Một nhóm nghiên cứu do Giáo sư Qin Guozheng từ Viện Thực vật học thuộc Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc dẫn đầu đã tiết lộ một cơ chế chưa từng được biết đến trước đây mà RNA N6–methyladenosine (m 6 A) demethylase SlALKBH2 trải qua quá trình biến đổi oxy hóa khử (redox). Sự biến đổi này ảnh hưởng đến tính ổn định và vai trò sinh lý của nó trong việc điều chỉnh quá trình chín bình thường của quả cà chua.
Cà chua Micro-Tom được trồng trong nhà kính. Tín dụng: Zhou Leilei
Trong nghiên cứu này, được công bố trên tạp chí Nature Plants, các nhà nghiên cứu đã hiểu sâu hơn về vai trò của hydrogen peroxide (H2O2), một chất oxy hóa nhẹ có chức năng như một phân tử tín hiệu quan trọng trong việc kiểm soát nhiều quá trình sinh học.
Họ phát hiện ra rằng sự biến đổi oxy hóa do H2O2 trung gian điều chỉnh chức năng của SlALKBH2, một chức năng cần thiết cho quá trình chín thích hợp của các loại trái cây thịt. Giai đoạn chín này đại diện cho giai đoạn cuối cùng của quá trình phát triển trái cây, ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng và thời hạn sử dụng của trái cây.
Cụ thể, các nhà nghiên cứu đã chỉ ra cách tín hiệu H2O2 tương tác với quá trình sửa đổi metyl hóa RNA để điều chỉnh sự phát triển của thực vật theo cách phối hợp.
Biến đổi hóa học phổ biến nhất trong mRNA của sinh vật nhân chuẩn là metyl hóa m6A. Nó điều chỉnh nhiều quá trình sinh học khác nhau, bao gồm tính ổn định của mRNA và hiệu quả dịch mã, bằng cách điều chỉnh quá trình chuyển hóa mRNA.
Là thành viên của họ dioxygenase, m6A demethylase, bao gồm SlALKBH2, có khả năng đảo ngược quá trình methyl hóa m6A bằng oxy hóa. Khả năng này đặt ra câu hỏi liệu bản thân SlALKBH2 có bị biến đổi oxy hóa hay không, tương tự như các protein nhạy cảm với oxy hóa khử khác.
Để kiểm tra giả thuyết này, các nhà nghiên cứu đã biểu hiện tạm thời gen SlALKBH2 trong lá Nicotiana benthamiana được xử lý bằng hoặc không có H2O2, sau đó theo dõi trạng thái oxy hóa khử của SlALKBH2.
Kết quả cho thấy SlALKBH2 có độ nhạy cảm đáng kể với quá trình oxy hóa do H2O2 gây ra, dẫn đến sự hình thành các homodimer trong cả lá N. benthamiana và quả cà chua. Đáng chú ý, việc tiếp xúc với H2O2 đã được chứng minh là làm tăng tốc độ chín của quả cà chua, ngụ ý quá trình oxy hóa SlALKBH2 trong quá trình này.
Sự hình thành homodimer SlALKBH2 được cho là do sự tham gia của nhiều gốc cysteine (Cys), với Cys39 được xác định là vị trí quan trọng; đột biến tại vị trí này làm giảm đáng kể sự hình thành homodimer. Trong khi biến đổi oxy hóa cải thiện tính ổn định của protein SlALKBH2, nó không ảnh hưởng đến hoạt động demethylase m6A của protein này.
Hơn nữa, các nhà nghiên cứu đã xác định NADPH-thioredoxin reductase C (SlNTRC) là protein tương tác của SlALKBH2. Họ chứng minh rằng SlNTRC điều chỉnh trạng thái oxy hóa khử của SlALKBH2, do đó ảnh hưởng đến chức năng khử methyl hóa m6A của nó trong cà chua.
Các đột biến loại bỏ gen SlNTRC ổn định sau đó được tạo ra trong cà chua bằng cách sử dụng chỉnh sửa gen trung gian CRISPR–Cas9. Dòng đột biến đồng hợp tử bị chậm đáng kể trong quá trình sinh trưởng và không có khả năng đậu quả.
Nghiên cứu này thiết lập mối liên hệ giữa tín hiệu H2O2 và quá trình methyl hóa m6A, làm nổi bật tầm quan trọng của quá trình điều hòa oxy hóa khử của các chất điều chỉnh m6A trong việc kiểm soát quá trình chín của quả.
Do vai trò quan trọng của quá trình methyl hóa RNA m6A trong nhiều quá trình sinh học khác nhau, các nhà nghiên cứu suy đoán rằng cơ chế điều hòa này cũng có thể đóng vai trò trong các quá trình phát triển khác.
Tóm lại, nghiên cứu này không chỉ giúp chúng ta hiểu rõ hơn về cơ chế phân tử liên quan đến quá trình chín của trái cây mà còn đưa ra những hiểu biết và chiến lược mới để cải thiện giống cây trồng.
Mời các đối tác xem hoạt động của Công ty TNHH Pacific Group.
FanPage: https://www.facebook.com/Pacific-Group
YouTube: https://www.youtube.com/@PacificGroupCoLt
