TS. Trịnh Duy Chí, giảng viên Khoa Khoa học Sự sống của Trường Đại học Khoa học và Công nghệ Hà Nội (USTH) cùng cộng sự đã là những nhà khoa học đầu tiên giải thích thành công cơ chế bảo vệ nhị và nhụy của hoa thông qua nghiên cứu độ cong của lá đài. Nghiên cứu đột phá này không chỉ giúp các nhà khoa học hiểu rõ hơn về sinh lý thực vật mà còn đóng góp vào việc đổi mới và phát triển bền vững trong nông nghiệp. Nghiên cứu đã được công bố trên Nature Plants – một tạp chí khoa học đứng top 2 trong danh sách những tạp chí uy tín về lĩnh vực sinh học thực vật trên thế giới.
Những hoa thơm quả ngọt, những loại hạt giàu chất dinh dưỡng mà chúng ta ăn hàng ngày, đều là sản phẩm của một quá trình quan trọng: quá trình sinh sản nhờ hoa của thực vật.
Khi nhìn từ ngoài vào trong, một bông hoa điển hình gồm bốn cơ quan chính: lá đài, cánh hoa, nhị và nhụy [Hình 1]. Nhị là cơ quan sinh sản đực, tạo ra hạt phấn, còn nhụy là cơ quan sinh sản cái, chứa bầu và noãn sẽ phát triển thành quả và hạt. Nhị và nhụy rất mỏng manh và nhạy cảm với điều kiện môi trường nên cần được bảo vệ kỹ lưỡng. Chúng chỉ hé lộ khi đã sẵn sàng cho quá trình sinh sản (sự nở hoa).
TS. Trịnh Duy Chí chia sẻ: “Ở nhiều loài thực vật như các loài cải chẳng hạn, một lá đài sẽ có kích thước lớn hơn, phần ngọn lá đài rất cong tạo nên cấu trúc hình mũ (Hình 1). Cấu trúc này bao trùm toàn bộ phần ngọn của bông hoa, giúp bông hoa đóng kín trong suốt quá trình phát triển, qua đó bảo vệ nhị và nhụy. Tuy nhiên, chúng ta không biết cơ chế nào quyết định hay kiểm soát độ cong của cơ quan bảo vệ này.”
Hình 1: Hình 1: Hoa đã nở của cây cải Arabidopsis thaliana (A). Trước đó, các cơ quan sinh sản nhị và nhụy được các lá đài bảo vệ (B). Nhiều loài cây khác như phong lan và lúa cũng có cơ chế bảo vệ hoa tương tự (C).
Cơ chế mới giải thích cho sự đóng kín của lá đài bảo vệ hoa
Qua một loạt các quan sát chi tiết và thực nghiệm, TS. Trịnh Duy Chí và cộng sự đã đề xuất một cơ chế cho phép hoa kiểm soát độ cong của lá đài. Về cơ bản, lá đài trở nên cong hơn là do sự khác biệt lớn về tốc độ tăng trưởng giữa phần ngọn và thân lá đài. Ban đầu khi lá đài mới xuất hiện, cả hai phần đều tăng trưởng với tốc độ cao, nhưng chỉ vài ngày sau, phần ngọn lá đài gần như không tăng trưởng nữa, trong khi phần thân vẫn tăng trưởng nhanh, dẫn đến sự nhảy vọt về độ cong của lá đài, đặc biệt là phần ngọn.
Để kiểm chứng giả thiết trên, nhóm nghiên cứu đã tạo ra cây cải chuyển gen có tế bào ở phần ngọn lá đài tăng trưởng nhanh hơn so với ở cây bình thường, trong khi tế bào ở các phần khác không bị ảnh hưởng. Kết quả là độ cong của lá đài giảm xuống đáng kể, và hoa không được đóng kín trong suốt quá trình phát triển [Hình 2]. TS. Trịnh Duy Chí chia sẻ thêm: khả năng hình thành hạt của cây chuyển gen cũng bị giảm xuống. Điều đó nhấn mạnh tầm quan trọng của việc giữ cho hoa được đóng kín nếu muốn tăng năng suất tạo hạt.
Hình 2: Nghiên cứu được thực hiện trên cây cải Arabidopsis thaliana, một loài thường được sử dụng làm đối tượng nghiên cứu đại diện trong các ngành khoa học thực vật. Ở cây đối chứng (A), hoa luôn được đóng kín cho tới lúc nở. Ở cây chuyển gen (B), các lá đài trở nên phẳng hơn và hoa mở ra từ rất sớm. Quả của cây chuyển gene tạo được ít hạt hơn so với cây đối chứng.
TS Trịnh Duy Chí tin rằng cơ chế này cũng có thể giải thích cho hình thái của các cơ quan ở động vật, như đôi cánh ngoài của các loài bọ cánh cứng. Về mặt ứng dụng, cơ chế được phát hiện sẽ cho phép nghiên cứu và chọn giống cây trồng một cách hiệu quả thông qua kiểm soát sự đóng mở chủ động của hoa.
Kết quả nghiên cứu của TS. Trịnh Duy Chí và cộng sự đã được đăng tải trên tạp chí Nature Plants, một tạp chí hàng đầu trong ngành khoa học thực vật, trong đó TS Chí là tác giả chính đồng thời là tác giả liên hệ.
Độc giả quan tâm có thể đọc bài ở địa chỉ: https://www.nature.com/articles/s41477-024-01760-6, hoặc liên hệ với tác giả qua email: trinh-duy.chi@usth.edu.vn.
| TS. Trịnh Duy Chí sinh năm 1988, nhận được học vị Tiến sĩ chuyên ngành Sinh học phát triển tại ĐH Montpellier, Pháp năm 2019 trong khuôn khổ chương trình đào tạo giảng viên nguồn của Trường Đại học Khoa học và Công nghệ Hà Nội (USTH). Sau đó, ông tiếp tục thực tập nghiên cứu sau TS tại trường ENS Lyon, Pháp. Năm 2023, TS. Trịnh Duy Chí trở về USTH, đảm nhận vị trí giảng viên – nghiên cứu viên tại Khoa Khoa học sự sống. Nghiên cứu của TS. Trịnh Duy Chí đã được công bố trên các tạp chí khoa học danh tiếng như PNAS (Kỷ yếu của Viện hàn lâm khoa học Hoa Kỳ), Current Biology và Nature Plants. |
