A photoreceptor molecule in plant cells has been found to have a second job as a thermometer after dark - allowing plants to read seasonal temperature changes. Scientists say the discovery could help breed crops that are more resilient to the temperatures expected to result from climate change
Một phân tử quan cảm quang được tìm thấy trong tế bào thực vật có chức năng thứ hai như một nhiệt kế sau khi trời tối - cho phép thực vật cảm nhận được sự thay đổi nhiệt độ theo mùa. Các nhà khoa học nói rằng khám phá này có thể giúp nhân giống cây trồng có khả năng chịu nhiệt bền bỉ hơn do biến đổi khí hậu
A. An international team of scientists led by the University of Cambridge has discovered that the ‘thermometer’ molecule in plants enables them to develop according to seasonal temperature changes.
Một nhóm các nhà khoa học quốc tế do Đại học Cambridge dẫn đầu đã phát hiện ra phân tử ‘nhiệt kế’ ở thực vật, cho phép chúng phát triển theo sự thay đổi nhiệt độ theo mùa.
Researchers have revealed that molecules called phytochromes - used by plants to detect light during the day - actually change their function in darkness to become cellular temperature gauges that measure the heat of the night.
Các nhà nghiên cứu đã tiết lộ rằng các phân tử được gọi là phytochromes - thực vật dùng phân tử này để tìm ánh sáng vào ban ngày - nhưng chức năng của chúng thực sự thay đổi vào buổi tối để trở thành đồng hồ đo nhiệt độ vào ban đêm.
The new findings, published in the journal Science, show that phytochromes control genetic switches in response to temperature as well as light to dictate plant development.
Những phát hiện mới được công bố trên tạp chí Science cho thấy phytochromes kiểm soát các công tắc di truyền phản ứng lại nhiệt độ cũng như ánh sáng quyết định sự phát triển của thực vật.
B. At night, these molecules change states, and the pace at which they change is ‘directly proportional to temperature’, say scientists, who compare phytochromes to mercury in a thermometer.
Các nhà khoa học, những người so sánh phytochromes với thủy ngân trong nhiệt kế cho biết, ‘Ban đêm, các phân tử này thay đổi trạng thái và tốc độ theo tỷ lệ thuận với nhiệt độ.’
The warmer it is, the faster the molecular change - stimulating plant growth.
Nhiệt độ càng cao, sự thay đổi phân tử càng nhanh - kích thích sự phát triển của thực vật.
C. Farmers and gardeners have known for hundreds of years how responsive plants are to temperature: warm winters cause many trees and flowers to bud early, something humans have long used to predict weather and harvest times for the coming year.
C. Hàng trăm năm nay, những người nông dân và những người làm vườn đã biết thực vật phản ứng như thế nào với nhiệt độ: mùa đông ấm áp khiến nhiều cây và hoa ra nụ sớm, điều mà con người từ lâu đã sử dụng để dự đoán thời tiết và thời gian thu hoạch cho năm tới.
The latest research pinpoints for the first time a molecular mechanism in plants that reacts to temperature - often triggering the buds of spring we long to see at the end of winter.
Các nghiên cứu mới nhất lần đầu tiên xác định cơ chế phân tử thực vật phản ứng với nhiệt độ - thường kích hoạt các chồi vào mùa xuân mà chúng ta mong mỏi nhìn thấy vào cuối mùa đông.
D. With weather and temperatures set to become ever more unpredictable due to climate change, researchers say the discovery that this light-sensing molecule also functions as the internal thermometer in plant cells could help US breed tougher crops.
D. Với thời tiết và nhiệt độ ngày càng trở nên khó dự đoán do biến đổi khí hậu, các nhà nghiên cứu cho biết phát hiện ra rằng phân tử quan cảm quang này cũng có chức năng như nhiệt kế trong tế bào thực vật có thể giúp Hoa Kỳ nhân giống những cây trồng mà khó khăn trong việc trồng trọt hơn.
‘It is estimated that agricultural yields will need to double by 2050, but climate change is a major threat to achieving this.
Tiến sĩ Philip Wigge, nhà nghiên cứu chính từ Phòng thí nghiệm Sainsbury của Cambridge cho biết ‘Sản lượng nông nghiệp được ước tính rằng cần phải tăng gấp đôi vào năm 2050, nhưng việc biến đổi khí hậu là một mối đe dọa lớn để có thể đạt được điều này. Các loại cây trồng chủ lực như lúa mì và gạo đều rất nhạy cảm với nhiệt độ cao. Ứng suất nhiệt làm giảm năng suất cây trồng khoảng 10% mỗi khi nhiệt độ tăng thêm một độ.’
Key crops such as wheat and rice are sensitive to high temperatures. Thermal stress reduces crop yields by around 10% for every one degree increase in temperature,’ says lead researcher Dr Philip Wigge from Cambridge’s Sainsbury Laboratory.
‘Discovering the molecules that allow plants to sense temperature has the potential to accelerate the breeding of crops resilient to thermal stress and climate change.’
‘Việc khám phá ra các phân tử cho phép thực vật cảm nhận nhiệt độ có khả năng thúc đẩy quá trình nhân giống các loại cây trồng có khả năng chống chịu với ứng suất nhiệt và biến đổi khí hậu.’
E. In their active state, phytochrome molecules bind themselves to DNA to restrict plant growth.
Khi trong trạng thái hoạt động, các phân tử phytochrome tự liên kết với DNA để hạn chế sự phát triển của thực vật
During the day, sunlight activates the molecules, slowing down growth.
Vào ban ngày, ánh nắng mặt trời kích hoạt các phân tử, làm chậm sự phát triển.
If a plant finds itself in shade, phytochromes are quickly inactivated - enabling it to grow faster to find sunlight again.
Nếu cây trồng ở trong bóng râm, phytochrome nhanh chóng bị dừng hoạt động - tạo điều kiện cho nó phát triển nhanh hơn để tìm lại ánh sáng mặt trời.
This is how plants compete to escape each other’s shade. ‘Light-driven changes to phytochrome activity occur very fast, in less than a second,’ says Wigge.
Đó là cách thực vật cạnh tranh để thoát khỏi bóng râm của nhau. Wigge cho biết: ‘những thay đổi theo hướng ánh sáng với hoạt động của phytochrome diễn ra nhanh chóng, trong vòng chưa đến một giây,’
At night, however, it’s a different story. Instead of a rapid deactivation following sundown, the molecules gradually change from their active to inactive state.
Tuy nhiên, vào ban đêm, đó là một câu chuyện khác. Thay vì ngừng hoạt động nhanh chóng sau khi mặt trời lặn, các phân tử dần chuyển từ trạng thái hoạt động sang trạng thái ngừng hoạt động.
This is called ‘dark reversion’. ‘Just as mercury rises in a thermometer, the rate at which phytochromes revert to their inactive state during the night is a direct measure of temperature,’ says Wigge.
Đây được gọi là ‘sự đảo ngược tối’. ‘Giống như thủy ngân tăng lên trong nhiệt kế, tốc độ phytochrome trở lại trạng thái ngừng hoạt động vào ban đêm là một thước đo trực tiếp cho nhiệt độ,’ Wigge cho hay.
F. ‘The lower the temperature, the slower the rate at which phytochromes revert to inactivity, so the molecules spend more time in their active, growth-suppressing state.
‘Nhiệt độ càng thấp, tốc độ phytochrome trở lại trạng thái ngừng hoạt động càng chậm, vì vậy các phân tử dành nhiều thời gian hơn ở trạng thái hoạt động và ức chế tăng trưởng của chúng.
This is why plants are slower to grow in winter. Warm temperatures accelerate dark reversion, so that phytochromes rapidly reach an inactive state and detach themselves from the plant’s DNA - allowing genes to be expressed and plant growth to resume.’
Đó là lý do tại sao thực vật phát triển chậm hơn vào mùa đông. Nhiệt độ ấm làm tăng tốc độ đảo ngược tối, do đó phytochrome nhanh chóng đạt trạng thái ngừng hoạt động và tự tách ra khỏi DNA của cây - cho phép các gen hoạt động và sự phát triển của cây được tiếp tục.’
Wigge believes phytochrome thermo-sensing evolved at a later stage, and co-opted the biological network already used for light-based growth during the downtime of night.
Wigge tin rằng cảm biến nhiệt phytochrome phát triển ở giai đoạn sau và đồng chọn mạng lưới sinh học đã được sử dụng cho việc phát triển dựa trên ánh sáng vào ban đêm.
G. Some plants mainly use day length as an indicator of the season. Other species, such as daffodils, have considerable temperature sensitivity, and can flower months in advance during a warm winter.
Một số loại cây chủ yếu sử dụng độ dài của ngày như một chỉ số của mùa. Các loài khác, như hoa thủy tiên, có độ nhạy cảm với nhiệt độ đáng kể, và có thể ra hoa trước nhiều tháng trong mùa đông ấm áp.
In fact, the discovery of the dual role of phytochromes provides the science behind a well-known rhyme long used to predict the coming season: oak before ash we’ll have a splash, ash before oak we’re in for a soak.
Thực tế, việc phát hiện ra vai trò kép của phytochrome cung cấp cho khoa học rằng đằng sau một vần điệu nổi tiếng từ lâu được sử dụng để dự đoán mùa sắp tới:” sồi ra lá lất phất mưa, tần bì ra lá mưa dầm dề”.
Wigge explains: ‘oak trees rely much more on temperature, likely using phytochromes as thermometers to dictate development, whereas ash trees rely on measuring day length to determine their seasonal timing.
Wigge giải thích rằng: ‘cây sồi phụ thuộc nhiều hơn vào nhiệt độ, có khả năng sử dụng phytochrome như nhiệt kế để xác định sự phát triển, trong khi cây tần bì dự vào việc đo độ dài của ngày để xác định thời gian theo mùa của chúng.
A warmer spring, and consequently a higher likeliness of a hot summer, will result in oak leafing before ash.
Mùa xuân ấm áp hơn, và khả năng có mùa hè nóng nực cao hơn, cây sồi sẽ rụng lá trước khi tàn tro.
A cold spring will see the opposite. As the British know only too well, a colder summer is likely to be a rain-soaked one.’
Mùa đông lạnh thì sẽ nhìn thấy điều ngược lại. Như người Anh biết quá rõ, một mùa hè lạnh hơn có thể là một mùa mưa đẫm nước.’
H. The new findings are the culmination of twelve years of research involving scientists from Germany, Argentina and the US, as well as the Cambridge team.
Những phát hiện mới là đỉnh cao hai mươi năm nghiên cứu liên quan đến các nhà khoa học từ Đức, Argentina và Mỹ, cùng như nhóm Cambridge.
The work was done in a model system, using a mustard plant called Arabidopsis, but Wigge says the phytochrome genes necessary for temperature sensing are found in crop plants as well.
Công việc được hoàn thiện trong một hệ thống mô hình, sử dụng cây mù tạt có tên Arabidopsis, nhưng Wigge cho biết các gen phytochrome cần thiết để cảm ứng nhiệt cũng được tìm thấy trong các cây trồng.
‘Recent advances in plant genetics now mean that scientists are able to rapidly identify the genes controlling these processes in crop plants, and even alter their activity using precise molecular “scalpels”,’ adds Wigge.
Wigge nói thêm rằng ‘Những tiến bộ gần đây trong di truyền thực vật có ý nghĩa rằng các nhà khoa học có thể nhanh chóng xác định các gen, kiểm soát các quá trình trong cây trồng, và thậm chí thay đổi hoạt động của chúng bằng cách sử dụng “dao mổ” phân tử đặc biệt,”
‘Cambridge is uniquely well-positioned to do this kind of research as we have outstanding collaborators nearby who work on more applied aspects of plant biology, and can help US transfer this new knowledge into the field.’
‘Cambridge có vị trí đặc biệt tốt để thực hiện loại nghiên cứu này vì chúng tôi có các cộng tác xuất sắc gần đó, những người làm việc về khía cạnh ứng dụng hơn của sinh học thực vật và có thể giúp Hoa Kỳ chuyển giao kiến thức mới này vào lĩnh vực này.’
Từ vựng trong bài
thermometer: nhiệt kế
trigger: kích hoạt
night-time heat: nhiệt độ ban đêm
photoreceptor: tế bào cảm quang
molecule: phân tử
resilient: bền bì, kiên cường
detect: tìm ra
dictate: ra lệnh
pinpoint: xác định
mechanism: cơ chế
tough: khó khăn
yield: năng suất
accelerate: thúc đẩy
oak: cây sồi
ash: cây tần bì
scalpel: dao mổ
precise: đặc biệt
uniquely: duy nhất
Tra từ điển