Các nhà khoa học UNAM nghiên cứu protein LEA: Chìa khóa giúp hạt giống sống sót qua hạn hán

Nhóm nghiên cứu tại Đại học Tự trọng Quốc gia Mexico (UNAM) đang đi sâu vào tìm hiểu các cơ chế phân tử giúp hạt giống thực vật duy trì sự sống trong bối cảnh hạn hán toàn cầu ngày càng nghiêm trọng. Trọng tâm của nghiên cứu này là các protein tích tụ trong giai đoạn muộn của quá trình hình thành phôi (LEA). Những protein đặc biệt này bắt đầu tích tụ mạnh mẽ khi hạt giống mất đi tới 90% lượng nước, đóng vai trò như một "lá chắn" sinh học bảo vệ sự sống trong điều kiện khắc nghiệt nhất.

Được đặc trưng bởi cấu trúc linh hoạt và "vô định hình", protein LEA đóng vai trò quyết định trong việc cho phép phôi hạt chuyển sang trạng thái thủy tinh hóa (vitrified). Trạng thái này đảm bảo khả năng duy trì sự sống trong thời gian dài mà không làm hỏng các cấu trúc tế bào nhạy cảm. Nhóm nghiên cứu của Tiến sĩ Alejandra Covarrubias Robles từ Viện Công nghệ sinh học (IBt) thuộc UNAM đã xác nhận chức năng quan trọng này thông qua thực nghiệm. Các thí nghiệm cho thấy đột biến ở các gen mã hóa cho những protein linh hoạt này dẫn đến sự sụt giảm đáng kể tỷ lệ sống sót của hạt giống và đẩy nhanh quá trình lão hóa, minh chứng rõ nét cho vai trò bảo vệ không thể thay thế của chúng.

Trong quá trình nghiên cứu, các nhà khoa học đã sử dụng hạt giống của sinh vật mô hình Arabidopsis thaliana cùng nhiều loại cây họ đậu, khẳng định tính ứng dụng rộng rãi của những phát hiện này trong lĩnh vực nông nghiệp. Kết quả nghiên cứu mở ra triển vọng to lớn cho công nghệ sinh học trong việc tạo ra các giống cây trồng có khả năng chịu hạn vượt trội. Những protein này thuộc nhóm hydrophilin giàu glycine, giúp duy trì cấu hình linh hoạt trong dung dịch nước và xuất hiện phổ biến trong hạt giống cũng như phấn hoa của các loài thực vật trên cạn – những cấu trúc vốn phải trải qua giai đoạn mất nước và trạng thái tiềm sinh (cryptobiosis).

Khác với các protein chaperone thông thường, protein LEA không cần đến năng lượng ATP để thực hiện chức năng bảo vệ và chúng cũng không phục hồi cấu hình của các protein khác sau khi bị mất nước. Tiềm năng của protein LEA còn vượt xa khỏi phạm vi ngành nông nghiệp. Các nghiên cứu in vitro chỉ ra rằng chúng có khả năng ổn định các protein nhạy cảm khác, mở đường cho ứng dụng trong bảo quản phôi động vật hoặc tế bào phục vụ các quy trình y tế phức tạp. Sự hiện diện của protein LEA và dehydrin (một phân nhóm thuộc họ D-11 của LEA) không chỉ được tìm thấy trong hạt giống mà còn ở nhiều mô thực vật và thậm chí là động vật khác, cho thấy nguồn gốc tiến hóa lâu đời của chúng.

Trong bối cảnh an ninh lương thực toàn cầu đang bị đe dọa, việc thấu hiểu các cơ chế cho phép hạt giống đi vào trạng thái ngủ nghỉ là ưu tiên hàng đầu. Những nghiên cứu như tại UNAM có thể trở thành nền tảng để phát triển các phương pháp chọn giống mới, nhằm nâng cao khả năng thích ứng của cây trồng trước biến đổi khí hậu. Việc ứng dụng thành công những kiến thức này vào công nghệ sinh học không chỉ giúp đảm bảo việc lưu trữ quỹ gen hạt giống dài hạn một cách tin cậy hơn mà còn là yếu tố then chốt cho sự bền vững của nền nông nghiệp thế giới trước những diễn biến thời tiết khó lường.