Tương tự như ở người và động vật, hormone thực vật mang thông tin để báo hiệu và kích hoạt các quá trình thiết yếu cho sức khỏe thực vật và các chức năng khác, từ sinh sản đến phòng vệ.

Trong bài đăng trên tạp chí Nature Communications, các nhà nghiên cứu đã chỉ ra rằng ACC có vai trò quan trọng trong thụ phấn và tạo hạt phấn bằng cách hoạt hóa các protein tương tự như các protein liên quan đến các phản ứng của hệ thần kinh ở người và động vật. Các phát hiện này được khẳng định sẽ làm thay đổi những kiến thức trước đây về thực vật và mở ra một hướng mới cho các nhà nghiên cứu nhằm cải thiện sức khỏe thực vật và năng suất cây trồng.

Caren Chang, giáo sư về sinh học tế bào và di truyền phân tử đồng thời là giáo sư khoa học thực vật và kiến trúc cảnh quan được hỗ trợ bởi trạm thực nghiệm nông học Maryland (MAES), cho biết: “Nghiên cứu đã chỉ ra vài điều mới. Vấn đề chính là đã xác định được một chất điều hòa sinh trưởng thực vật mới hay còn gọi là hormone thực vật. Nó không phải là một phân tử mới được xác định, nhưng trước đây nó chưa bao giờ được xem là hormone thực vật, chỉ là tiền chất của ethylene”.

Giáo sư Chang, giải thích rằng ethylene là một trong năm hormone thực vật quan trọng và được nghiên cứu trong hơn một thế kỷ. Ethylene có vai trò quan trọng trong các quá trình cần thiết cho sức khỏe thực vật và năng suất cây trồng, bao gồm quá trình chín của trái, phản ứng stress do lũ lụt và hạn hán, phòng trừ dịch bệnh cây trồng, sự nảy mầm và ra hoa.

“Trong nhiều nghiên cứu, ACC được sử dụng thay cho ethylene. ACC là tiền chất để thực vật chuyển thành ethylene. Do ACC dễ tạo thành dạng bột và có thể được phun lên cây, điều này với ethylene rất khó vì ethylene là chất khí. Vì thế, các nhà khoa học đã sử dụng ACC thay cho ethylene trong nhiều thập kỷ qua và các tài liệu đã giải thích các phản ứng quan sát được như là các phản ứng với ethylene. Nghiên cứu của chúng tôi cho thấy phản ứng của ACC không nhất thiết là phản ứng của ethylene. Trong khi ethylene là một hormone thực vật quan trọng với các chức năng riêng của nó, một số phản ứng được cho là ethylene thông qua ACC thực sự có thể là các phản ứng ACC riêng biệt, hoạt động như một chất điều hòa sinh trưởng thực vật hay hormone thực vật”, giáo sư Chang chia sẻ.

Theo Chang, bài báo cũng trình bày những thành tựu trong sinh sản thực vật. “Trong sinh sản thực vật, có rất nhiều bước quan trọng trong quá trình thụ phấn và một trong những bước đó là yêu cầu hạt phấn phải đi đến noãn để thực hiện sự thụ phấn tạo hạt”. Chang nói, “Bài báo của chúng tôi chỉ ra rằng tín hiệu ACC ở noãn liên quan đến việc ống phấn quay và phân phát hạt phấn một cách hiệu quả, điều này rất quan trọng đối với việc tạo hạt giống. Đó là ví dụ đầu tiên cho thấy mô noãn thực sự giúp thu hút ống phấn như thế nào. Và đây không phải là một tác động nhỏ”, Chang nhấn mạnh. “Số hạt phấn thực sự nhiều gấp đôi khi có ACC. Điều này có khả năng cải thiện số lượng hạt giống và có thể làm tăng việc sản suất thực phẩm và đảm bảo an ninh lương thực trong thời gian dài”.

Theo José Feijó, giáo sư về sinh học tế bào và di truyền phân tử, đồng thời là giáo sư về khoa học thực vật và kiến trúc cảnh quan, một vấn đề quan trọng khác trong bài báo khoa học này là cho thấy rõ mối quan hệ của con đường truyền tín hiệu hormone giữa con người, động vật và thực vật bằng cách xác định thụ thể tiềm năng cho hoạt động của ACC.

Feijó giải thích: “Điều tương đương thú vị nhất là sự truyền đạt thông tin giữa tế bào với nhau. Các thụ thể glutamate ở động vật là các protein cần thông tin để truyền từ tế bào thần kinh này sang tế bào thần kinh tiếp theo, cũng không thông qua một xung điện hay một tín hiệu canxi. Những vấn đề trong các quá trình điều hòa bởi thụ thể gluatmate được biết có liên quan đến thoái hóa thần kinh và trầm cảm”.

Chang cho biết thêm: “Những thụ thế này được tìm thấy ở hệ thần kinh của con người và các nhà thần kinh học đang nghiên cứu chúng để phát triển thuốc điều trị các bệnh về hệ thần kinh như là trầm cảm. Họ đã phát hiện ACC có thể thật sự tác động đến hệ thần kinh ở người. Vì thế, chúng tôi quyết định tìm kiếm các thụ thể tương tự, gọi là các thụ thể giống glutamate (GLPs) ở thực vật và xem các thụ thể này có phản ứng với ACC ở thực vật hay không. Chúng tôi đã phát hiện ACC có thể thực sự tác động đến GLPs ở thực vật”.

Phát hiện này đã mở ra một hướng nghiên cứu mới về sinh học thực vật và hướng đến những điều tương tự ở thực vật và ở người mà đến hiện tại vẫn chưa được hiểu rõ. “Ở thực vật, tất cả GLPs dường như liên quan đến các chức năng truyền thông tin, mà không truyền các gene giới tính đến trứng hoặc trong hệ thống cảnh báo và phòng vệ các tác nhân gây bệnh hay stress”,  theo Feijó.

“Các hướng nghiên cứu mới cho thấy GLPs làm cơ sở cho việc truyền điện tín hiệu đường dài thông qua hệ thống mạch thực vật, chỗ bị tổn thương ở các mô trong một lá sẽ truyền thông tin đến toàn bộ cây để tạo ra chất ngăn côn trùng xâm nhập. Tất cả các đường này dường như chỉ ra sự tồn tại của việc truyền tín hiệu trong các mô và các cơ quan ở thực vật, các chức năng này liên quan đến GLPs. Điều này là một cuộc cách mạng thú vị tương tự với một chức năng của các thụ thể glutamate khi chúng liên kết với hệ thần kinh động vật để thể hiện các chức năng tương tự”.

Với việc ACC là một yếu tố mới hoạt hóa GLPs, tất cả các vai trò mới được phát hiện của ACC là nó hoạt động như một hormone thực vật, Chang và nhóm nghiên cứu rất hào hứng về những hướng tiếp theo của phát hiện này. “Vẫn còn rất nhiều những nghiên cứu phải được thực hiện để xem những gì đang xảy ra và có thể được ứng dụng ở các loài cây trồng khác nhau, nhưng tất cả nghiên cứu mới có thể xảy ra ngay bây giờ”.

Kim Thoa