Các chất dễ bay hơi của lá xanh là phản ứng nhanh chóng của thực vật trước các mối đe dọa. Star61/Wikimedia Commons, CC BY-SA

Bạn đã bao giờ thắc mắc về nốt xanh sắc bén đập vào mũi khi bạn cắt cỏ hoặc cắt cành hoa chưa? Những người đang có chất bay hơi lá xanh, hoặc GLV: loại dầu dễ bay hơi mà thực vật sử dụng để liên lạc với các cây khác và tự vệ trước động vật ăn cỏ hoặc mầm bệnh như vi khuẩn hoặc nấm.

Hầu hết mọi cây xanh đều có thể nhanh chóng tổng hợp và giải phóng GLV khi bị tấn công, vừa trực tiếp xua đuổi những kẻ tấn công vừa gián tiếp thu hút những kẻ săn mồi là động vật ăn cỏ như côn trùng, đồng thời kích thích các cơ chế phòng vệ khác của thực vật. Các nhà nghiên cứu biết rằng GLV đóng vai trò quan trọng trong việc bảo vệ thực vật, nhưng cách chúng hoạt động vẫn chưa rõ ràng.

tôi là nhà nghiên cứu hóa sinhvà thông qua sự hợp tác giữa Phòng thí nghiệm Vương và Phòng thí nghiệm Stratmann của Đại học Nam Carolina, tôi và các đồng nghiệp nghiên cứu cách tế bào thực vật triển khai các chất dễ bay hơi của lá xanh. Trong của chúng tôi nghiên cứu được công bố gần đây, chúng tôi đã xác định được các con đường truyền tín hiệu tiềm năng mà GLV sử dụng để tạo ra phản ứng phòng vệ trong tế bào cà chua. Mục tiêu cuối cùng của chúng tôi là tìm ra cách sử dụng GLV để kiểm soát sâu bệnh nông nghiệp để canh tác sạch hơn.

Hệ thống phòng thủ ở thực vật

Thực vật sử dụng nhiều hệ thống phòng thủ để tự bảo vệ mình. Các tuyến phòng thủ đầu tiên liên quan đến việc phát hiện những kẻ xâm lược vi sinh vật và sự hiện diện của thiệt hại bằng cách sử dụng các mẫu phân tử liên quan đến hư hỏng hoặc DAMP, là những phân tử được giải phóng bởi các tế bào bị hư hỏng hoặc sắp chết.

Khi một tế bào xác định được DAMP, nó sẽ kích hoạt phản ứng miễn dịch và thúc đẩy các cơ chế sửa chữa. Nó cũng dẫn đến thay đổi nồng độ ion canxi, tiếp tục kích hoạt các gen và protein liên quan đến miễn dịch. DAMP cũng bật protein phổ biến trong nhiều con đường truyền tín hiệu căng thẳng kích hoạt các phản ứng phòng vệ khác. Thực vật có một số phương tiện phòng thủ.

Nhiều nghiên cứu đã chỉ ra rằng ảnh hưởng của GLV là tương tự như DAMP. Do đó, nhóm của tôi và tôi muốn chứng minh liệu GLV cũng có thể hoạt động như DAMP hay không.

Để làm được điều này, chúng tôi đã nghiên cứu những protein nào được bật hoặc tắt trong tế bào cà chua. Thay đổi về mặt hóa học cấu trúc của protein thông qua một quá trình gọi là sự phosphoryl hóa bật hoặc tắt nó. Quá trình phosphoryl hóa protein đóng vai trò trung tâm trong việc điều chỉnh một số lượng lớn các quá trình tế bào và liên quan đến nhiều con đường truyền tín hiệu. Nghiên cứu về phosphoproteomehoặc tất cả các protein được phosphoryl hóa trong một hệ thống của tế bào cà chua có thể giúp chúng ta so sánh đường truyền tín hiệu của GLV và DAMP.

Chúng tôi phát hiện ra rằng nhiều protein liên quan đến con đường truyền tín hiệu dễ bay hơi của lá xanh có liên quan đến việc điều chỉnh căng thẳng. Chúng bao gồm nhiều thành phần của đường dẫn tín hiệu DAMP, ủng hộ giả thuyết của chúng tôi rằng GLV hoạt động giống như DAMP trong việc kích hoạt các phản ứng phòng thủ.

Sử dụng GLV trong nông nghiệp

Nông nghiệp thường gây áp lực đáng kể lên tài nguyên thiên nhiên và môi trường. Ví dụ, việc sử dụng thuốc trừ sâu thông thường có thể dẫn đến suy thoái môi trường và khả năng kháng sâu bệnh.

Thuốc trừ sâu sinh học đang ngày càng phổ biến như một giải pháp thay thế ít độc hại hơn. Đây là những sinh vật hoặc hợp chất xuất hiện tự nhiên có tác dụng ngăn chặn sự phát triển và lây lan của sâu bệnh. Ví dụ, hợp chất hữu cơ dễ bay hơi từ thực vật là một loại thuốc trừ sâu sinh học đã được chứng minh là cho phép giảm sử dụng thuốc trừ sâu tổng hợp để quản lý sâu bệnh trong ngũ cốc thực phẩm được bảo quản.

Vì vậy, GLV cũng có thể là thuốc trừ sâu sinh học hiệu quả trong nông nghiệp. Một nghiên cứu đã chỉ ra rằng GLV có thể thu hút sâu bệnh thực vật, Apion thu nhỏ bọ cánh cứng, để ăn một loại cỏ dại xâm lấn và khó kiểm soát, Rumex confertus. Ngoài ra, các nghiên cứu thực địa trên cây thuốc lá hoang dã cho thấy việc giải phóng GLV có thể thu hút kẻ thù của động vật ăn cỏ. Sự hiện diện của các đối thủ cạnh tranh động vật ăn cỏ này không chỉ có thể kiểm soát côn trùng gây hại mà còn tăng sản lượng cây bị nhiễm bệnh.

Với nghiên cứu sâu hơn, chúng tôi tin rằng GLV có tiềm năng kiểm soát sâu bệnh một cách tự nhiên và hỗ trợ nền nông nghiệp bền vững.

Sasimonthakan Tanarsuwongkul, Bằng tiến sĩ. Ứng viên ngành Hóa sinh, Đại học Nam Carolina

Bài viết này được tái bản từ Conversation theo giấy phép Creative Commons. Đọc ban đầu bài viết.