3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
1.4.1. Sơ lược về hoạt chất melatonin ở thực vật
Melatonin (N -acetyl-5-methoxy-tryptamine) được xác định lần đầu tiên ở thực vật vào năm 1995 [28]. Có rất nhiều công trình nghiên cứu về vai trò của melatonin và tác động của nó đến quá trình trao đổi chất. Melatonin đóng vai trò quan trọng trong nhiều quá trình như sinh trưởng, phát triển, ra hoa và chống chịu stress như hạn, lạnh, nóng, mặn muối, ô nhiễm hóa chất, bức xạ tia cực tím, thuốc diệt cỏ…Nồng độ melatonin khác nhau ở nhiều mô, cơ quan và phụ thuộc vào giai đoạn phát triển của thực vật [31].
Melatonin kích thích sự sinh trưởng giống như hormone auxin, là một chất oxy hóa và là một phân tử tín hiệu. Thực vật có thể tổng hợp melatonin, bắt đầu từ tryptophan, được xúc tác bởi tryptophan decarboxylase (TDC) và được chuyển đổi thành tryptamine, sau đó tryptamine 5-hydroxylase (T5H) xúc tác tryptamine thành serotonin, sau đó chuyển đổi thành melatonin qua phản ứng hình thành N-acetylserotonin. Trong một số loại cây trồng khác, chẳng hạn như Hypericum perforatum, tryptophan được xúc tác thành 5- hydroxytrytophan bởi tryptophan 5-hydroxylase (TPH), và sau đó TDC/AADC (aromatic-l decarboxylase-amino acid) chuyển đổi 5- hydroxytrytophan thành serotonin [29].
Melatonin là một chất điều hòa sinh trưởng và có khả năng chống chịu stress đối với cây phát triển trong điều kiện bất lợi như hạn hán [33], [43], melatonin đã được báo cáo là làm giảm bớt những thiệt hại do quá trình oxy hóa gây ra bởi stress hạn hán [42]. Melatonin điều chỉnh nhịp sinh học của thực vật bằng cách điều chỉnh các quá trình sinh lý, sinh hóa và phân tử khác nhau và cuối cùng là tăng cường sức đề kháng ở thực vật để chịu được các điều kiện khô hạn [25], [26]. Bộ máy quang hợp và hệ thống phòng thủ chống
oxy hóa là các quá trình sinh lý chính được kiểm soát bởi melatonin trong điều kiện thiếu nước. Melatonin cũng thúc đẩy tăng trưởng thực vật bằng cách tăng cường hiệu quả của quá trình đồng hóa carbon. Hơn nữa, độ dẫn của khí khổng được kích thích sau khi sử dụng melatonin. Hiệu quả quang hóa của PSII cũng được kích thích bởi melatonin, tăng cường khả năng quang hợp tổng thể [41].
Thực vật có hàm lượng melatonin cao sẽ giảm các tác động có hại của các stress phi sinh học nhờ vào khả năng dọn gốc tự do. Melatonin có thể giải độc OH-
, H2O2, HNO3 và HClO được tổng hợp nhiều trong điều kiện stress. Hơn nữa việc xử lý melatonin làm tăng hoạt tính của các enzyme chống oxy hóa trong điều kiện stress, một phân tử melatonin có thể “nhặt” đến 10 gốc tự do [39].
Melatonin có thể tăng cường hoạt động sinh lý chống lại môi trường bất lợi như một hợp chất chống oxy hóa hiệu quả. Hơn 25 năm trước, người ta phát hiện ra rằng melatonin hoạt động như một chất tẩy gốc tự do. Bên cạnh vai trò của melatonin trong việc nhặt trực tiếp nhiều gốc tự do ROS và RNS, nó còn hoạt động như một phân tử tín hiệu ở cấp độ tế bào và điều chỉnh tăng sự biểu hiện một số enzyme chống oxy hóa [37]. Sự tương tác giữa melatonin và ROS trong thực vật cho thấy chức năng của melatonin là một chất chống oxy hóa hiệu quả thông qua cả cơ chế trực tiếp và gián tiếp. Melatonin tác động lên các tín hiệu qua trung gian ROS như cân bằng hydro peroxide (H2O2).Melatonin đóng vai trò trung gian trong các con đường chống oxy hóa khác nhau, ví dụ, chu trình ascorbate glutathione, peroxidase, superoxide dismutase và catalase thông qua các cơ chế khác nhau [29].