một vấn đề khi người nông dân muốn thu hoạch cả vụ cùng một lúc. Thay vào đó, nông dân phải theo dõi sự trưởng thành của cây trồng, thực hiện các phép đo từ nhiều cây riêng lẻ để ước tính thời điểm thu hoạch tốt nhất.
Các nhà khoa học tại Phòng thí nghiệm Sainsbury, Đại học Cambridge (SLCU) đã sử dụng cây mẫu cải xoong (Arabidopsis thaliana) để nghiên cứu: Điều gì làm cho những hạt giống giống nhau về mặt di truyền nảy mầm vào những thời điểm khác nhau?
Tiến sĩ Katie Abley, nhà nghiên cứu tại SLCU và là tác giả đầu tiên của nghiên cứu được công bố trên eLife cho biết: “Chúng tôi đã biết rằng hai hoóc-môn thực vật – axit abscisic (ABA) ức chế sự nảy mầm và axit gibberellic (GA) thúc đẩy sự nảy mầm – tương tác với nhau để kiểm soát quyết định nảy mầm, nhưng chúng tôi muốn biết cách tương tác này tạo ra sự biến đổi như thế nào. Bằng cách đo mức độ biến đổi trong thời gian nảy mầm của hàng trăm chủng Arabidopsis khác biệt về mặt di truyền, chúng tôi có thể xác định hai vùng DNA (locus di truyền) kiểm soát thời gian nảy mầm thay đổi như thế nào. Cả hai locus đều chứa các gien ảnh hưởng đến mức độ nhạy cảm của hạt giống ABA và thử nghiệm các đột biến của các gien này đã cung cấp bằng chứng rằng chúng điều chỉnh sự biến đổi trong thời gian nảy mầm”.
Sử dụng thông tin mới này, các nhà nghiên cứu đã tạo ra một mô hình toán học của mạng ABA-GA để hiểu cách thức tương tác giữa ABA và GA có thể khiến một loạt hạt giống hệt nhau có một loạt thời gian nảy mầm khác nhau. Họ muốn hiểu cách mạng này có thể làm phát sinh các mức độ biến thiên khác nhau trong thời gian nảy mầm.
Tiến sĩ Pau Formosa-Jordan, tác giả đầu tiên và hiện là trưởng nhóm nghiên cứu tại Viện Max Planck về Nghiên cứu Giống cây trồng ở Cologne, Đức, giải thích: “Chúng tôi nhận thấy rằng việc thay đổi độ nhạy ABA trong mô hình đã tái tạo phân bố thời gian nảy mầm trong thực nghiệm mà chúng tôi quan sát được. Trong mô hình, các nhóm hạt có độ nhạy cao hơn với ABA sẽ nảy mầm theo cách lan rộng hơn vì khi gieo, mỗi hạt trong số này dựa vào các dao động ngẫu nhiên trong mạng ABA-GA để chuyển từ trạng thái không nảy mầm sang trạng thái nảy mầm – được gọi là hành vi chuyển đổi ngẫu nhiên. Tuy nhiên, hạt có độ nhạy thấp hơn với ABA sẽ nhanh chóng và đồng bộ hơn đến trạng thái nảy mầm sau khi được gieo mà không cần đến các dao động ngẫu nhiên. Mô hình ngẫu nhiên của chúng tôi đề xuất ABA- Công tắc bistable GA có thể tạo ra sự thay đổi trong thời gian nảy mầm, với thời gian nảy mầm bị ảnh hưởng bởi sự dao động ngẫu nhiên về mức độ của các hoóc-môn”.
Trong khi các nhà nghiên cứu mong đợi có những tác động di truyền và lý sinh khác ảnh hưởng đến sự thay đổi trong thời gian nảy mầm, phát hiện của họ cho thấy rằng đặc điểm thực vật này được kiểm soát về mặt di truyền và sự biến đổi cao hoặc thấp trong thời gian nảy mầm có thể được lựa chọn cụ thể để tạo giống cây trồng hoặc để phục hồi các khu vực tự nhiên có môi trường thay đổi nhiều.
(Theo sciencedaily)
