Khi biến đổi khí hậu là điều không thể tránh khỏi, thực vật sẽ tăng cường phản ứng với nhiệt độ theo nhiều cách khác nhau. Nhiệt độ ảnh hưởng đến sự phân bố của thực vật trên khắp hành tinh, ảnh hưởng đến thời gian ra hoa, năng suất cây trồng và thậm chí là khả năng kháng bệnh.
"Điều quan trọng là phải hiểu cách thực vật phản ứng với nhiệt độ để không chỉ dự báo được nguồn thực phẩm tương lai, mà còn phát triển các công nghệ mới, giúp cây trồng đối phó với nhiệt độ ngày càng gia tăng", Meng Chen, PGS.TS ngành Sinh học tế bào tại Đại học California, Riverside (UCR), Mỹ và là tác giả chính của nghiên cứu cho biết.
Các nhà khoa học rất quan tâm đến việc tìm ra cách thức thực vật cảm nhận nhiệt độ trong ngày, nhưng đến nay, nội dung này vẫn còn nhiều ẩn số. Chen cùng nhóm các nhà khoa học tại URC đã nghiên cứu vai trò của phytochrom B-đường truyền tín hiệu phân tử, có thể đóng vai trò then chốt trong cách thức thực vật phản ứng với nhiệt độ. Nội dung nghiên cứu trên loài cây mẫu Arabidopsis, được Chen công bố trên tạp chí Nature Communications cho thấy, các yếu tố di truyền có khả năng giúp thực vật có thể sống được trong các điều kiện nhiệt độ khác nhau.
Thực vật phát triển theo đồng hồ sinh học và được kiểm soát theo mùa. Tất cả các quá trình sinh lý của cây được phân chia để diễn ra tại một thời điểm cụ thể trong ngày. Arabidopsis phát triển vào các thời điểm khác nhau trong ngày và tùy thuộc vào mùa. Vào mùa hè, cây phát triển vào ban ngày, nhưng vào mùa đông, nó phát triển vào ban đêm. Các thí nghiệm vào ban đêm trước đây mô phòng các điều kiện mùa đông đã cho thấy phản ứng mạnh mẽ của phytochrom B, nhưng các thí nghiệm mô phỏng các điều kiện mùa hè, vào ban đêm lại có phản ứng kém mạnh mẽ hơn.
Chen và nhóm của ông đã quyết định kiểm tra vai trò của phytochrom B trong cây Arabidopsis dưới ánh sáng đỏ ở 210C và 270C. Các bước sóng đơn sắc cho phép nhóm nghiên cứu tìm ra cách thức hoạt động của chức năng cảm nhận đặc biệt của thực vật mà không bị nhiễu bởi các bước sóng ánh sáng khác. Với điều kiện này, thí nghiệm đã cho thấy, phytochrom B là một cảm biến nhiệt độ ban ngày vào mùa hè. Nếu không có bộ cảm biến ánh sáng này, phản ứng ở thực vật sẽ giảm đáng kể.
Ngoài việc tìm ra chức năng và vai trò của phytochrom B, công trình của Chen còn chỉ ra vai trò của HEMERA, một chất kích hoạt phiên mã giúp khởi động các gen cảm ứng nhiệt độ kiểm soát sự phát triển của thực vật. "Chúng tôi đã tìm thấy chất chính kiểm soát sự cảm biến nhiệt độ ở thực vật–HEMERA, nó được bảo tồn trong tất cả các loại cây, từ rêu đến thực vật có hoa.", Chen nói.
Về bản chất, Chen và nhóm của ông đã xác định được cơ chế di truyền chung cho tất cả các loài thực vật khi chúng phản ứng với điều kiện ánh sáng ban ngày, cũng như khả năng cảm nhận nhiệt độ. Tuy nhiên, không phải tất cả các loài thực vật đều có thể phản ứng giống như cây Arabidopsis trong nghiên cứu. Trước khi nghiên cứu được áp dụng, có thể cần phải hiểu thêm về cách thức phytochrom B hoạt động trong các hệ thực vật khác nhau. Chen tin rằng, chỉ với một số chỉnh sửa nhỏ, phytochrom B có thể áp dụng cho tất cả các loại thực vật.
Ông cho biết thêm: "Để đối phó với sự thay đổi nhiệt độ nhanh chóng do hiện tượng nóng lên toàn cầu, chúng ta có thể phải giúp thiên nhiên phát triển các loại cây thích nghi với môi trường mới. Điều này cần có hiểu biết sâu về cách thực vật cảm nhận và phản ứng với nhiệt độ."