Hàng rào rễ: Tiết lộ chìa khóa cho sự cộng sinh cố định nitơ

Nitơ, rất quan trọng cho sự phát triển của cây trồng, thúc đẩy các loại cây họ đậu như đậu và đậu gà thích nghi với đất nghèo nitơ. Chúng tạo thành các nốt sần ở rễ chứa vi khuẩn có khả năng chiết xuất nitơ từ không khí. Các rhizobia này nhận đường từ cây để đổi lấy nitơ cố định. Một nghiên cứu từ Đại học Cologne, Đại học Copenhagen và Viện Nghiên cứu Nhân giống Thực vật Max Planck ở Cologne đã làm sáng tỏ mối quan hệ cộng sinh này. Được công bố trên tạp chí Science, nghiên cứu của họ trình bày chi tiết vai trò quan trọng của hàng rào rễ trong việc điều chỉnh quá trình trao đổi chất tinh tế giữa thực vật và vi khuẩn. Dải Caspary, một hàng rào chống thấm nước trong rễ cây, đóng vai trò như một người gác cổng, kiểm soát dòng chảy của nước và chất dinh dưỡng vào hệ thống mạch dẫn của cây. Hàng rào này phát triển cùng với các nốt sần bên ngoài. Sự hình thành của các nốt sần này cũng được điều chỉnh chặt chẽ: khi nitơ khan hiếm, rễ sẽ gửi tín hiệu báo động, peptide CEP1, đến lá, sau đó tăng cường sự hình thành nốt sần. Nhóm nghiên cứu đã phát hiện ra rằng dải Caspary kiểm soát các con đường tín hiệu liên quan. Họ đã nghiên cứu cây họ đậu Lotus japonicus. Khi các nhà khoa học loại bỏ dải Caspary, cây trồng tạo thành các nốt sần rất chậm trên đất nghèo nitơ. Điều này không phải do hàng rào bị rò rỉ, mà vì không có tín hiệu CEP1 nào được tạo ra. Cây không thể phát hiện và phản ứng với tình trạng thiếu nitơ. Bên trong các nốt sần, các nhà nghiên cứu cũng tìm thấy một phiên bản nhỏ gọn của dải Caspary, điều chỉnh sự trao đổi giữa thực vật và vi khuẩn. Nếu không có hàng rào này, đường sẽ tự do chảy từ cây vào các nốt sần. Điều này khiến vi khuẩn nhân lên nhiều hơn, nhưng chúng không còn sản xuất các hợp chất nitơ làm chất dinh dưỡng cho cây nữa. Tác giả chính Tonni Grube Andersen tóm tắt: "Nghiên cứu cung cấp những hiểu biết mới về cách thực vật và vi sinh vật tương tác và thiết lập một hệ thống mô hình mới để điều tra cách một mối quan hệ đối tác có lợi có thể diễn ra trong một không gian hạn chế." Theo các nhà nghiên cứu, thực vật đã phát triển hệ thống kiểm soát được điều chỉnh tốt này để đảm bảo mối quan hệ đối tác vẫn công bằng.