Bí ẩn bộ gene của loài cây "không thể chết"

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.

Bí ẩn bộ gene của loài cây không thể chết
Bách lan, loài cây hai lá mọc ở sa mạc Namib, được cho là có thể sống hàng nghìn năm. (Ảnh: Tao Wan).

Loading...

"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.

Từ khóa liên quan:
Loading...
TIN CŨ HƠN
Các nhà khoa học làm gián đực không thích gián cái nữa để triệt sản chúng

Các nhà khoa học làm gián đực không thích gián cái nữa để triệt sản chúng

Gián Đức hay Blatella germanica là một trong những sinh vật gây hại khó tiêu diệt nhất hành tinh.

Đăng ngày: 06/08/2021
Cây sâm độc gây suy hô hấp xâm lấn nước Mỹ

Cây sâm độc gây suy hô hấp xâm lấn nước Mỹ

Một loài thực vật có thể gây chết người nếu ăn phải đang lan rộng khắp các công viên, bồn hoa và vườn sau nhà ở 43 bang của Mỹ.

Đăng ngày: 06/08/2021
Sâm Ngọc Linh và sâm Hàn Quốc: Kẻ tám lạng, người nửa cân?

Sâm Ngọc Linh và sâm Hàn Quốc: Kẻ tám lạng, người nửa cân?

So sánh hình thái và hoạt tính sinh học của các giống sâm Panax ginseng của Hàn Quốc với sâm Ngọc Linh, các nhà khoa học nhận thấy không có nhiều sự khác biệt.

Đăng ngày: 04/08/2021
Giải mã bí mật vi khuẩn đường ruột của những người thọ 100 tuổi

Giải mã bí mật vi khuẩn đường ruột của những người thọ 100 tuổi

Theo một nghiên cứu mới từ Nhật Bản, những người sống đến 100 tuổi trở lên có thể có loại vi khuẩn đường ruột đặc biệt giúp ngăn ngừa nhiễm trùng.

Đăng ngày: 02/08/2021
Ai bảo cà phê chỉ tốt cho người? Những con ong được

Ai bảo cà phê chỉ tốt cho người? Những con ong được "uống caffeine" cũng làm việc hiệu quả hơn bình thường

Nghiên cứu mới cho thấy caffeine giúp tăng cường trí nhớ của ong và làm cho chúng di chuyển hiệu quả hơn trên một số loài hoa được nhắm mục tiêu.

Đăng ngày: 02/08/2021
Đức cảnh báo loại virus đang lây lan

Đức cảnh báo loại virus đang lây lan "nguy hiểm hơn cả Covid-19"

Đức đã cảnh báo về virus hợp bào hô hấp (RSV) đang lây lan nhanh chóng và " nguy hiểm hơn cả Covid-19".

Đăng ngày: 31/07/2021
Loài cây lên rễ dài 7 mét, dân châu Á cực yêu thích nhưng dân châu Âu lại sợ hãi, không ai dám trồng

Loài cây lên rễ dài 7 mét, dân châu Á cực yêu thích nhưng dân châu Âu lại sợ hãi, không ai dám trồng

Loại cây thuốc quý của châu Á đã không ít lần gieo rắc ác mộng tại các quốc gia như Hà Lan và Anh.

Đăng ngày: 30/07/2021
Tiêu điểm
Khoa Học News