Các nhà sinh vật học từ Đại học Duke của Mỹ muốn xem cách rễ cây đâm vào lòng đất. Vì vậy, họ thiết lập một camera để theo dõi hạt lúa nảy mầm trong hỗn hợp gel trong suốt và cứ 15 phút lại chụp một bức ảnh trong nhiều ngày liên tục.
Khi dựng video timelapse ở tốc độ 15 khung hình trên giây để nén 100 giờ phát triển của rễ lúa xuống chưa đầy một phút, nhóm nghiên cứu nhận thấy rằng các đầu mọc của rễ thường tạo ra chuyển động lắc lư và uốn lượn theo hình xoắn ốc.
Mặc dù vậy, vẫn có những trường hợp ngoại lệ mà trong đó, một số rễ lúa đâm thẳng xuống lòng đất thay vì uốn cong và có xu hướng mọc sâu gấp hai lần rễ thường. Nghiên cứu sinh sau tiến sĩ Isaiah Taylor từ Phòng thí nghiệm Benfey của Đại học Duke, một thành viên trong nhóm nghiên cứu, lưu ý rằng đó là do đột biến trong gene có tên là HK1.
Điều này đặt ra một câu hỏi: "Sự phát triển của rễ theo kiểu uốn cong điển hình hơn có tác dụng gì đối với cây lúa?".
Sự phát triển của rễ lúa bình thường so với rễ lúa đột biến. Video: Phòng thí nghiệm Benfey/Goldman.
Chuyển động theo hình xoắn ốc ở thực vật từ lâu đã thu hút các nhà nghiên cứu. Trong trường hợp của chồi, một lợi thế dễ dàng nhận thấy là nó giúp thực vật bám vào các vật thể xung quanh tốt hơn khi leo về phía ánh sáng mặt trời. Nhưng làm thế nào và tại sao kiểu chuyển động này xảy ra ở rễ vẫn còn là một bí ẩn.
Các nhà nghiên cứu cho biết hạt nảy mầm có một thách thức. Nếu chúng sống sót, chiếc rễ nhỏ đầu tiên nhú ra phải đóng vai trò như một cái neo và thăm dò xuống dưới để hút nước và chất dinh dưỡng cần thiết cho cây con phát triển. Do đó, họ nghĩ rằng tăng trưởng theo hình xoắn ốc có thể là một chiến lược để tìm ra con đường tốt nhất về phía trước.
Trong thí nghiệm được tiến hành bởi Giáo sư vật lý Daniel Goldman tại Học viện Công nghệ Georgia, cộng tác viên của nghiên cứu, các quan sát về rễ lúa bình thường và rễ đột biến HK1 mọc trên một đĩa nhựa được đục lỗ cho thấy rễ xoắn ốc bình thường có khả năng tìm thấy lỗ thủng và phát triển sang mặt bên kia cao gấp ba lần.
Nhóm nghiên cứu cũng tiến hành thêm một thí nghiệm khác với hạt lúa nảy mầm trong hỗn hợp đất có nhiều chướng ngại vật. Kết quả cho thấy trong khi rễ đột biến gặp khó khăn để đâm sâu xuống đất, rễ bình thường với đầu mọc uốn cong dễ dàng lách qua chướng ngại vật.
Sự phát triển theo hình xoắn ốc của rễ được điều khiển bởi hormone thực vật auxin. Chất tăng trưởng này tích tụ ở một bên của rễ, làm cho các tế bào ở bên đó dài ra ít hơn so với các tế bào ở phía bên kia, dẫn đến chuyển động uốn cong. Các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng những rễ mang đột biến HK1 mất khả năng xoắn là do khiếm khuyết trong cách vận chuyển auxin từ tế bào này sang tế bào khác.
Chi tiết nghiên cứu đã được xuất bản trên Kỷ yếu của Viện Hàn lâm Khoa học Quốc gia Mỹ (PNAS). Phát hiện này sẽ giúp các nhà khoa học hiểu hơn về cách thức rễ phát triển trong đất cứng và nén chặt.
Đoàn Dương (Theo Science Daily)
