Thực vật sử dụng đường, được sản xuất thông qua quá trình quang hợp, như một tín hiệu chính để phát hiện và phản ứng với nhiệt độ trong suốt ban ngày, điều này có thể dẫn đến những giống cây trồng bền vững hơn.
Một nghiên cứu gần đây do Giáo sư Meng Chen tại Đại học California, Riverside dẫn đầu đã tiết lộ một cơ chế mới trong thực vật để nhận biết nhiệt độ trong ánh sáng ban ngày. Phát hiện này thách thức những ý tưởng trước đây tập trung chủ yếu vào các cảm biến vào ban đêm. Nghiên cứu nhấn mạnh vai trò quan trọng của đường trong quá trình này, cung cấp một cái nhìn toàn diện hơn về cách thực vật thích nghi với môi trường của chúng.
Các nhà khoa học trước đây tin rằng các protein như phytochrome B và early flowering 3 (ELF3) là những cảm biến nhiệt chính, chủ yếu hoạt động vào ban đêm. Tuy nhiên, những mô hình này không giải thích được cách thực vật phản ứng với nhiệt độ vào ban ngày, khi cả ánh sáng và nhiệt độ đều cao. Để khám phá điều này, nhóm nghiên cứu đã sử dụng Arabidopsis, một loại cây hoa nhỏ thường được sử dụng trong các nghiên cứu di truyền. Họ đã cho các cây tiếp xúc với các nhiệt độ và điều kiện ánh sáng khác nhau, quan sát cách mà thân cây của chúng, gọi là hypocotyls, phát triển để phản ứng với nhiệt độ.
Các phát hiện cho thấy khả năng phát hiện nhiệt của phytochrome B giảm đi trong ánh sáng mạnh. Dù vậy, các cây vẫn phản ứng với nhiệt, cho thấy có những cảm biến khác đang hoạt động. Các thử nghiệm thêm cho thấy thực vật có thể phản ứng với nhiệt trong ánh sáng, nhưng không trong bóng tối, khi phytochrome B không hoạt động. Việc thêm đường vào môi trường phát triển đã khôi phục phản ứng này, cho thấy đường đóng vai trò như một tín hiệu cho nhiệt độ cao hơn.
Nghiên cứu cũng phát hiện rằng nhiệt độ cao hơn khiến tinh bột trong lá phân hủy, giải phóng sucrose. Đường này ổn định một protein gọi là PIF4, kiểm soát sự phát triển. Nếu không có sucrose, PIF4 nhanh chóng bị phân hủy; với nó, protein tích tụ và trở nên hoạt động khi một cảm biến khác, ELF3, cũng phản ứng với nhiệt. Cơ chế kép này, liên quan đến đường và protein, cho phép thực vật điều chỉnh sự phát triển của chúng để phản ứng với nhiệt độ ban ngày. Phát hiện này, được công bố trong Nature Communications vào năm 2025, cung cấp một hiểu biết sâu sắc hơn về khả năng cảm nhận nhiệt của thực vật.
Hiểu cách thực vật nhận biết nhiệt độ trong ban ngày là rất quan trọng để tạo ra các phương pháp nông nghiệp đảm bảo an ninh lương thực trong một khí hậu đang thay đổi. Nghiên cứu này có thể giúp phát triển những giống cây trồng có khả năng chịu đựng tốt hơn với nhiệt độ cực đoan. Kiến thức này có thể được sử dụng để lai tạo các loại cây có thể chịu đựng tốt hơn các tác động của biến đổi khí hậu, đảm bảo nguồn cung lương thực ổn định.