Hạt Giống Dưa Lưới
Phân Bón
Thuốc BVTV Sinh Học
Vật Tư Nông Nghiệp1. Protein nội sinh là gì?
Protein nội sinh là các protein được cây tự tổng hợp từ bên trong thông qua quá trình dịch mã từ DNA. Đây là những protein không phải do bổ sung từ bên ngoài (phân bón, chế phẩm sinh học, v.v.) mà được tạo ra để phục vụ quá trình sinh trưởng, phát triển và bảo vệ cây trồng.
2. Các nhóm protein nội sinh quan trọng
a) Protein cấu trúc
- Cellulose synthase: Enzyme tổng hợp cellulose giúp xây dựng thành tế bào.
- Actin, tubulin: Tham gia vào bộ khung tế bào, hỗ trợ vận chuyển chất bên trong tế bào và duy trì cấu trúc tế bào.
b) Protein quang hợp & chuyển hóa năng lượng
- Rubisco (Ribulose-1,5-bisphosphate carboxylase/oxygenase): Enzyme quan trọng trong chu trình Calvin-Benson-Bassham (CBB), giúp cây cố định CO₂ để tạo năng lượng. Đây là protein phổ biến nhất trên Trái Đất.
- Chlorophyll-binding proteins: Giúp liên kết diệp lục, hỗ trợ hấp thụ ánh sáng tối ưu hơn cho quá trình quang hợp.
c) Protein bảo vệ cây trước điều kiện bất lợi
- Heat shock proteins (HSPs): Bảo vệ cây khỏi nhiệt độ cao bằng cách ổn định cấu trúc protein và cấu trúc tế bào.
- Chaperone proteins: Giúp protein gấp cuộn đúng cách, tránh tổn thương khi cây bị stress (hạn hán, mặn, lạnh…).
- Pathogenesis-related proteins (PR proteins): Tăng cường khả năng kháng bệnh của cây bằng cách phân hủy thành tế bào của mầm bệnh, ức chế sự phát triển của mầm bệnh và kích hoạt các phản ứng phòng thủ khác.
d) Protein hỗ trợ sinh trưởng và phát triển
- Nitrate reductase: Giúp cây chuyển hóa nitrat (NO₃⁻) thành dạng dễ hấp thụ.
- Auxin-binding proteins: Điều hòa hoạt động của hormone auxin, ảnh hưởng đến sự phát triển của rễ và chồi.
e) Protein vận chuyển
- Aquaporins (AQPs): Protein kênh giúp vận chuyển nước và các phân tử nhỏ khác qua màng tế bào, đóng vai trò quan trọng trong việc duy trì cân bằng nước và đáp ứng với stress môi trường.
f) Protein dự trữ
- Seed Storage Proteins: Tích lũy trong hạt và đóng vai trò là nguồn dự trữ axit amin cho phôi trong quá trình nảy mầm. Chúng rất quan trọng cho sự sinh sản của cây và dinh dưỡng của con người.
3. Ứng dụng của protein nội sinh trong nông nghiệp
- Tăng cường khả năng kháng bệnh và chịu hạn: Các protein như PR proteins và HSPs giúp cây có khả năng chống chịu với vi khuẩn, nấm và điều kiện môi trường bất lợi. Nghiên cứu gần đây đã tập trung vào việc tăng cường biểu hiện của các protein này để cải thiện khả năng chống chịu của cây trồng đối với các stress môi trường.
- Tối ưu hóa quang hợp, nâng cao năng suất: Nghiên cứu và điều chỉnh hoạt động của Rubisco có thể giúp cây hấp thụ CO₂ hiệu quả hơn, cải thiện tốc độ sinh trưởng và năng suất. Các phương pháp kỹ thuật sinh học tổng hợp đang được phát triển để tối ưu hóa hoạt động của Rubisco và giảm hoạt động oxygenase của nó, từ đó giảm quá trình quang hô hấp không hiệu quả.
- Ứng dụng trong chọn giống cây trồng: Nhờ vào công nghệ sinh học, các nhà khoa học có thể chỉnh sửa gene để tăng cường biểu hiện protein nội sinh, giúp cây có đặc tính mong muốn như chịu hạn tốt hơn hoặc hấp thụ dinh dưỡng tốt hơn. Công nghệ CRISPR/Cas đã được sử dụng để gắn nhãn protein nội sinh bằng các marker phát quang, cho phép nghiên cứu chức năng và tương tác của protein trong cây sống.
- Cải thiện chất lượng dinh dưỡng: Protein nội sinh cũng được nhắm đến để cải thiện chất lượng dinh dưỡng của cây trồng. Ví dụ, việc điều chỉnh protein dự trữ có thể nâng cao hàm lượng và chất lượng protein trong hạt, có lợi cho cả tiêu dùng của con người và thức ăn chăn nuôi.
- Tăng cường hiệu quả sử dụng dinh dưỡng: Bằng cách tối ưu hóa biểu hiện và chức năng của các protein như nitrate reductase, cây trồng có thể được lai tạo để sử dụng dinh dưỡng hiệu quả hơn, giảm nhu cầu phân bón và giảm thiểu tác động môi trường.
4. Phát triển mới trong nghiên cứu protein nội sinh (2023-2025)
a) Phân hủy protein có mục tiêu được mã hóa di truyền
Một chiến lược mới gọi là Targeted Condensation-prone-protein Degradation (TCD) đã được phát triển để điều chỉnh trực tiếp protein nội sinh của cây. Phương pháp này sử dụng một chất phân hủy được mã hóa di truyền để kiểm soát số lượng chồi, sự ra hoa và khả năng kháng bệnh đạo ôn ở cây lúa, cho thấy tiềm năng trong việc cải thiện hiệu suất cây trồng bằng cách điều chỉnh mức protein nội sinh.
b) Gắn nhãn tại chỗ để phát hiện protein
Hệ thống TagBIT đã được phát triển để phát hiện nhanh chóng và động các protein nội sinh trong cây lúa. Hệ thống này tạo điều kiện thuận lợi cho việc trực quan hóa và phân tích tương tác protein tại chỗ, cung cấp thông tin chi tiết về vai trò chức năng của protein nội sinh trong quá trình phát triển và đáp ứng stress của cây.
c) Tiếp cận đa omics
Các nghiên cứu đa omics đã được sử dụng để phân tích tương tác giữa protein nội sinh và các thành phần tế bào khác trong điều kiện stress. Ví dụ, nghiên cứu trên Brassica napus L. đã xác định các protein chính tham gia vào quá trình hấp thu phosphorus và thích nghi với stress, nhấn mạnh tầm quan trọng của protein nội sinh trong quản lý dinh dưỡng và khả năng chống chịu stress.
5. Kết luận
Protein nội sinh đóng vai trò không thể thiếu trong sinh trưởng, phát triển và bảo vệ cây trồng. Hiểu rõ về chúng giúp nhà nông và nhà khoa học có thể tận dụng tối đa tiềm năng của cây, từ đó cải thiện sản xuất nông nghiệp theo hướng bền vững và hiệu quả. Các tiến bộ gần đây trong công nghệ sinh học và kỹ thuật di truyền đã mở ra những cơ hội mới để tối ưu hóa chức năng của protein nội sinh, hứa hẹn những đột phá trong việc cải thiện năng suất cây trồng, khả năng chống chịu stress và chất lượng dinh dưỡng.
Nếu bạn quan tâm đến các ứng dụng thực tế của protein nội sinh trong cây trồng, hãy để lại bình luận hoặc liên hệ để cùng thảo luận nhé!
Tham khảo thêm: