Bí ẩn gene của loài cây 'không thể chết'

 

 Ảnh: Tao Wan.

Cây bách lan sinh trưởng trên sa mạc Namib khô cằn, chỉ mọc hai lá nhưng được cho là có thể sống tới 3.000 năm.

Các nhà nghiên cứu khám phá một số bí ẩn gene phía sau hình dạng độc đáo, tuổi thọ siêu dài và sự kiên cường của bách lan (Welwitschia mirabilis), loài cây sinh trưởng trên sa mạc Namib, châu Phi, Independent hôm 5/8 đưa tin. Nghiên cứu mới xuất bản trên tạp chí Nature Communications.

Tên của bách lan trong tiếng Afrikaans là "tweeblaarkanniedood", nghĩa là "hai chiếc lá không thể chết". Tên gọi này rất phù hợp vì nó chỉ mọc hai lá trong suốt cuộc đời kéo dài hàng thiên niên kỷ.

"Loài cây này có thể sống hàng nghìn năm và không bao giờ ngừng sinh trưởng. Lúc ngừng lớn lên cũng là lúc nó chết", Andrew Leitch, nhà di truyền học thực vật tại Đại học Queen Mary (Anh), đồng tác giả nghiên cứu, cho biết. Một số cây lớn nhất được cho là đã sống hơn 3.000 năm, với hai lá phát triển ổn định từ đầu thời Đồ Sắt. Những chiếc lá dài bị gió sa mạc vùi dập và động vật gặm, trở nên xơ và quăn lại theo thời gian, khiến bách lan trông giống một con bạch tuộc.

Bộ gene của bách lan phản ánh môi trường xung quanh khô cằn và nghèo dinh dưỡng, lịch sử gene của nó có vẻ cũng tương ứng với lịch sử môi trường. Khoảng 86 triệu năm trước, sau một lỗi sai khi phân bào, bộ gene của bách lan đã nhân đôi vào thời kỳ sự khô hạn tăng lên và hạn hán kéo dài. Đây cũng có thể là lúc sa mạc Namib hình thành, theo Tao Wan, nhà thực vật học tại Vườn thực vật Fairy Lake (Trung Quốc), tác giả chính của nghiên cứu.

Wan cho biết, sự "căng thẳng tột độ" thường gắn liền với hiện tượng nhân đôi bộ gene như vậy. Leitch bổ sung, gene nhân đôi cũng được giải phóng khỏi các chức năng ban đầu, có thể nhận những chức năng mới. Tuy nhiên, có nhiều vật liệu di truyền hơn cũng phải trả một cái giá nhất định.

"Hoạt động cơ bản nhất với sự sống là nhân đôi ADN, vì vậy nếu có bộ gene lớn thì việc duy trì sự sống sẽ tốn nhiều năng lượng, đặc biệt là trong môi trường khắc nghiệt như vậy", Wan giải thích. Bên cạnh đó, một phần lớn bộ gene của Welwitschia là các chuỗi ADN tự nhân đôi "rác" được gọi là nhân tố chuyển vị ngược (retrotransposon). "Giờ số 'rác' đó cần được nhân đôi và sửa chữa", Leitch nói.

Nhóm nghiên cứu phát hiện một đợt bùng nổ hoạt động của các nhân tố chuyển vị ngược từ một đến hai triệu năm trước, khả năng cao do căng thẳng nhiệt độ tăng. Để đối phó, bộ gene Welwitschia đã trải qua những thay đổi di truyền biểu sinh để khiến ADN rác "im lặng" qua một quá trình gọi là methyl hóa ADN. Quá trình này cùng những sức mạnh chọn lọc khác mang lại cho bách lan một bộ gene hiệu quả.

Nghiên cứu mới cũng phát hiện một số điểm đặc biệt trên lá bách lan. Lá thường mọc từ ngọn hay phần đỉnh của thân và cành. Nhưng đỉnh ban đầu của bách lan chết đi và lá lại mọc ra từ một nơi dễ bị tổn thương của cây gọi là mô phân sinh cơ bản, nơi cung cấp các tế bào mới cho cây đang phát triển. Một lượng lớn bản sao hoặc sự gia tăng hoạt động của một số gene liên quan đến cơ chế trao đổi chất hiệu quả, sự tăng trưởng tế bào và sức chịu đựng có thể đã giúp loài cây này tiếp tục sinh trưởng trong môi trường khắc nghiệt.

Khi thế giới đang ấm lên, những bài học từ gene của bách lan có thể giúp con người tạo ra những loại cây trồng sống khỏe và cần ít nước hơn. "Khi thấy bách lan có thể sống trong môi trường này lâu như vậy, đồng thời vẫn bảo tồn ADN và các protein, tôi thực sự cảm thấy có thể tìm ra những gợi ý về cách cải thiện nông nghiệp", Jim Leebens-Mack, nhà thực vật tại Đại học Georgia, chia sẻ.

Thu Thảo (Theo Independent)