h. Cácchất ức chế sinh trưởng
2.2.2. Cơ sở phân tử
Ra hoa là một quá trình phức tạp của cây trồng ựược ựiều hòa bởi các yếu tố môi trường và các nhân tố di truyền. Các nghiên cứu về việc ựiều khiển quá trình ra hoa ở cây trồng ựã ựược tiến hành cách ựây hơn 100 năm, ựến nay ựã có những kiến thức và hệ thống các thông tin liên quan ựến cơ chế sự ra hoa thực vật ở mức ựộ tế bào và ở ựiều kiện in vivo.
Bên cạnh phương pháp truyền thống nghiên cứu quá trình ra hoa ở thực vật thì nghiên cứu quá trình ra hoa trong ựiều kiện in vitro là mơ hình nghiên cứu thắ nghiệm chuẩn bởi vì nó hạn chế ựược ảnh hưởng của các nhân tố môi trường ựể làm sáng tỏ ựược nhân tố thiết yếu cho việc ựiều khiển ra hoa in vitro. Ngoài ra, phương pháp này rút ngắn ựược thời gian
cảm ứng ra hoa ở cây trồng. Cho ựến nay các nghiên cứu ựiều khiển ra hoa nói chung trong ựiều kiện in vitro ựã chỉ ra rằng có một số nhân tố thiết yếu tác ựộng ựến việc cảm ứng ra hoa ở cây trồng như: chất ựiều tiết sinh trưởng, carbonhydrate, ánh sáng, nhiệt ựộ, yếu tố vi lượng, stress của môi trường. Các nghiên cứu ựã chỉ ra rằng mỗi loại giống cây trồng cần có một chế ựộ ựiều khiển cảm ứng ra hoa riêng và ựặc thù.
Các nghiên cứu về sinh hóa ở mức tế bào cho thấy sau khi nhận tắn hiệu kắch thắch ra hoa, mô phân sinh ngọn chồi tăng cường tổng hợp RNA, tăng tốc ựộ tổng hợp protein, các enzyme invertase tăng cường hoạt ựộng sống, số lượng ty thể gia tăng, hàm lượng sucrose và ATP cũng tăng. Bên cạnh ựó, chu trình tế bào ở mô phân sinh ựược rút ngắn lại, tăng tỷ lệ phân chia tế bào. Ở mô phân sinh dinh dưỡng, các tế bào vùng trung tâm phân chia rất chậm, chắnh sự phân chia nhanh của vùng trung tâm khiến mô phân sinh hoa lớn hơn so với mô phân sinh dinh dưỡng (Taiz và cs, 2002).
Từ những thắ nghiệm tạo thể khảm trên cây hai lá mầm cho thấy các nhóm tế bào thuộc các lớp khác nhau ở mơ phân sinh ngọn chồi giữ vai trị khác nhau trong sự hình thành các cơ quan hoa, ựồng thời các lớp này cũng kiểm soát sự hoạt ựộng của nhau. Các lớp tế bào từ lớp 1 hình thành nên các tế bào biểu bì, các tế bào thuộc lớp 2 tạo nên các tế bào sinh dục của nhị và nhụy, các tế bào thuộc lớp 3 hình thành nên các cơ quan hoa (Elliot và cs, 1991).
Hình 2.2. Sự phát triển của hoa theo mơ hình ABC [Brian, 2006]
Mơ hình ABC ựược Coen và cs ựề xuất năm 1991, ựược xem như mơ hình cơ bản trong nghiên cứu sự phát triển của hoa trên cây Aradopsis và Antirrhinum. Theo mơ hình này, ở cây hai lá mầm, hoa ựược chia thành 4 vịng (hình 2):
- Vịng 1: Hình thành do hoạt ựộng của các nhóm gen A tạo nên ựài hoa. Các gen A hoạt ựộng sớm nhất.
- Vịng 2: Hình thành do hoạt ựộng ựồng thời các gen A, B tạo nên cánh hoa.
- Vịng 3: có sự hoạt ựộng ựồng thời của các gen B, C hình thành nên nhị. - Vịng 4: Tạo nên nhụy hoa nhờ hoạt ựộng của các gen thuộc nhóm C. Năm 1995, nhóm gen D ựược phát hiện trên Petunia. Các gen thuộc nhóm này cần cho sự phát triển của noãn và giá noãn trong nhụy. Các gen thuộc nhóm D hoạt ựộng muộn và kết hợp với các gen nhóm C trong việc ựiều khiển sự phát triển của nỗn. Ngồi ra, còn các gen thuộc nhóm E tham gia ựiều hịa sự chuyển ựổi chồi sinh dưỡng sang chồi sinh dục, cần cho sự phát triển của tất cả các cơ quan hoa (ngoại trừ ựài hoa). Các gen SEP1, SEP2,SEP3, thuộc nhóm gen mã hóa cho các nhân tố phiên mã, biểu hiện ở cả vòng 2,3 và 4 trong suốt quá trình phát triển của hoa. Ở cây ựột biến mất chức năng các gen SEP1, SEP2,SEP3 khơng có sự hình thành
cánh hoa, nhị và nhụy mà chỉ có ựài hoa (tương tự như khi gây ựột biến mất chức năng các gen thuộc nhóm B, C). điều này cho thấy các gen thuộc nhóm E cần cho sự hoạt ựộng của những gen thuộc nhóm B và C (Beverley, 2007).
Có nhiều quan ựiểm về sự ra hoa như thuyết Florigen, ựồng hồ cát, nhịp nội sinh, ựa yếu tố kiểm soát sự ra hoa. Trong ựó nổi bật nhất là thuyết florigen (ựã ựược trình bày ở trên) và thuyết ựa yếu tố kiểm soát sự ra hoa.
Thuyết ựa yếu tố kiểm soát sự ra hoa ựã ựược Bernier và cs ựưa vào năm 1981 dựa trên mơ hình cây S.alba. Theo ựó, ra hoa là hiện tượng chịu tác ựộng của nhiều yếu tố như sự tương tác giữa các cơ quan, trạng thái sinh lý, ựộ tuổi, dinh dưỡng, hormone nội sinh, ựiều kiện môi trường (nhiệt ựộ, cường ựộ ánh sáng, thời gian chiếu sáng) (Bùi Trang Việt, 2000). Theo quan ựiểm này, có 4 con ựường kiểm soát ra hoa chủ yếu ở thực vật: con ựường tự chủ, con ựường chịu sự kiểm soát của nhiệt ựộ, con ựường chịu sự ảnh hưởng của ánh sáng và do sự kiểm soát của hormone (Brian, 2006; Fabrice và cs, 2006).
Hình 2.3. Cơ chế phân tử của cảm ứng ra hoa dưới tác ựộng của ánh sáng và nhiệt ựộ lạnh (xuân hóa)
Sự ra hoa ở thực vật bậc cao chịu tác ựộng của nhiều yếu tố và có sự tham gia của nhiều gen. Có ba nhóm gen chịu trách nhiệm chắnh trong sự hình thành hoa:
- Nhóm gen xác ựịnh mơ phân sinh hoa; - Nhóm gen nền;
- Nhóm gen xác ựịnh cơ quan hoa.
Trong ựó, các gen CO, FLC, FRI,Ầ giữ vai trị chủ chốt trong từng con ựường cảm ứng ra hoa. Các gen này ựiều hịa sự ra hoa thơng qua tác ựộng ựến mức ựộ biểu hiện của FT. Gen FT mã hóa cho protein di chuyển từ lá ựến mô phân sinh ngọn chồi, gắn trên màng tế bào và kết hợp với tắn hiệu cảm ứng của ánh sáng thông qua CO và tắn hiệu cảm ứng từ sự thọ hàn, thông qua FLC từ con ựường tự chủ ựể hoạt hóa các gene xác ựịnh mơ phân sinh hoa. Ngoài ra, các gene xác ựịnh mô phân sinh ựỉnh hoa bao gồm LEAFY (LFY), APETALA (AP1), AP2, CALIFLOWER (CAL), UNASUAL FLORAL ORGANS (UFO).... ựã ựược xác ựịnh và tập trung nghiên cứu. đó là những gen mã hóa cho các nhân tố ựiều hòa phiên mã thuộc nhóm MADS box. Trong ựó, LFY ựược cảm ứng bởi SOC1 và gibberellin. Nó có vai trị hoạt hóa, tăng cường sự biểu hiện của các gen ựiều hòa sự phát triển cơ quan hoa. AP1 có vai trị khá quan trọng trong sự phát triển của cơ quan hoa, biểu hiện ở mô phân sinh hoa và ở ựài hoa, cánh hoa, ựược ựiều hòa biểu hiện bởi FLY. mRNA CAL ựược tắch lũy trong mô phân sinh hoa ở giai ựoạn sớm nhưng khơng có mặt trong giai ựoạn phát triển của các cơ quan hoa. Cho ựến nay, ngoài khả năng tương tác với AP1 ựể tăng cường sự biểu hiện của LFY, vai trò của CAL vẫn chưa ựược hiểu rõ (Beverley, 2007).