5. Tính mới của đề tài
1.4.1. Cơ sở khoa học của sự hình thành rễ bất định
Rễ bất định là rễ được phát sinh từ những vùng khác nhau trên cơ thể thực vật như thân, cành, lá; nhưng không phát sinh từ rễ.
Tương tự trường hợp tạo phôi vô tính, tế bào với đặc điểm có tính toàn thế có thể tái sinh rễ bất định theo cách trực tiếp và gián tiếp. Rễ có thể được tái sinh trực tiếp/gián tiếp từ một số loại mô nuôi cấy ban đầu khác nhau như mảnh lá/lá mầm, đoạn cuống lá, đoạn rễ, LMTB thân rễ,..
Quá trình tạo rễ bất định trực tiếp và gián tiếp bao gồm 3 giai đoạn: (1) Cảm ứng; (2) Khởi tạo sơ khởi rễ từ tế bào liên kết với mô mạch hoặc thuộc bó mạch hoặc từ tế bào nhu mô khuyết (đối với vật liệu nuôi cấy là mô lá), hoặc từ vòng tế bào tượng tầng bên ngoài bó mạch/trụ bì (đối với vật liệu nuôi cấy là mô thân/rễ); (3) Biểu hiện/hình thành rễ. Mỗi giai đoạn có sự tương tác giữa các yếu tố như tín hiệu
bên ngoài, sự thay đổi hàm lượng các chất ĐHST nội sinh, và sự biểu hện của một số gen. Trong những năm gần đây, nhiều nghiên cứu đã được thực hiện nhằm xác định cơ chế phân tử của sự tạo rễ bất định, có nhiều gen liên quan trực tiếp đến cảm ứng và khởi tạo rễ bất định đã được xác định ở nhiều loài thực vật khác nhau như
Arabidopsis thaliana, Solanum lycopersicon, Medicago sativa,.. Auxin được biết như yếu tố trung tâm điều hòa các giai đoạn của quá trình tạo rễ bất định như đã nêu trên; có 3 gen tín hiệu auxin (auxin signaling) tham gia vào quá trình này bao gồm gen sinh tổng hợp auxin và điều hòa cân bằng nội sinh (homeostasis), gen vận chuyển auxin và gen đáp ứng với auxin, trong đó gen sinh tổng hợp auxin và điều hòa cân bằng nội sinh có tác động trực tiếp, ví dụ như gen YUCCA mã hóa flavin monooxygenase – tham gia trong sinh tổng hợp IAA (từ tryptophan) nhằm duy trì mức IAA ở mô phân sinh đầu rễ [98].
Yu và cộng sự (2017) đã thực hiện nuôi cấy mảnh lá Arabidopsis thaliana trên môi trường B5 không có auxin nhằm tạo rễ bất định trực tiếp và nuôi cấy mảnh lá trên môi trường có auxin nồng độ cao để tạo mô sẹo và sau đó cấy chuyển mô sẹo sang môi trường có nồng độ auxin thấp/không có auxin để tái sinh rễ (gián tiếp). Từ kết quả thu được, các tác giả trên cho rằng ở tái sinh rễ trực tiếp có 4 hiện tượng sinh lý tuần tự xảy ra: (1) Bước ‘tạo mồi’: auxin nội sinh được vận chuyển đến các tế bào có khả năng tái sinh (procambium và tế bào nhu mô mạch), kích chuyển các tế bào này thành các tế bào ‘nguồn’; (2) Bước ‘khởi tạo’: các tế bào ‘nguồn’ phát triển thành sơ khởi rễ - nơi tích tụ auxin cao; (3) Bước ‘tạo hình’: các tế bào sơ khởi rễ tiếp tục phân chia tạo mô phân sinh đầu rễ - nơi auxin giảm tích tụ; (4) Bước ‘hiện hình’: đầu rễ đạt mức trưởng thành, tiếp tục phát triển ra khỏi mảnh lá. Ở trường hợp tái sinh gián tiếp, cũng có các bước tương tự như trên: (1) Bước ‘tạo mồi’ tạo tế bào ‘nguồn’;
(2) Bước ‘khởi tạo’: tạo mô sẹo thay vì sơ khởi rễ; (3) Bước tạo rễ khi mô sẹo được cấy chuyển sang môi trường có nồng độ auxin giảm/không có auxin [99]
Tương tự trường hợp phôi vô tính, tạo rễ bất định cũng là một quá trình phức tạp, chịu ảnh hưởng bởi một số yếu tố cơ bản như vai trò sinh lý của auxin (loại và nồng độ sử dụng), sự di chuyển phân cực của auxin, sự tích tụ auxin ở vị trí nhất định, … và ở mức độ phân tử có sự biểu hiện của các gen có liên quan. Như vậy, tạo rễ bất định là đặc tính di truyền số lượng, được điều hòa bởi cả các yếu tố môi trường bên ngoài và yếu tố nội sinh. Auxin đóng vai trò quyết định trong điều hòa phát triển
rễ, quá trình này có liên quan đến các gen cảm ứng bởi auxin và con đường tín hiệu auxin.