Rhee giải thích: “Hiểu cách thực vật phản ứng với môi trường căng thẳng là rất quan trọng để phát triển các chiến lược bảo vệ cây lương thực và nhiên liệu sinh học quan trọng trong bối cảnh biến đổi khí hậu”.

Được công bố trên eLife, công trình mới của Zhao và Rhee, cùng với Deze Kong của Đại học Carnegie và Deze Kong của Đại học Stanford và Christina Smolke, đã nghiên cứu cách sản xuất một hợp chất bảo vệ thực vật được gọi là camalexin được kích hoạt ở cấp độ di truyền.

Zhao giải thích: “Bởi vì thực vật mọc ở một vị trí cố định, chúng không thể chạy trốn khỏi những kẻ săn mồi hoặc mầm bệnh. Thay vào đó, chúng đã tiến hóa để tạo ra các hợp chất giúp chúng chống lại những kẻ xâm lược”.

Camalexin, giống như các chất chuyển hóa thực vật khác, được tổng hợp bởi các protein chuyên biệt được gọi là các enzim thực hiện nhiều nhiệm vụ chức năng của tế bào. Khi cây bị căng thẳng về môi trường, nó sẽ kích hoạt các gien mã hóa các enzim này. Các nhà nghiên cứu đặt ra để làm sáng tỏ cách một tế bào thực vật có thể nhanh chóng kích hoạt dây chuyền sản xuất và phản ứng với các điều kiện bên ngoài hoặc các mối đe dọa vào đúng thời điểm.

Vật liệu di truyền của tế bào mã hóa các công thức để tạo ra các enzim sản sinh camalexin này và tất cả các protein mà tế bào có thể cần để thực hiện các chức năng cần thiết của nó trong nhiều điều kiện khác nhau ở mọi giai đoạn của cuộc đời. Đó là lý do tại sao tổ chức của mã di truyền trong tế bào là rất quan trọng.

Rhee nói: “Hãy tưởng tượng bộ gien của một tế bào là một thư viện khổng lồ và mỗi gien là một cuốn sách, và mỗi nhiễm sắc thể là một giá sách cực kỳ lớn. Tế bào có các cơ chế khác nhau để nhanh chóng tìm ra gien mà nó cần trong lượng thông tin khổng lồ này, để nó có thể được phiên mã và dịch mã để tạo ra protein được mã hóa và phản ứng với các điều kiện môi trường, bao gồm cả các mối đe dọa và căng thẳng”.

Các chiến lược này bao gồm thêm hoặc xóa các thẻ hoặc dấu của tất cả các gien và vật liệu liên quan - được gọi chung là chất nhiễm sắc - có thể tăng cường hoặc ức chế sự biểu hiện của các gien cụ thể. Đôi khi, cả hai yếu tố hoạt hóa và yếu tố kìm hãm có mặt đồng thời, một hiện tượng được gọi là chất nhiễm sắc hai hóa trị.

Zhao, Rhee và các đồng nghiệp của họ đã có thể làm sáng tỏ sự tồn tại của một loại nhiễm sắc chất hai hóa trị chưa từng có trước đây - họ gọi nó là kairostat, từ tiếng Hy Lạp “Kairos”, có nghĩa là vào đúng thời điểm, và “stat”, nghĩa là thiết bị - giữ cho con đường sinh tổng hợp camalexin không hoạt động cho đến khi có tín hiệu mầm bệnh. Phát hiện của họ chỉ ra rằng cả hai yếu tố này đều cần thiết để kiểm soát thời điểm thích hợp của phản ứng của thực vật đối với căng thẳng bên ngoài.

Zhao cho biết: “Camalexin và các hợp chất phòng vệ khác thường rất đắt và độc hại đối với cây trồng. Vì vậy, thật bất lợi cho cây trồng. Từ lâu, các nhà khoa học thực vật đã biết rằng các hợp chất bảo vệ này được tạo ra đúng lúc khi thực vật bị sâu bệnh và mầm bệnh tấn công. Giờ đây, chúng tôi có một phương pháp xử lý mới trên một cơ chế phân tử cho phép xác định thời điểm chính xác sản sinh camalexin. Phát hiện này có thể thông báo các chiến lược để chống lại biến đổi khí hậu và nạn đói toàn cầu, hoặc thậm chí tổng hợp các loại thuốc có nguồn gốc thực vật”.

Sắp tới, nhóm muốn mô tả đặc điểm của tất cả các protein liên quan đến việc thiết lập và loại bỏ các dấu hiệu biểu sinh để xác định nhiều kairostats hơn và hiểu rõ hơn vai trò của chúng trong các phản ứng môi trường và các chức năng khác của thực vật.