Silicon (Si) có nhiều trong môi trường trên mặt đất và chiếm từ 0,1% đến 10% trọng lượng khô của cây. Một số loài thực vật có nồng độ Si tích lũy cao và nghiên cứu đã xác định Si tích lũy cao là cơ chế bảo vệ chống lại các tác nhân phi sinh học (hạn hán, lạnh, nóng) và các tác nhân gây stress sinh học (sinh vật sống). Oryza sativa (cây lúa) có thể lưu trữ Si ở mức 10% trọng lượng khô của chồi (thân, lá, hoa) và Si có vai trò quan trọng giúp sản xuất hạt ổn định. Nồng độ Si lắng đọng cao được cho là có tác dụng giảm thiểu thiệt hại do sâu bệnh, mầm bệnh và mất cân bằng dinh dưỡng gây ra. Ở cây lúa, sự hấp thu Si bị chi phối bởi hai loại chất vận chuyển rễ khác nhau, nhưng cơ chế cụ thể liên quan đến Si lắng đọng đặc hiệu của tế bào trong lá lúa vẫn còn là một bí ẩn.

Các nhà nghiên cứu tại Đại học OKama, Nhật Bản, đã phát hiện ra Silicon Efflux Transporter 4 (SIET4) là chất vận chuyển giúp cho việc định vị Si trong lá lúa. Các phân tích chức năng của SIET4 trình bày chi tiết về tác động của các đột biến xóa SIET4 đã được công bố trên tạp chí Nature Communications.

Nhóm nghiên cứu đã tiến hành một loạt thí nghiệm để tìm hiểu vai trò của SIET4 trong tích lũy Si trong lá, bao gồm tạo ra các đột biến loại trừ (phá hủy gien mục tiêu) và đặc tính chức năng của SIET4 để so sánh cấu hình phiên mã của họ hàng hoang dã (WT) và đột biến SIET4. Các nhà nghiên cứu cũng đã mô tả hoạt động vận chuyển và định vị tế bào của SIET4.

Các nhà khoa học xác nhận SIET4 mã hóa một chất vận chuyển Si và được biểu hiện một cách cấu thành trong lá lúa hoang dã. Hơn nữa, chất vận chuyển được giới hạn ở phía xa của tế bào biểu bì và tế bào hình tròn (hỗ trợ cuộn lá để tránh mất nước) của lá.

Không giống như lúa hoang, cây lúa thiếu SIET4 có biểu hiện ức chế tăng trưởng và cuối cùng chết khi trồng trong môi trường có Si trong dung dịch dinh dưỡng và đất. Các đặc điểm đặc trưng khác của các đột biến SIET4 là rễ và chồi bị suy giảm, Si lắng đọng bất thường trong tế bào trung mô lá và tạo ra nhiều gien phản ứng với stress. Phát hiện này chỉ ra rằng tích lũy Si không đúng cách trong các mô không được chỉ định cũng giống như phản ứng của cây đối với tác nhân gây stress môi trường.

Điều này thể hiện một sự thay đổi mô hình vì từ lâu Si được xem là nguyên tố duy nhất được tìm thấy nhiều trong đất mà không gây hại cho cây trồng. Trong trường hợp cây lúa, những phát hiện này cho thấy các quá trình phức tạp như tích lũy Si cho lá đảm bảo sự sống.

Tác giả nghiên cứu kết luận nghiên cứu này giúp mở rộng tầm hiểu biết về cách thực vật tích lũy Si cao và hy vọng tìm thấy các gien như SIET4 ở các loài thực vật khác để có thể giải quyết việc cải thiện năng suất của nhiều loại cây trồng quan trọng hơn.