Kích thước hạt ảnh hưởng đến năng suất và do đó là một đặc điểm nông học quan trọng, nhưng kiến thức của chúng ta về cơ chế phân tử và di truyền điều chỉnh kích thước hạt vẫn còn hạn chế. Do vậy, các nhà khoa học tập trung vào các mạng lưới phân tử kiểm soát kích thước hạt. Các nghiên cứu gần đây đã chỉ ra rằng con đường ubiquitin-proteasome có vai trò quan trọng trong việc điều chỉnh kích thước hạt.
Ubiquitination đòi hỏi hoạt động của một loạt các enzym đặc biệt là enzyme kích hoạt ubiquitin (E1), enzyme liên hợp ubiquitin (E2) và enzyme co giãn ubiquitin (E3). Đồng thời, chuỗi ubiquitin hoặc ubiquitin đơn có thể được loại bỏ bằng các enzyme-deubiquitinating.
Các nhà nghiên cứu của Viện Di truyền và Sinh học phát triển đã xác định được cặp enzyme E2-E3 liên quan đến sự thoái hóa của ER (ERAD), hạt nhỏ 3 (SMG3) và hạt giảm ở kích thước 1 (DGS1), điều chỉnh kích thước và trọng lượng hạt thông qua đồng thau (BR) (một loại hormone thực vật quan trọng) con đường truyền tín hiệu trong cây lúa.
ERAD là một hệ thống proteasome ubiquitin đặc biệt, liên tục theo dõi trạng thái gấp nếp của các protein bài tiết và màng tế bào, đồng thời làm suy giảm các protein bị sai lệch đoạn cuối không thể khắc phục được. Cụ thể, chỉ những protein hình thành cấu trúc chính xác và ổn định mới có thể đạt được vị trí được chỉ định thông qua hệ thống màng bên trong để thực hiện các chức năng sinh học, trong khi các protein bị lỗi, gấp sai hoặc gấp không hoàn chỉnh được giữ lại trong ER và được ERAD nhắm mục tiêu phá hủy. Trong quá trình này, các cặp E2-E3 trong ER đóng vai trò chính trong việc phổ biến, chuyển vị và phân hủy các protein bị lỗi.
SMG3 là một chất tương đồng của Arabidopsis Ubiquitin conjugase UBC32, một loại enzyme liên hợp ubiquitin E2 tham gia vào con đường ERAD. DGS1 trước đây đã được đặc trưng trong việc kiểm soát quy định kích thước hạt. SMG3 và DGS1 tương tác với nhau trong ER và thể hiện kiểu biểu hiện rất giống nhau trong việc phát triển bông lúa và gié lúa. Mất chức năng của SMG3 hoặc DGS1 dẫn đến hạt nhỏ, trong khi sự biểu hiện quá mức của SMG3 hoặc DGS1 dẫn đến hạt dài.
Phân tích sâu hơn cho thấy, DGS1 phổ biến thụ thể BR BRI1 và ảnh hưởng đến sự tích lũy của nó, thiết lập liên kết phân tử trực tiếp giữa tín hiệu ERAD và BR.
Công trình nghiên cứu đã góp phần cung cấp bằng chứng về sự liên quan của sự suy giảm, liên quan đến ER trong tín hiệu hormone thực vật, trong việc kiểm soát sự phát triển sinh sản, cung cấp cái nhìn sâu sắc về cơ chế kiểm soát kích thước hạt bên trong.
Mô hình cho thấy rằng, cặp enzyme E2-E3 liên quan đến ERAD SMG3 và DGS1 ảnh hưởng đến kích thước hạt bằng cách làm trung gian cho sự phân hủy của BRI1 bị gấp lỗi hoặc gấp không hoàn chỉnh (nguồn: IGDB).
Kim Loan (theo Phys.org)