Lúa gạo là lương thực thiết yếu cho hơn một nửa dân số toàn cầu và được trồng ở hơn 100 quốc gia. Đáng chú ý, châu Á đóng góp 90% tổng sản lượng lúa gạo của toàn thế giới. Do tầm quan trọng của khu vực này, những thách thức trong sản xuất và nghiên cứu lúa gạo đã nổi lên trong những năm gần đây. Các quốc gia sản xuất lúa gạo lớn đã trải qua giai đoạn trì trệ về năng suất và tổng sản lượng. Để nâng cao năng lực cạnh tranh trong lĩnh vực nông nghiệp, việc khám phá tiềm năng chưa được khai thác của các bộ phận khác nhau trên cây lúa đã thu hút sự chú ý. Nhiều nghiên cứu đã được thực hiện để khám phá những ứng dụng có lợi của tất cả thành phần trên cây lúa, nhằm phát triển các sản phẩm sáng tạo có nguồn gốc từ lúa gạo. Trong khi hạt gạo, gạo lứt và cám gạo là những phần thường được tiêu thụ của gạo, thì lá lúa non lại ít được sử dụng để tiêu thụ hơn. Lá lúa (Oryza sativa L.) cho thấy tiềm năng to lớn không chỉ là nguồn thực phẩm và đồ uống mà còn trong việc tăng cường sức khỏe. Việc khai thác hiệu quả tiềm năng của lá lúa có thể mang lại cho người nông dân cơ hội tăng thêm thu nhập. Bằng cách tận dụng tiềm năng này, người nông dân có thể khám phá những hướng đi mới cho tăng trưởng và đa dạng hóa kinh tế. 

Nhiều phương pháp phân tích đã công bố sự hiện diện của hơn 200 hợp chất hữu cơ dễ bay hơi (VOC) trong lúa gạo. Sự phân bố của các VOC này chủ yếu tập trung trong lá lúa và cám gạo. Các nghiên cứu trước đây chủ yếu tập trung vào việc phân tích các (VOC) trong hạt gạo thuộc các giống lúa khác nhau. Ngoài ra, VOC trong gạo trải qua những thay đổi trong quá trình bảo quản và nấu nướng. Tuy nhiên, thông tin về việc giải phóng VOC từ lá lúa còn hạn chế. Cần lưu ý rằng vai trò của VOC trong sinh lý thực vật đã thu hút được sự chú ý đáng kể trong những năm gần đây, đặc biệt là liên quan đến khả năng phản ứng với stress môi trường của cây trồng. Để ứng phó với những thay đổi của môi trường, cây trồng sử dụng một loạt các cơ chế phân tử, sinh lý và sinh hóa phức tạp để thích nghi, cho phép chúng tồn tại và duy trì tốc độ tăng trưởng.

Sự tương tác giữa điều kiện tối và sáng có tầm quan trọng lớn đối với sự sống còn của cây trồng, vì nó tác động sâu sắc đến nhiều khía cạnh của sự sinh trưởng và phát triển của thực vật. Khi có ánh sáng, cây con biểu hiện những đặc điểm riêng biệt như hạ mầm ngắn hơn (thân nằm dưới lá mầm) và lá mầm xanh mở, tuân theo một con đường phát triển được gọi là sự phát sinh quang hình thái (photomorphogenesis). Ngược lại, thực vật được trồng trong bóng tối trải qua một quá trình sinh lý được gọi là sự úa vàng (skotomorphogenesis), ưu tiên sự kéo dài hạ mầm hơn là sự phát triển của lá mầm và rễ. Hơn nữa, tác động của sự thay đổi sáng/tối không chỉ giới hạn ở sự sinh trưởng và phát triển của thực vật, bao gồm cả quá trình sinh tổng hợp các chất chuyển hóa giúp tăng cường khả năng phòng vệ của thực vật. Mặc dù đã có những tiến bộ trong việc hiểu biết về ảnh hưởng của sự thay đổi sáng/tối lên phản ứng của thực vật, nhưng vẫn còn thiếu kiến ​​thức toàn diện về các chi tiết cơ học phức tạp và mạng lưới điều hòa phức tạp, đặc biệt là ở lúa. 

Các chất chuyển hóa thực vật sở hữu các hoạt tính sinh học đáng chú ý, và quá trình sinh tổng hợp của chúng có thể bị ảnh hưởng bởi điều kiện ánh sáng dao động. Để làm sáng tỏ các cơ chế phân tử và con đường truyền tín hiệu cơ bản ở cây lúa chịu tác động của che sáng, nghiên cứu đã khảo sát tác động của che sáng lên hàm lượng polyphenol tổng, chlorophyll tổng, khả năng kháng oxy hóa (thông qua quá trình loại bỏ gốc tự do 2,2-diphenyl-1-picrylhydrazyl (DPPH) và thành phần chất chuyển hóa trong lá lúa bằng phương pháp sắc ký khí khối phổ (GC-MS).

Kết quả thu được từ nghiên cứu chứng minh ảnh hưởng đáng kể của việc che sáng lên cây lúa, dẫn đến sự giảm đáng kể cả hàm lượng polyphenol và chlorophyll. Hơn nữa, hoạt động loại bỏ gốc tự do DPPH, một thông số kháng oxy hóa quan trọng, được quan sát thấy giảm đi trong điều kiện che sáng. Phân tích GC-MS cho thấy việc tiếp xúc đủ ánh sáng dẫn đến sự tích tụ phytosterol tăng lên, cũng như các hợp chất có hoạt tính chống oxy hóa mạnh như vitamin E và tocopherol. Ngược lại, trong điều kiện bóng râm, lá lúa biểu hiện mức este acid béo và các chất trung gian của phytosterol, chẳng hạn như squalene, cao hơn. 

Thông qua việc phân tích lá lúa bằng GC-MS, kết quả phân tích cho thấy rằng trong điều kiện ánh sáng tự nhiên, cây biểu hiện sự tích tụ nhiều monoterpene, phytosterol và isoprenoid. Các hợp chất đáng chú ý bao gồm bicyclo[3.1.1]heptane, 2,6,6-trimethyl-, [1S-(1).alpha), 2 isomer (30,89%), 3-Octene, (E)- (22,58%), phytol (8,16%), stigmasterol (7,98%), 22,23-dihydro-stigmasterol (6,06%), 5-Cholesten-3-ol, 24-methyl- (5,22%), và vitamin E (4,67%). Ngược lại, trong điều kiện bóng râm, lá lúa biểu hiện sự tích tụ các este acid béo, với các hợp chất đáng chú ý bao gồm 3-Octene, (Z)- (29,14%), este etyl của acid hexadecanoic (14,52%), este etyl của acid dodecanoic (8,33%), este etyl của acid octadecanoic (8,07%), squalene (6,63%) và este metyl của 9-Octadecenoic (Z)- (6,23%). Bằng cách phân tích thành phần của các hợp chất chuyển hóa, những phát hiện trong nghiên cứu đã làm sáng tỏ các quá trình phân tử cơ bản và các con đường truyền tín hiệu liên quan đến quá trình chuyển hóa của lá lúa trong điều kiện giảm tiếp xúc với ánh sáng và có thể có ý nghĩa đối với các nghiên cứu sâu hơn về các lợi ích sức khỏe tiềm năng và việc sử dụng các hợp chất này trong nhiều ứng dụng khác nhau.

Để làm sáng tỏ sự khác biệt về chuyển hóa giữa chiết xuất lá lúa được trồng trong điều kiện che sáng và ánh sáng tự nhiên, nghiên cứu đã sử dụng phân tích thành phần chính (PCA) làm kỹ thuật mô hình hóa (Hình 1). 

Đáng chú ý, Biplot 2D PCA thể hiện sự phân tách rõ rệt của hai điều kiện. Phân tích PCA cho thấy các thành phần chính (PC) chiếm 100% phương sai trong dữ liệu, cho thấy các PC này nắm bắt được những khác biệt chính giữa điều kiện có bóng râm và ánh sáng tự nhiên. Hơn nữa, khi phân tích các hệ số nhân tố, biểu thị trọng số của các biến trong mô hình PCA, este acid béo, monoterpen và phytosterol nổi lên là các biến có trọng số cao trong PC1 và PC2. Những phát hiện này cho thấy rằng các chất chuyển hóa này đóng góp đáng kể vào sự khác biệt về sự chuyển hóa quan sát được. Cụ thể, kết quả phân tích chuyển hóa đã chứng minh rằng trong điều kiện ánh sáng tự nhiên, lá lúa biểu hiện sự tích lũy phytosterol và monoterpen cao hơn; trong khi đó, có sự giảm sự tích lũy este acid béo.  Ngược lại, điều kiện che sáng thúc đẩy sự tích tụ nhiều este acid béo hơn.

Kết quả của nghiên cứu cung cấp cái nhìn sâu sắc hơn về phản ứng trao đổi chất của cây lúa dưới tác động của stress do che sáng. Những kết quả này nhấn mạnh tiềm năng của việc sử dụng các phương pháp tiếp cận stress che sáng có mục tiêu để khai thác các hợp chất có hoạt tính sinh học được ứng dụng nhiều trong y học, dược phẩm và công nghiệp thực phẩm.

Tạp chí Russian Journal of Plant Physiology, Năm 2024.