Cây gỗ rừng Polyscias elegans chống chịu nóng

Nguồn: Lingling Zhu, Andrew P Scafaro, Elizabeth Vierling, Marilyn C Ball, Bradley C Posch, Frederike Stock, Owen K Atkin. 2024. Heat tolerance of a tropical-subtropical rainforest tree species Polyscias elegans: time-dependent dynamic responses of physiological thermostability and biochemistry. New Phytol.; 2024 Jan;241(2):715-731. doi: 10.1111/nph.19356.

Hình:  Polyscias elegans– cây gỗ rừng nhiệt đới ẩm “celery wood”.

Stress nóng làm gián đoạn khả năng điều tiết nhiệt sinh lý và kích hoạt những phản ứng sinh hóa rất cần thiết cho sự sống của cây. Tuy nhiên, người ta rất ít hiểu biết về những nhà máy có tính chất tốc độ như vậy(speed plants) điều chỉnh ra làm sao nhiệt độ nóng trong vài giờ và trong cả ngày, những điều tiết kiểu ấy rất cần cho cây.Loài cây gỗ rừng nhiệt đới ẩm(Polyscias elegans) được xử lý trong nghiệm thức nhiệt độ40°C – 5 ngày liên tiếp, trước khi chuyển lại nhiệt độ25°C trong13 ngày để phục hồi. Tính chống chịu nóng của lá cây được định tínhthông qua phương pháp nhiệt độ tối thiểu trên cơ sở độ tăng huỳnh quangchl a(diệp lục a)(T_crit ). Giá trị T_crit , cơ chất biến dưỡng, mức độ phong phú của HSP (heat shock protein) và thành phần acid béo ở màng(membrane lipid fatty acid:FA) đều được định lượng. T_crit tăng lên4°C (48-52°C) trong 2 giờ phơi nhiễm ở 40°C, theo sau là tích tụ nhanh những cơ chất biến dưỡng vàHSPs. Trái lại, nó cần > 2 ngày để thành phầnFA thay đổi. Ít nhất 2 ngày cần choT_crit , HSP90, HSP70vàFAs trở về trạng tháitrước khi bị stress nóng (prestress levels). Kết quả biểu trưng cho phản ứng có tính“multi-faceted” (đa diện) của cây gỗP. elegansvới stressnóng, làm thế nào phản ứng như vậybiến đổi hằng giờ và hằng ngay, đạt đỉnh điểm trong mức độ tăng cường chống chịu nhiệt khi quang hợp. Những phản ứng đó rất quan trọng cho sự sống sót của cây khi chúng đối mặt với từng đợt nắng nóng trong bối cảnh biến đổi khí hậu toàn cầu.

Xem https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/37932881/

Di truyền tính chống chịu hạn của cây đậu nành

Nguồn: Pedro Castro-Valdecantos, Jaime Puértolas, Ian C Dodd. 2024.Similar soil drying-induced stomatal closure in soybean genotypes varying in abscisic acid accumulation and stomatal sensitivity to abscisic acid. Funct Plant Biol.; 2024 Jan;51(1):NULL. doi: 10.1071/FP23012.

Các giống đậu nành khác nhau(Williams 82, Union, Jindou 21, Long Huang 1, Long Huang 2 ) được xử lý trong nghiệm thức đất khô hạn, nhằm tìm hiểuhàm lượng abscisic acid (ABA)nội sinhvà mối tương quan hàm lượng nước trong lá điều điết như thế nào để đóng mở khí khổng. Hàm lượngABAđược đo trongbó mạchxylem và các mô của lá thứ nhất và lá thứ hai theo thứ tự; độ dẫn khí khổng gs (stomatal conductance)và khả năng giữ nước trong lá(Ψleaf ) của cả 2 loại lá nói trên; hàm lượng nước trong đất dều được ghi nhận. Biến thiên trong giống đậu nành về tính trạng diện tích lá và gs là nguyên nhân gây ra tỷ lệ khác nhau của độ khô đất (soil drying), nhưnggsvàΨ leafsuy giảm theo mức độ khô hạn của đất trong tất cả giống thí nghiệm. Biến thiên trong mạchxylem của lá về hàm lượng ABAcho thấy phản ứng ABA của khí khổng tốt hơnhàm lượngABA lá trong một vài giống đậu nành, kết quả có hệ số tương quan chặt với độ dẫn khí khổng.Hàm lượng ABA ở mạch xylem  trong nghiệm thức có tưới nước đạt cao nhất trong giống đậu nànhUnion, trong nghiệm thức đất khô hạn thấp nhất trong giốngJindou 21 vàLong Huang 2, cho dùhàm lượng ABAcủa giống sau này đạt cao nhất trong lá. Jindou 21 tích tụ hàm lượng ABA thấp hơn trong mạchxylem  so với các giống khác khi ẩm độ đất hoặcΨ leafsuy giảm, nhưng độ nhạy cảm của khi khổng đối với ABA của xylem lớn hơn. Bởi vì các giống đậu nành  thay đổi sự tích tụABA và biểu hiện độ nhạy của khi khổng khác nhau đối vớiABA, nhưng chúng có mức nhạy cảm khí khổng như nhauđối vớiΨ leaf, ẩm độ tương đối của lá dường như có tầm quan trọng nhiều hơn trong điều hòa sự đóng khí khổng của cây đậu nành.

Xem https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/37072870/

Vi sinh vật vùng rễ giúp đậu nành chống chịu mặn

Nguồn: Youqiang Wang, Yanzhe Yang, Donglin Zhao, Zhe Li, Xiaona Sui, Han Zhang, Jin Liu, Yiqiang Li, Cheng-Sheng Zhang, Yanfen Zheng. 2024. Ensifer sp. GMS14 enhances soybean salt tolerance for potential application in saline soil reclamation.J Environ Management; 2024 Jan 1:349:119488.doi: 10.1016/j.jenvman.2023.119488. 

Vi sinh vật ở vùng rễ (rhizosphere microbiomes)đóng vai trò quan trọng trong tăng cường tính chống chịu mặn của cây và cũng thường được người ta dùng làm chế phẩm sinh học (bio-inoculants) làm phục hồi đất. Giống đậu nành trồng trọt(Glycine max) là loài cây trồng cho dầu chủ lực của thế giới với tính trạng chống chịu mặn trung bình. Tuy vây, phản ứng của tập đoàn vi sinh vật vùng rễ đối với stress mặn của cây đậu nành, cũng nhưkhả năng ứng dụngđể cải tạo đất nhiễm mặn ra sao, vần còn được báo cáo rất ít. Nghiên cứu này tiến hành lần đầu tiên xem xét tập đoàn vi sinh vật của nghiệm thức đậu nành có xử lý mặn và đậu nành không xử lý mặn thông quan kết quả chạy trình tự16S rRNA. Cơ chế đầy tiềm năng của vi sinh vật vùng rễ làm tăng tính chống chịu mặn của đậu nành được khai thác trên cơ sở phân tích sinh lý và chạy trình tự phân tử phiên mã (transcriptomic sequencing). Kết quả cho thấyEnsifer vàNovosphingobium là nhữngbiomarkerscủa đậu nành bị stress mặn. Một chủng nòi tương ứng, Ensifer sp. GMS14, biểu hiện đặc điểm kích thích tăng trưởng đáng kể. Kết quả thí nghiệm trong chậu cho thấyGMS14 cải tiến có ý nghĩa kết quả tăng trưởng cây đậu nành trên đất mặn. Chủng nòiGMS14làm giảm nhẹ độc tính củaions Na⁺ bằng cách duy trìtỷ lệNa⁺/K⁺ thấp và tăng cường hấp thunitrogen (N) và lân(P) của cây đậu nànhtrong đất mặn thiếu dưỡng chất. Kết quả phân tích transcriptome cho thấyGMS14cải tiến tính chống chịu mặn chủ yếu nhờcải thiện được stress có tính chất ô xi hóa. Thú vị là, GMS14 minh chứng được nó ức chế đặc biệt việc sản sinh rahydrogen peroxide (H₂O₂) để duy trì trạng thái bảo hòa của ROS (reactive oxygen species homeostasis)trong cây khi bị stress mặn. Thí nghiệm đồng ruộng có chế phẩmGMS14cho thấy đây là tiềm năng lớn để cải tạo đất mặn, minh chứng bởi sinh khối tăng lên và khả năng tạo nốt sần tăng khi đậu nành có chủng GMS14. Kết quả đã cung cấp những luận điểmvề cơ chế chống chịu trên cơ sở tương tác giữa cây và vi sinh vật, phác họa tầm quan trọng của vi sinh vậtđược chọn bởi cây bị stress mặn trong cải thiện đất nhiễm mặn.

Xem https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/37939476/

Loci SUBMERGENCE 1 và ANAEROBIC GERMINATION 1 tương tác trong cây lúa non chống chịu ngập.

Nguồn: Rejbana Alam, Maureen Hummel, Elaine Yeung, Anna M. Locke, John Carlos I. Ignacio, Miriam D. Baltazar, Zhenyu Jia, Abdelbagi M. Ismail, Endang M. Septiningsih, Julia Bailey-Serres. 2020. Flood resilience loci SUBMERGENCE 1 and ANAEROBIC GERMINATION 1 interact in seedlings established underwater.Plant Direct; Volume4, Issue7; July 2020; e00240

Cây trồng có khả năng chống chịu với nhiều loại hình stress của khí hậu trở nên rất cần thiết để ổ định năng suất cao. Nghiên cứu này đánh giá được sự tương tác giữa hai lociliên quan đến tính trạng làm cây lúa (Oryza sativa L.)sống sót khi bị ngập nước hoàn toàn.

ANAEROBIC GERMINATION 1, được viết tắt là AG1, mã hóa protein TREHALOSE 6-PHOSPHATE PHOSPHATASE 7 (TPP7), tăng cường sự huy động các chất tồn trữ trong nội nhũ hạt lúa để thúc đẩy sự vươn dài của trục lá mầm(hollow coleoptile) của hạt thóc khi chúng được gieo sạ thẳng trong ruộng có nước cạn. SUBMERGENCE 1 (SUB1), mã hóa protein có tên làethylene-responsive transcription factor. Gen SUB1A-1, liên quan đến tính trạng chịu ngập hoàn toàn của cây lúa bởinó có khả năng giảm sự dị hóa carbohydrate, làm tăngkhả năng cây lúa hồi sinh sau khi bị ngập. Tương tác giữa AG1/TPP7 và SUB1/SUB1A-1 được người ta nghiên cứutheo ba kích bản ngập(flooding scenarios); người ta sử dụng quần thể con laibao gồm 4 dòng NILs(near-isogenic lines)rồi quan sát khả năng tăng trưởng, khả năng sống sót.Quy tụ hailoci không gây ảnh hưởng tiêu cực đến sự nẩy mầm yếm khí hoặc chống chịu ngập ở giai đoạn tăng trưởng(vegetative-stage). Tuy nhiên, giống lúa có hai gen AG1 SUB1 biểu hiện giảm mức độ sống sót hạt khi giống bị ngập cho đến16 ngày. Muốn hiểu thêm vai trò của TPP7 và SUB1A-1 cũng như tương tác của chúng,các thay đổi tạm thời củacarbohydratesvà hệtranscriptomeschồi thân được người ta quan sát kỹ trong 4 giống lúabiến thể gì xảy ra tại 2 locinàyở 4 thời điểm, 2 ngày sau khi sạ đến 14ngày,ngập hoàn toàn. TPP7 làm tăngsự vươn dài trục mang lá mầm, SUB1A-1 làm tăngsự kiện quang tự dưỡng sớm (precocious photoautotrophy),rồilàm hạn chế sự vươnn dài trong nước ngập. Trái lại, khi quy tụ hai lociAG1 và SUB1 biểu hiện tăng trưởng theo chiều dài chậm, chuyển sang quang tự dưỡng,cây sống sót.Kết quả chạymRNA-sequencingcho thấy có sự điều tiết mang tính chấtlệ thuộc thời gian và đặc trưng cho giống của những phân tửmRNAs gắn kết với sửa lỗiDNA, chu kỳ tế bào, cải biên chromatin,phát sinh học thểplastid, dị hóa và vận chuyểncarbohydrate, vươn dài thân mầm, và những tiến trình khác. Tương tác giữa AG1/TPP7 và SUB1/SUB1A-1 có thể tác động sự hình thành mạ non nếu độ sâu mực nước ruộngkhông quản lý tốt sau khi sạ.

Xem https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/pld3.240

Hình: Thay đổi hệtranscriptome trong giai đoạn mạ khi xử lý ngập lâu ngày. (a) Xếp nhóm các genDEGs (log₂ FC > |1|; FDR < 0.05) of IR64(AG1), IR64(SUB1), vàIR64(AG1,SUB1) vớiIR64 trong tất cả những ngày bị ngập nước. (b) Xếp nhóm PAM của các genDEGs theo ngày so với đối chứngIR64(AG1), IR64(SUB1), vàIR64(AG1,SUB1) tương quan đếnIR64 2 ngày(transcriptome)(Genotype × Day vs. IR64; GxD). Sự giàu lênGO của nhữngclustersdi truyền và các gen liệt kê. Danh sách genDEGs, log₂FC values, và GO