Gene được nhóm của Lippman tìm thấy được gọi là TERMINATING FLOWER (TMF), trước đó chưa từng được biết là có vai trò quyết định trong sự sinh trưởng của cây. Mặc dù thực tế thì quá trình ra hoa và các gen điều khiển nó đã được nghiên cứu rất sâu qua nhiều thập kỷ trong nhiều hệ thống cây trồng, bao gồm trên cây mô hình Arabidopsis, lúa và bắp.

Chúng ta biết rằng những ảnh hưởng chủ yếu tác động lên sự ra hoa là các yếu tố ngoại cảnh  như là ánh sáng và nhiệt độ. Tuy nhiên, nghiên cứu mới của phó giáo sư Zach Lippman, Ph. D thuộc CSHL* và các cộng sự đã được công bố trực tuyến hôm 11/11/2012 trên tạp chí Nature Genetics, đã bổ sung nhiều hiểu biết quan trọng cho cơ chế điều khiển sự ra hoa mà trước đây chưa từng được biết đến.

Sử dụng cây cà chua làm đối tượng của mình, Lippman và những cộng sự ở CSHL bao gồm Cora MacAlister, Soon Ju Pack và Ke Jang cho thấy sự mất kiểm soát của việc điều khiển ra hoa, chẳng hạn như quá trình ra hoa diễn ra quá nhanh, kết quả tạo ra chỉ một hoa đơn trên mỗi cành trong khi thông thường tạo ra từ 7 đến 10 hoa. Ngược lại, quá trình ra hoa chậm lại có thể làm cho nhiều cành mang hoa phát triển, đồng nghĩa với việc nhiều trái hơn.

Việc phân tích kỹ về cơ chế điều khiển ra hoa trên cây trồng như cà chua đưa đến những chiến lược mới cho việc làm tăng năng suất nông sản trên những cây trồng trọng yếu.

Trong suốt quá trình ra hoa, cây trồng hình thành những cấu trúc sinh sản chồi gọi là cụm hoa. Những cấu trúc này bắt nguồn từ tập hợp tế bào gốc nhỏ được che bên trong những đỉnh sinh trưởng bé nhỏ của cây trồng được gọi là mô phân sinh. Nhờ những đặc tính này, cây trồng hưởng ứng và đáp lại với những tín hiệu từ ánh sáng và nhiệt độ, tại mô phân sinh cơ quan thực vật – lá hoặc hoa – được hình thành.

Những cây cà chua được thuần hóa mà chúng ta ưa thích thường là những trái bóng đỏ, ngon; đặc thù mọc những cụm đa hoa trên mỗi chồi non. Mỗi cụm hoa được sắp xếp theo kiểu zíc zắc từ 7 đến 10 hoa trên mỗi cành đơn. Điều kì lạ là nhiều giống cà chua hoang dại tạo ra những nhánh phức tạp trên mỗi cụm hoa, với mỗi nhánh có nhiều hoa, điều đó làm tăng khả năng sinh sản của cây trồng. Trong  một số trường hợp hiếm gặp, các đột biến di truyền của cà chua đã được thuần hóa tạo thành những cụm hoa giống hình chổi với hàng chục nhánh giống như những loài hoang dại. Thú vị hơn, có loại đột biến khác chỉ tạo ra một hoa đơn độc, đôi khi trông dị thường.

Trong nghiên cứu trước đây, Lippman và một số tác giả khác đã đưa ra lý luận rằng việc điều khiển ra hoa thì quan trọng trong việc quyết định liệu một cụm hoa được phân nhánh tốt hay không. Bằng cách mô tả đặc điểm hoạt động của hàng nghìn gene tham gia vào quá trình ra hoa của cà chua, Lippman và các thành viên trong phòng thí nghiệm của ông đã khám phá ra sự phối hợp của “Đồng hồ phân tử”; cho dù mô phân sinh tạo ra những cụm hoa có phân nhánh hay không phân nhánh.Trong nghiên cứu mới được công bố, họ khám phá ra một gen khác đóng vai trò then chốt trong việc giữ cho đồng hồ phân tử chạy quá nhanh.

TMF và vai trò kiểm soát sự đồng bộ hóa của quá trình chuyển đổi ra hoa

Lippman nói: “ Để cho cây trồng quyết định chuyển từ ra lá đến ra hoa khi nào và ở đâu, mọi thứ phải lần lượt một cách hoàn chỉnh”. “ Chúng ta biết rằng quá trình ra hoa được điều chỉnh bởi nhiệt độ và độ dài ngày, nó điều khiển một khía cạnh của sự kiểm soát. Nhưng bây giờ chúng tôi đã tìm thấy một cơ chế điều khiển mới”.

Lippman nói bi61t thông qua những nghiên cứu tạo đột biến, nhóm của ông đã tìm thấy một gene mà khi đột biến sẽ chuyển đổi cụm hoa điển hình thành một hoa đơn. Thật thú vị vì điều này làm cho cây cà chua giống với những cây trồng có hoa đơn cùng họ khác trong Họ cà bao gồm cà tím, thuốc lá, cây dạ yến thảo và cây ớt.

Gene được nhóm của Lippman tìm thấy được gọi là TERMINATING FLOWER (TMF), trước đó chưa từng được biết là có vai trò quyết định trong sự sinh trưởng của cây. Mặc dù thực tế thì quá trình ra hoa và các gen điều khiển nó đã được nghiên cứu rất sâu qua nhiều thập kỷ trong nhiều hệ thống cây trồng, bao gồm trên cây mô hình Arabidopsis, lúa và bắp (ngô).

Có vẻ như TMF quy định một con đường trước đây chưa được biết đến có liên quan tới việc điều khiển sự ra hoa. Những đột biến trong TMF gây ra các cụm hoa đơn làm cho cây trồng bị đánh lừa rằng đó là thời kì để ra hoa trong khi nó vẫn còn trong giai đoạn sinh dưỡng tức là thời kì sinh trưởng thường chỉ diễn ra trước sự ra hoa và khi lá vẫn đang được hình thành.

Sự ra hoa là một quá trình được phối hợp chặt chẽ , do đó chức năng TMF bị mất thì quá trình sẽ trở nên không đồng bộ và thiếu sự phối hợp. Những tín hiệu bên ngoài từ ánh sáng và nhiệt độ chưa đạt được ngưỡng tới hạn để cây trồng sẵn sàng ra hoa, hay quá trình ra hoa bắt đầu lộn xộn. Như vậy, TMF hoạt động như là sự kiểm tra bản chất của việc chuyển đổi ra hoa. Lippman nói: “ Chức năng thông thường của nó là để trì hoãn sự ra hoa, từ từ làm chậm nó xuống, để nó không ra hoa quá sớm”.

Nếu cây trồng ra hoa quá nhanh có thể không đủ năng lượng từ lá để cung cấp cho những hoa và quả khác. Nhưng Lippman đưa ra giả thuyết rằng một vài loài cây trồng có lợi thế với cơ chế này và phát triển tạo ra nhiều hoa hơn hay ít hoa hơn trên cụm hoa. Ví dụ, có thể trong tự nhiên một số loài cây trồng thành công hơn khi tạo ra ít hoa hơn qua một chu kỳ thời gian dài hơn.

Các loài như cà chua đều có liên quan tới tất cả những kiểu cụm hoa và đó chính là  lý do tại sao Lippman thấy mô hình này quá hấp dẫn để nghiên cứu. Bằng cách học hỏi về sự di truyền làm chuyển đổi sự điều khiển ra hoa, hy vọng rằng chúng có thể được vận dụng trong cây trồng nông nghiệp giống như cà chua để cải thiện năng suất.

Xem thêm tại: http://www.cshl.edu/Article-Lippman/cshl-led-team-discovers-new-way-in-w….