Một nhóm nghiên cứu đa ngành, dẫn đầu là nhà sinh vật học CSIC tại CRAG, Ana I. Caño Delgado, và nhà vật lý từ Đại học Barcelona, Marta Ibañes, đã phát hiện ra rằng hai loại protein tế bào gốc thực vật, được biết đến với vai trò của chúng trong quá trình phát triển chính xác của tế bào gốc rễ, vật chất tương tác và quy định lẫn nhau để tránh sự phân chia tế bào.
>> Tham khảo: Các kỹ sư mở đường cho các bộ phận giả vận hành bằng dây thần kinh trong tương lai.
Nghiên cứu là kết quả của 15 năm nghiên cứu liên tục được thực hiện bởi hai nhà nghiên cứu, tiết lộ rằng hai loại protein này, được gọi là BRAVO và WOX5, hoạt động theo một cách cụ thể trong một nhóm nhỏ tế bào gốc và sự tương tác của chúng là chìa khóa dẫn đến sự tồn tại của thực vật dưới các yếu tố căng thẳng về gen và môi trường như cực lạnh, nóng hoặc lũ lụt.
Các kết quả, thu được với cây mẫu Arabidopsis thaliana, gần đây đã được công bố trên tạp chí Sinh học hệ thống phân tử có tác động cao.
Cũng giống như cách các protein BRAVO và WOX5 cần có nhau để hoạt động bình thường, khám phá này không thể thực hiện được nếu không kết hợp kiến thức và các nguyên tắc học thuật được cung cấp bởi cả hai nhóm nghiên cứu: một mặt là hóa sinh, di truyền học và sinh học tế bào, và mặt khác, mô hình toán học.
>> Tham khảo: Kỹ thuật mang tính cách mạng để tạo ra hydro hiệu quả hơn từ nước.
Ana I. Caño Delgado giải thích: “Công trình trước đây của nhóm của tôi và những người khác đã chứng minh rằng việc mất đi một trong các protein, BRAVO hoặc WOX5, đã tạo ra sự phân chia tế bào gốc của rễ. Tuy nhiên, mối liên hệ phân tử của chúng vẫn chưa được hiểu rõ”.
“Nói chung, các quy định di truyền liên quan đến sự phức tạp thường không trực quan và chỉ có thể hiểu được thông qua các mô hình toán học và mô phỏng máy tính. Các mô hình toán học mà chúng tôi tạo ra đã giúp hiểu được lượng dữ liệu mà nhóm CRAG thu thập được ,” Marta Ibañes, nhà nghiên cứu tại Viện Hệ thống Phức hợp của UB cho biết thêm.
Những mô hình toán học mới này giờ đây sẽ cho phép thử nghiệm in silico, tạo ra các tình huống giả định có thể xảy ra ở các tế bào gốc của rễ, chẳng hạn như tác dụng của việc sử dụng hormone hoặc các phản ứng có thể xảy ra trong các tình huống căng thẳng.
Trung tâm tĩnh lặng: một kho chứa tế bào gốc
Thực vật có một bộ tế bào gốc ở đầu rễ chính giúp chúng có khả năng phát triển vô tận. Phần lớn các tế bào này phân chia với tốc độ nhanh, tạo ra các tế bào gốc khác và các tế bào khác tạo thành các mô của rễ, như biểu bì hoặc mô mạch máu.
Tuy nhiên, ở một đầu của hốc này có một số tế bào gốc phân chia với tốc độ chậm hơn; đây là lý do tại sao khu vực chúng chiếm giữ được gọi là “trung tâm tĩnh lặng”.
>> Tham khảo: Tìm hiểu những làn sóng bất thường của Biển Đông Địa Trung Hải.
Mỗi khi một tế bào nhân đôi vật liệu di truyền của nó để tự phân chia thì có nguy cơ kết hợp các lỗi sao chép, các đột biến có thể gây hậu quả tiêu cực cho sinh vật.
Đây là lý do tại sao các tế bào gốc của trung tâm không hoạt động đại diện cho một sự bảo hiểm, một kho chứa các tế bào an toàn về mặt di truyền. Nếu cần thiết, các tế bào này có thể “thức dậy” và phân chia để lấp đầy hốc tế bào gốc.
Chính trong số ít tế bào này của trung tâm không hoạt động, nơi các protein BRAVO và WOX5 thực hiện chức năng quan trọng của chúng: ngăn chặn sự phân chia tế bào.
“Chúng tôi đã tạo ra cây arabidopsis với các đột biến đồng thời ở gen BRAVO và WOX5 và chúng tôi quan sát thấy rằng chúng có ít khả năng tái sinh rễ hơn, rễ ngắn hơn và kém phong phú hơn,” Isabel Betegón-Putze, tác giả đầu tiên của bài báo, người thực hiện nghiên cứu này giải thích. thí nghiệm trong thời gian tiến sĩ của cô ấy.
Khi bị căng thẳng nghiêm trọng hoặc kéo dài, hai phản ứng cụ thể diễn ra tại hốc tế bào gốc: cái chết của các tế bào gốc phân chia nhanh và kích hoạt các tế bào trung tâm không hoạt động.
>> Tham khảo: Tạo ra một ‘điểm tựa’ mới cho liệu pháp RNA, liệu pháp tế bào và chẩn đoán.
Các tế bào trung tâm không hoạt động kích hoạt, ví dụ, sau khi cắt ở đỉnh rễ, hoặc sau khi đóng băng rễ hoặc ngộ độc chì. Khi làm như vậy, chúng thay thế các tế bào gốc đã chết cho phép rễ tiếp tục phát triển và phát triển bình thường, từ đó đảm bảo dinh dưỡng và hỗ trợ cho cây trồng.
Hiểu được các cơ chế phân tử điều chỉnh các quá trình này là chìa khóa để thu được các loại cây trồng có khả năng phục hồi tốt hơn, đặc biệt là trong tình hình hiện tại, khi khí hậu ngày càng trở nên khắc nghiệt hơn.
Một nguồn sức trẻ phi thường
Thực vật, không giống như động vật, có thể hình thành các cơ quan mới (lá, hoa, v.v.) khi trưởng thành và hơn nữa, chúng tiếp tục phát triển trong suốt cuộc đời (có thể kéo dài hơn 2000 năm!).
Tế bào gốc ở động vật và thực vật dường như sử dụng các chiến lược tương tự để giải quyết các vấn đề sinh học tương tự; tuy nhiên, các quá trình phân tử điều chỉnh chúng dường như khác nhau.
>> Tham khảo: Nanocarrier spray: Cây trồng tốt hơn mà không cần biến đổi gen.
Hiểu được những khác biệt này có thể rất hữu ích để thiết kế các chiến lược hữu ích trong y học và mỹ phẩm giúp làm chậm quá trình lão hóa của tế bào và thúc đẩy quá trình tái tạo mô bị tổn thương.
Nghiên cứu này và những nghiên cứu khác do Ana I. Caño-Delgado đứng đầu là một bước tiến theo hướng này.
