Làm Thế Nào Để Thực Vật Cảm Ứng Được Điện Trường

Thực vật cảm ứng qua kênh kali (potassium) TPC1. Chức năng của kênh kali TPC1 gồm hai tiểu phần đơn vị giống hệt nhau (bên trái trong ảnh). Ion kali (hình cầu màu xanh) được dẫn thông qua các lỗ kênh (canal pore) khi các ion calcium bám vào các kênh protein (hình cầu màu xanh lá cây) và những thay đổi trong điện trường  (biểu tượng tia chớp) kích thích cảm biến điện thế (voltage sensor) (hình trụ màu đỏ). Khi kênh mở, một tín hiệu điện (màu đỏ hiện dấu vết) được kích hoạt và tế bào (của cây mẫu Arabidopsis thaliana) trao đổi thông tin.

Các tế bào của thực vật, động vật, và con người đều sử dụng các tín hiệu điện để giao tiếp với nhau. Tế bào thần kinh sử dụng chúng để kích hoạt cơ bắp. Nhưng lá, cũng  gửi tín hiệu điện đến các bộ phận khác của cây, ví dụ, khi chúng  bị thương và đang bị đe dọa bởi côn trùng.

Nhóm các nhà khoa học quốc tế đã xác định chính xác các cảm biến mà thực vật sử dụng để cảm nhận được điện trường, đồng thời cũng đóng góp vào sự tìm hiểu cách thức virus Ebola đi vào các tế bào người.

Một câu hỏi được giáo sư Rainer Hedrich, Đại Học Würzburg đặt ra: “Chúng tôi đã tự hỏi mình trong nhiều năm cách xác định các thành phần phân tử thực vật sử dụng để trao đổi thông tin lẫn nhau và cách chúng  cảm nhận được những thay đổi trong điện áp.”

Câu hỏi này đã  hấp dẫn Hedrich kể từ giữa những năm 1980 khi ông vẫn còn là một nghiên cứu sinh sau tiến sỹ (postdoc) trong phòng thí nghiệm của Erwin Neher tại Viện Max Planck ở Göttingen. “Lúc đó, chúng tôi sử dụng các kỹ thuật vá kẹp (patch clamp)  làm  việc để phát hiện, lần đầu tiên, một kênh ion trong thực vật được kích hoạt bởi các ion calcium và một điện trường.” Năm 2005, các nhà khoa học khác sau đó tìm thấy các gene liên quan đến kênh ion này (tên: TCP1). Và bây giờ nó đã được nhóm của  Hedrich một lần nữa xác định rằng một phần của kênh có chức năng như một bộ cảm biến cho điện áp và kích hoạt các kênh.

Ban đầu, Hedrich nhận được sự hỗ trợ từ Giáo sư Thomas Müller và khoa của ông. Các nhà sinh học cấu trúc tạo ra một mô hình ba chiều của protein kênh TPC1. Điều này cho phép các khu vực trong protein có tính cục bộ có đủ điều kiện như các cảm biến điện áp. “Mô hình của chúng tôi cho thấy rõ ràng rằng các kênh TCP1 được tạo thành từ hai đơn vị protein gần như giống hệt nhau kết nối với nhau, mỗi cái có khả năng tạo thành một cảm biến điện áp tiềm năng,” Müller giải thích.

Phân tích về sự tiến hóa của các gene TCP1 làm sáng tỏ hơn về vấn đề này. Các nhà khoa học Würzburg Jörg Schulz, Giáo sư Sinh Học Tính Toán, và Dirk Becker, lãnh đạo nhóm nghiên cứu tại Viện Nghiên Cứu Cây Julius von Sachs, phát hiện ra rằng gen đầu tiên được tìm thấy ở các tế bào tiến hóa có nhân. Kể từ đó , tất cả các sinh vật sống, kể cả con người, dường như đã có nó. “Trong quá trình phân tích, chúng tôi nhận thấy rằng đơn vị thứ hai của protein TPC1 đã hầu như không thay đổi trong hàng triệu năm. Nó gần như giống hệt nhau từ động vật nguyên sinh (protozoa) tới thực vật và con người,” Becker cho biết thêm.

Ở kênh TCP1, cây mang một đột biến ở một tiểu đơn vị đặc biệt của kênh đã bị mất khả năng phản ứng với điện trường. Đột biến làm thực vật xuất hiện các tổn thương và thay đổi các nhận thức của hàng rào bảo vệ chống lại mầm bệnh. Năm 2009, các nhà nghiên cứu Würzburg cho thấy thực vật có một dạng tăng động (hyperactive) của kênh ở trạng thái phòng vệ và chống lại các tổn thương hoặc tấn công bởi côn trùng.

Giờ đây các nhà khoa học đang điều tra những gì can thiệp vào các kênh để giúp chữa lành thực vật, đồng thời giúp chúng ta có cách nhìn mới về con đường lây nhiễm của virus Ebola (điều này xảy ra do các tác nhân gây bệnh sử dụng kênh TPC1 để thâm nhập vào tế bào)

Nguyễn Thúy Quỳnh (chuyển ngữ)

Bài báo:

  1. D. Jaślan, T. D. Mueller, D. Becker, J. Schultz, T. Cuin, I. Marten, I. Dreyer, G. Schönknecht, R. Hedrich. Gating of the two-pore cation channel AtTPC1 in the plant vacuole is based on a single voltage-sensing domain. Plant Biology, 2016; DOI: 10.1111/plb.12478
  2. Julius-Maximilians-Universität Würzburg, JMU. (2016, July 8). How plants sense electric fields. ScienceDaily.

Xin mời Quý Độc Giả bỏ ra 2-5 phút để làm một khảo sát mức độ hài lòng về bài viết của IBSG tại đây. IBSG chân thành cảm ơn Quý Độc Giả.

Be the first to comment

Leave a Reply

Your email address will not be published.


*