Cây trồng nông nghiệp thường phải đối mặt với điều kiện môi trường khắc nghiệt. Thay vì sử dụng năng lượng để tăng trưởng, các yếu tố như bệnh tật, nhiệt độ khắc nghiệt và đất nhiễm mặn buộc thực vật phải sử dụng năng lượng này để ứng phó với căng thẳng. Hiện tượng này được gọi là “sự đánh đổi giữa tăng trưởng và căng thẳng”.
Một nhóm các nhà nghiên cứu từ Đại học Nagoya đã phát hiện ra một con đường chưa từng được biết đến trước đây, điều chỉnh việc thực vật sử dụng tài nguyên của mình để phát triển hay đối phó với căng thẳng, báo cáo Cổng thông tin Phys.org. Khám phá này có thể giúp kiểm soát phản ứng căng thẳng trong môi trường nông nghiệp, tăng năng suất. Các nhà khoa học đã công bố kết quả của họ trên tạp chí Khoa học.
Nhóm nghiên cứu, dẫn đầu bởi Giáo sư Yoshikatsu Matsubayashi và Phó giáo sư Mari Ohnishi từ Trường Khoa học sau đại học thuộc Đại học Nagoya ở Nhật Bản, đã nghiên cứu vai trò của hormone và các thụ thể của chúng trong phản ứng căng thẳng của thực vật.
Họ tập trung vào ba thụ thể mà hormone tương ứng vẫn chưa được xác định. Sử dụng Arabidopsis thaliana, một loài thực vật có hoa nhỏ, họ đã phát hiện ra một họ PSY có chức năng như một loại hormone, liên kết với các thụ thể này và chuyển phản ứng căng thẳng thành tăng trưởng và ngược lại.
Thông thường, các thụ thể và hormone hoạt động giống như ổ khóa và chìa khóa, trong đó hormone (trong trường hợp này là peptide PSY) đóng vai trò là chìa khóa cần thiết để bắt đầu quá trình sinh học. Tuy nhiên, trong nghiên cứu này, các tế bào thực vật không tạo ra PSY vẫn có phản ứng tích cực với stress. Do đó, điều này cho thấy rằng thay vì kích hoạt phản ứng căng thẳng, sự hiện diện của "chìa khóa" PSY trong "khóa" thụ thể sẽ khiến nó bị tắt.
Để kiểm tra bản chất của phản ứng căng thẳng, các nhà nghiên cứu đã trồng cây trong điều kiện cực kỳ căng thẳng bằng cách sử dụng nhiệt, muối và lây nhiễm vi khuẩn cho chúng. Những cây bị thiếu thụ thể PSY hoặc được cung cấp hormone PSY thường xuyên không thể đáp ứng đầy đủ với stress, dẫn đến tỷ lệ sống giảm. Các nhà khoa học đã kết luận rằng thực vật tiếp xúc với căng thẳng sẽ ngừng giải phóng PSY, sự vắng mặt của PSY sẽ gây ra phản ứng căng thẳng.
Để giải thích hiện tượng này, các nhà nghiên cứu đã đề xuất một cơ chế trong đó các tế bào bị tổn thương làm giảm nồng độ hormone PSY trong các lớp tế bào gần khu vực bị tổn thương. Việc thiếu PSY này gây ra phản ứng căng thẳng. Điều quan trọng là điều này có thể giải thích tại sao ngay cả những cây bị hư hại cũng có thể gửi tin nhắn.
Thay vì sử dụng nguồn lực hạn chế của mình để tạo ra tín hiệu mới, tế bào thực vật bị tổn thương có thể ngừng giải phóng hormone PSY, kích hoạt phản ứng căng thẳng. Cơ chế như vậy sẽ giúp cân bằng khả năng chống chịu ứng suất với chi phí năng lượng đi kèm. Kết quả là, ngay cả trong điều kiện môi trường căng thẳng nhất, thực vật vẫn có thể phát triển trong khi vẫn quản lý được nguồn tài nguyên hạn chế của mình.
Hầu hết các cơ chế được tìm thấy ở cây Arabidopsis cũng được tìm thấy ở các loại cây khác. Vì vậy, những kết quả này có thể áp dụng cho tất cả các loại cây trồng.