Để tăng năng suất nông nghiệp, điều quan trọng phải hiểu cách thực vật tương tác với ánh sáng. Thực vật sử dụng ánh sáng để xác định thời điểm phát triển và nở hoa. Thực vật tìm thấy ánh sáng bằng cách sử dụng các protein, được gọi là cơ quan thụ cảm quang.

Sự hiểu biết sâu sắc về thực vật còn có những tác động trong các lĩnh vực khác ngoài nông nghiệp. Ullas Pedmale, PGS tại Phòng thí nghiệm Cold Spring Harbor (CSHL) Mỹ cùng nhóm các nhà khoa học đã phát hiện được phương thức các protein UBP12 và UBP13 điều chỉnh hoạt động của cơ quan thụ cảm ánh sáng CRY2.

Phát hiện của nhóm nghiên cứu giúp cho các chiến lược kiểm soát tăng trưởng nông nghiệp mới rõ ràng hơn cùng với những tác động tiềm ẩn ngoài ngành nông nghiệp.

Các cơ quan thụ cảm ánh sáng CRY có cả trong thực vật và con người. Những cơ quan này trong cơ thể con người liên quan đến một số bệnh như tiểu đường, ung thư và một số rối loạn não. CRY2 điều chỉnh sự phát triển ở cả người và thực vật. Sự phát triển không kiểm soát ở thực vật làm giảm khả năng giảm khả năng sinh tồn, trong cơ thể người CRY2 có thể gây ung thư. Nếu hiểu được sự phát triển của thực vật, có thể chữa khỏi bệnh ung thư cho con người.

Làm thay đổi mức độ của các protein CRY2 và UBP12 và UBP13 trong cây Arabidopsis thaliana ảnh hưởng đến sự tăng trưởng. Cây đầu tiên từ bên trái phát triển bình thường. Cây thứ hai thiếu CRY2 và phát triển quá nhiều. Cây thứ ba thiếu UBP12 và UBP13 phát triển ngắn hơn. Cây thứ tư có mức UBP12 và UBP13 cao, cây thứ năm có mức CRY2 cao. Ảnh: Phòng thí nghiệm Pedmale / CSHL, 2022

Cây cần đúng lượng CRY2 để xác định thời điểm phát triển và ra hoa. PGS Pedmale và nghiên cứu sinh sau TS Louise Lindbäck trong thử nghiệm phát hiện được, sự thay đổi UBP12 và UBP13 làm thay đổi lượng CRY2 trong thực vật. Thử nghiệm cho thấy, khi tăng UBP12 và UBP13 sẽ làm giảm mức CRY2. Tác động này khiến cây cối xác định không có đủ ánh sáng. Đáp lại, cây mọc dài bất thường hơn để hấp thủ đủ ánh sáng.

GS Pedmale cho biết, có thể điều khiển sự tăng trưởng của cây bằng phương pháp điều khiển 2 protein. Đó là cách thực sự tăng sản lượng hoa, điều đó giúp tăng sản lượng ngũ cốc.

PGS Pedmale và TS Lindbäck không biết chính xác UBP12 và UBP13 tương tác với CRY2 như thế nào. Khi nghiên cứu kỹ lưỡng, nhóm nghiên cứu đi đến một phát hiện đáng ngạc nhiên. Ở người và các sinh vật khác, các protein UBP12 và UBP13 bảo vệ những thụ thể quang CRY khỏi bị suy thoái. Nhưng ở thực vật, UBP12 và UBP13 thực sự làm suy giảm CRY2.

TS Lindbäck giải thích: Trong thực vật, thay vì bảo vệ CRY2, các protein UBP12 và UBP13 khiến CRY2 bị suy giảm. Thực tế này tạo ra các mùa màng của nông nghiệp.

PGS Pedmale hy vọng, khám phá của nhóm nhà khoa học giúp các nhà nghiên cứu thực vật và các nhà nhân giống cây trồng cải thiện năng suất cây trồng. Đồng thời nghiên cứu của nhóm cung cấp một số thông tin cho nghiên cứu ung thư. Tương tác protein – protein có thể làm rõ thêm cơ chế hình thành và phát triển ung thư, cho phép tìm được giải pháp trị liệu mới.