Skip Ribbon Commands
Skip to main content

Witchweed (Striga spp.) và cây chổi rồng (Orobanche và Phelipanche spp.) là những loại cỏ dại ký sinh rễ gây thiệt hại lớn cho nông nghiệp trên toàn cầu. Là thực vật có hoa ký sinh trong tự nhiên, chúng ký sinh ở các loài thực vật tự dưỡng khác có tầm quan trọng trong nông nghiệp. Loài này gắn vào vật chủ của chúng bằng phương pháp haustoria, chuyển chất dinh dưỡng từ vật chủ sang vật ký sinh. Cỏ dại làm giảm năng suất cây trồng bằng cách cạnh tranh các nguồn tài nguyên (chất dinh dưỡng, nước và bức xạ hoạt động quang hợp), và chúng làm giảm chất lượng thức ăn và chất xơ.



Theo đánh giá của Chris Parker, dựa trên việc lấy mẫu nghiêm ngặt, không có số liệu toàn cầu đáng tin cậy cho tổng diện tích cây trồng bị ảnh hưởng bởi Orobanche hoặc Striga. Tuy nhiên, ước tính có khoảng 16 triệu ha có nguy cơ bị tấn công bởi Orobanche ở Địa Trung Hải và khu vực Tây Á. Con số tương ứng đối với Striga ở châu Phi là 44 triệu ha, trong khi tổng doanh thu từ ngô, kê ngọc trai và lúa miến là gần 2,9 tỷ USD. Các số liệu gần đây cho thấy 50 triệu ha và 300 triệu nông dân bị ảnh hưởng bởi loài Striga ở châu Phi, với thiệt hại lên tới 7 tỷ USD.

Rất khó để kiểm soát cỏ dại ký sinh. Một phương pháp kiểm soát tiềm năng là sử dụng các chất điều biến sinh trưởng đặc hiệu cho cỏ dại ký sinh rễ. Hiểu được các cơ chế sinh lý xảy ra trong vòng đời của cỏ dại ký sinh rễ là rất quan trọng để xác định các mục tiêu điều biến sinh trưởng cụ thể.

Sự trao đổi chất Planteose (một loại các-bon hi-đờ-rát dự trữ) là một mục tiêu khả dĩ để kiểm soát cỏ dại ký sinh ở rễ. Trong một nghiên cứu trước đây, Phó giáo sư Atsushi Okazawa và các cộng sự của ông đã tiết lộ rằng quá trình chuyển hóa planteose được kích hoạt sau khi nhận thức được strigolactones (một loại hoóc-môn thực vật kích thích sự phân nhánh ở thực vật và sự phát triển của nấm thân rễ cộng sinh) trong hạt nảy mầm của Orobanche nhỏ. Nojirimycin (một chất ức chế mạnh α-glycosidase) ức chế chuyển hóa planteose và cản trở sự nảy mầm của hạt giống Orobanche nhỏ, cho thấy rằng chuyển hóa planteose là mục tiêu có thể để kiểm soát cỏ dại ký sinh ở rễ.

Trong một nghiên cứu gần đây hơn, nhóm các nhà khoa học có trụ sở tại Đại học Osaka Prefecture, đã điều tra các hoạt động của α-galactosidases (AGALs) trong quá trình nảy mầm của hạt giống Orobanche nhỏ. Họ cũng nghiên cứu sự phân bố của planteose trong hạt khô bằng cách sử dụng hình ảnh khối phổ có sự hỗ trợ của laze/ion hóa.

Planteose được tìm thấy trong các mô xung quanh phôi, cho thấy rằng nó có thể có vai trò như một loại các-bon hi-đờ-rát dự trữ. Các thí nghiệm sinh hóa và mô tả đặc điểm phân tử của một thành viên họ α-galactosidase, OmAGAL2, chỉ ra rằng enzim này tham gia vào quá trình thủy phân planteose trong tế bào chết xung quanh phôi sau khi nhận biết được các Strigolacton để cung cấp cho phôi các hexo cần thiết cho quá trình nảy mầm. Những kết quả này chỉ ra rằng OmAGAL2 là một mục tiêu phân tử tiềm năng để kiểm soát cỏ dại ký sinh ở rễ.

Hình ảnh khối phổ thu được đối với hai ion mảnh gần như giống hệt nhau, cho thấy rằng các ion mảnh này đều được tạo ra từ một nguồn duy nhất là planteose. Các tác giả cũng cung cấp các phương tiện trực quan chứng minh rằng planteose phân bố trong nội nhũ, ngoại bì và vỏ hạt trong hạt khô của Orobanche nhỏ, trùng với vai trò của nó như một các-bon hi-đờ-rát dự trữ.

Tóm lại, khám phá của nghiên cứu này làm sáng tỏ rằng (i) planteose phân bố trong hạt khô nhỏ Orobanche và vai trò sinh lý của nó là khó nắm bắt, (ii) trong quá trình nảy mầm của hạt cỏ dại ký sinh rễ, planteose bị thủy phân nhanh chóng sau khi nhận biết được Strigolactones (SLs) , cho thấy vai trò của nó như một các-bon hi-đờ-rát dự trữ (iii) các mô bao quanh phôi, cụ thể là nội nhũ, ngoại bì và vỏ hạt, đóng vai trò cung cấp chất dinh dưỡng cho cỏ dại ký sinh ở rễ. Hơn nữa, tính mới của nghiên cứu này nằm ở chỗ: lần đầu tiên, các tác giả hình dung được sự phân bố của các-bon hi-đờ-rát dự trữ (planteose) trong hạt của một loài cỏ dại ký sinh ở rễ.

Lê Hồng Vân (Theo sciencedaily)



30272