Bạn biết gì về hormon thực vật

Hormone thực vật (pytohormone) là tín hiệu nội tiết bên trong của bộ máy tế bào thực vật. Tương tự như các tín hiệu ngoại sinh từ môi trường, pytohormone nhận biết và phản ứng với các tác nhận bên trong thực vật, tạo ra một loạt các thay đổi hóa học khác nhau, lần lượt trong tế bào, bao gồm các thay đổi sinh hóa, sinh lý, biểu hiện của gen và phân tử… Sau đó, những thay đổi này có thể đóng vai trò là tín hiệu bắt đầu các phản hồi tiếp theo.

Theo cách giống như các tín hiệu môi trường, chúng phải được nhận biết và sau đó bắt đầu một loạt các phản ứng. Các bước giữa nhận thức ban đầu và phản ứng cuối cùng được gọi là truyền tín hiệu – một loạt các thay đổi hóa học khác, lần này xảy ra bên trong tế bào, làm thay đổi sinh hóa, các kiểu biểu hiện gen của tế bào đó. Sau đó, những thay đổi này có thể đóng vai trò là tín hiệu bắt đầu các phản hồi tiếp theo.

Từ lâu, người ta vẫn cho rằng bước đầu tiên của tiếp nhận tín hiệu là sự liên kết của một hormone với một thụ thể cụ thể. Một thụ thể cho một hormone được cho là có một số đặc điểm:

– Nó sẽ liên kết với hormone có ái lực tương tự như ái lực cần thiết để bắt đầu phản ứng in vivo.

– Nó phải nằm trong một vùng thích hợp của tế bào (thường xuyên, nhưng không phải luôn luôn, màng sinh chất).

– Sự liên kết của hormone với thụ thể sẽ làm thay đổi đặc tính của thụ thể theo một cách nào đó để bắt đầu con đường dẫn truyền tín hiệu.

Một con đường dẫn truyền tín hiệu đơn giản.

Tuy nhiên, nhiều protein khác trong tế bào không phải là thụ thể cũng có thể có chung một số đặc tính này. Ví dụ, các protein vận chuyển, phân hủy và liên hợp với auxin đều có thể liên kết với auxin. Do sự phong phú của các thụ thể thường sẽ ít (vì các hormone thường hoạt động ở nồng độ rất thấp). Tuy nhiên, các nghiên cứu sử dụng mô hình thực vật đột biến đã được chứng minh các thụ thể hormone có liên quan đến thành phần khác của con đường dẫn truyền tín hiệu.

Cây họ cải nhỏ Arabidopsis thaliana (cải xoong) là đối tượng của nghiên cứu với nhiều tác nhân đột biến liên quan đến nhiều khía cạnh của sinh lý thực vật khác nhau đã được thực hiện. Loài thực vật này được chọn làm sinh vật mô hình vì nó có bộ gen nhỏ (trình tự gen hiện đã được biết toàn bộ), nó có vòng đời nhanh, tạo ra hàng nghìn hạt và có thể tuân thủ các kỹ thuật di truyền phân tử. Nếu hạt tiếp xúc với chất gây đột biến (tia X, hóa chất hoặc chèn ngẫu nhiên các đoạn DNA nhỏ) thì các tổn thương được tạo ra trong bộ gen sẽ làm thay đổi chức năng hoặc sự biểu hiện của protein. Các cây con được trồng đến khi trưởng thành và cho phép cây tự thụ phấn để các hạt của thế hệ tiếp theo không chứa, một hoặc hai bản sao của gen khiếm khuyết. Sau đó, các cây kết quả có thể được sàng lọc để xem liệu chúng có biểu hiện những thay đổi trong phản ứng với hormone thực vật hay không.

Khi cây con tiếp xúc với ethylene trong bóng tối biểu hiện 3 dạng đột biến đặc trưng. Bằng cách kiểm tra các quần thể hạt bị đột biến, một số loại đột biến khác nhau đã được xác định. Bao gồm các:

– Cây con cho thấy phản ứng ba khi không có etylen được sử dụng: tạo thành phản ứng ba (ctr) và sản xuất quá mức etylen (eto)

– Cây con không biểu hiện phản ứng bộ ba khi có etylen được bôi: kháng etylen (etr) và không nhạy cảm với etylen (ein)

– Cây con chỉ thể hiện một phần của phản ứng ba lần: không có móc (hls) – không có móc ở đỉnh

Những đột biến này là kết quả của các tổn thương ở các khía cạnh khác nhau của quá trình chuyển hóa ethylene, không chỉ là sự truyền tín hiệu. Đột biến eto có thể sản xuất quá mức etylen và là một dạng đột biến trong cơ chế điều hòa sinh tổng hợp etylen. Các chất ức chế (ví dụ như ion bạc) của ACC synthase, một loại enzym quan trọng trong quá trình sinh tổng hợp ethylene có thể bảo vệ cây trồng về hình thái bình thường. Nhiều gen bị đột biến ở những cây này hiện đã được nhân bản và giải trình tự, kết hợp với các phép đo sinh lý và sinh hóa, giờ đây chúng ta có thể bắt đầu hiểu một số chức năng của chúng, cho phép xây dựng mô hình về con đường dẫn truyền tín hiệu ethylene.

Phương pháp gây đột biến đã được áp dụng rộng rãi trong các nghiên cứu về tất cả các hormone tăng trưởng thực vật và đã phát hiện ra các thành phần của nhiều con đường dẫn truyền tín hiệu. Tuy nhiên, ít thụ thể đối với các hormone khác ngoài ethylene đã được phát hiện theo cách này. Nơi các thụ thể giả định đã được tìm thấy (ví dụ như thụ thể cytokinin có nhiều đặc điểm với các thụ thể ethylene) liên kết hormone vẫn chưa được chứng minh. Việc không xác định được các thụ thể này có thể là do sự hiện diện của nhiều gen thụ thể mã hóa các protein có chức năng bổ sung; do đó các tổn thương ở một thụ thể sẽ được bù đắp bởi các thụ thể khác, các đột biến có thể gây chết người hoặc tình huống có thể yêu cầu đánh giá lại chính về cách cảm nhận một số hormone tăng trưởng.

Mặc dù mô tả về các con đường dẫn truyền tín hiệu ở trên rất phức tạp, chúng vẫn chưa được hiểu rõ hoàn toàn. Tuy nhiên, các cách thức mà tế bào thực vật phản ứng với các hormone thực vật đang dần được tiết lộ và cuối cùng chúng ta có thể bắt đầu nghiên cứu cơ sở phân tử của sự sinh trưởng và phát triển của thực vật.