CÔNG NGHỆ SINH HỌC TRONG BỆNH CÂY

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA NÔNG HỌC CÔNG NGHỆ SINH HỌC TRONG BỆNH CÂY (Bài giảng) Biên soạn TS. Hà Viết Cường 2009 Mô tả môn học Ứng dụng công nghệ sinh học trong nghiên cứu: 1. Sự đa dạng của tác nhân gây bệnh 2. Tương tác giữa tác nhân gây bệnh và cây 3. Chẩn đoán tác nhân gây bệnh 4. Phòng chống tác nhân gây bệnh Các nhóm tác nhân gây bệnh được lựa chọn là nấm/nấm trứng, vi khuẩn và virus. Các kiến thức trên sẽ được minh họa dựa trên các tác nhân gây bệnh/cây ký chủ quan trọng (hoặc là mô hình nghiên cứu phổ biến trên thế giới; hoặc có ý nghĩa kinh tế đối với Việt Nam). Mục tiêu Sinh viên có khả năng hiểu và vận dụng các kiến thức của môn học trong nghiên cứu bệnh cây đặc biệt trong chẩn đoán, nghiên cứu đa dạng và phòng chống. Học phần tiên quyết • Bệnh cây đại cương (hoặc Bệnh cây Nông nghiệp) • Công nghệ sinh học thực vật MỤC LỤC Giới thiệu CNSH trong bệnh cây 7 1.1.Khái niệm về công nghệ sinh học .7 1.2.Công nghệ sinh học trong bệnh cây .7 Chương 1. Di truyền quần thể trong bệnh cây .8 1.Sinh học quần thể của tác nhân gây bệnh .8 2. Tiến hóa 8 2.1. Tiến hóa .8 2.2. Sinh học tiến hóa: Di truyền quần thể và phả hệ trong bệnh cây 9 3.Năm lực tiến hóa (Five Evolutionary Forces) .9 4.Đột biến .10 4.1.Định nghia 10 4.2.Vai trò 10 4.3.Một mô hình đột biến đơn giản .10 4.4.Đột biến trong tác nhân gây bệnh cây .12 4.5.Đột biến và chiến lược tạo giống kháng .12 5.Trôi dạt di truyền .13 5.1.Định nghĩa 13 5.2.Đặc điểm 13 5.3.Nguyên nhân 13 5.4.Đo trôi dạt di truyền .13 5.5.Trôi dạt di truyền làm giảm đa dạng di truyền và dẫn tới phân chia quần thể .14 5.6.Trôi dạt di truyền trong tác nhân gây bệnh cây .15 5.7.Ví dụ trôi dạt di truyền trong bệnh cây .15 2 6.Giao lưu gene và kiểu gen (Gene and Genotype Flow) 15 6.1.Định nghĩa. 15 6.2.Đặc điểm 16 6.3.Giao lưu gen (gene flow) và giao lưu kiểu gen (genotype flow) 16 6.4.Phân chia quần thể và giao lưu gen .16 6.5.Ví dụ giao lưu gen trong bệnh cây 18 6.6.Mối liên hệ giữa trôi dạt di truyền và giao lưu gen 18 6.7.Khái niệm siêu quần thể và tác nhân gây bệnh .19 7.Hệ thống sinh sản/ghép cặp (Reproductive/Mating Systems) 21 7.1.Đánh giá cấu trúc di truyền trong quần thể .21 7.2.Hệ thống sinh sản và ghép cặp của các tác nhân gây bệnh cây 22 7.3.Đa dạng gen và đa dạng kiểu gen 24 7.3.1Đa dạng gen .24 7.3.2Đa dạng kiểu gen 24 7.3.3Ví dụ đo đa dạng gen và đa dạng kiểu gen 25 8.Chọn lọc tự nhiên .26 8.1.Khái niệm .26 8.2.Hai mô hình chọn lọc .27 9. Tương tác giữa các lực tiến hóa và cấu trúc di truyền của quần thể tác nhân gây bệnh .27 9.1.Tương tác giữa đột biến và chọn lọc .27 9.2.Tương tác giữa tái tổ hợp và chọn lọc .28 9.3.Tương tác giữa trôi dạt di truyền, giao lưu kiểu gen và chọn lọc .28 9.4.Tương tác giữa chọn lọc và giao lưu kiểu gen 29 9.4.1Tương tác giữa tái tổ hợp và giao lưu gen .29 9.5.Ứng dụng di truyền quần thể để đánh giá các nguy cơ do tiến hóa của tác nhân gây bệnh .31 Chương 2. Lựa chọn vùng gen của tác nhân gây bệnh .34 1.Bộ gen của tác nhân gây bệnh 34 1.1.Bộ gen viroid .35 1.2.Bộ gen virus 35 1.3.Bộ gen vi khuẩn và phytoplasma 36 1.4. Bộ gen nấm 36 2.Chọn vùng gen nghiên cứu .37 2.1.Chọn vùng gen virus 37 2.2.DNA ribosome 37 2.2.1Cấu trúc và chức năng RNA ribosome .37 2.2.2Vai trò của rDNA trong phân loại và nghiên cứu đa dạng và chẩn đoán 38 2.3.Gen mã hóa 39 2.4.Các chuỗi lặp .39 2.4.1Các chuỗi lặp liền kề (tandem repetitive sequences) .39 2.4.2Các chuỗi lặp phân bố rải rác (Dispersed repetitive sequences) .40 2.5.DNA ti thể (mitochondrial DNA) .40 Chương 3. Các kỹ thuật CNSH trong nghiên cứu bệnh cây .40 1.Các marker di truyền 41 1.1.Định nghĩa .41 1.2.Phân loại .41 2.Các loại marker phân tử .41 3.Kỹ thuật dựa trên lai phân tử: RFLP .42 3.1.RFLP: các chú ý về kỹ thuật 42 3 3.1.1RFLP: Các ưu điểm chính 43 3.1.2RFLP: Các hạn chế chính .43 4.Các kỹ thuật dựa trên PCR 43 5.Các kỹ thuật dựa trên PCR dùng mồi tùy ý: RAPD, AP-PCR và DAF 44 5.1.RAPD .44 5.1.1RAPD: nhược điểm .44 5.2.DAF 45 5.3.AP-PCR 45 6.Kỹ thuật dựa trên PCR dùng mồi tùy ý: AFLP 45 6.1.AFLP: các bước .45 6.2. AFLP: ưu điểm .46 6.3.AFLP: nhược điểm .46 7.Kỹ thuật dựa trên PCR dùng mồi tùy ý: ISSR .46 8.Kỹ thuật dựa trên PCR dùng mồi đặc hiêu: SSR (=Microsatellites) .46 8.1.Phân loại microsatellite .47 8.2.Đặc điểm di truyền của microsatellite .47 8.3.Cơ chế tạo đột biến của microsatellite 47 8.4.Phân bố của microsatellite .48 8.5.Trình tự phân tích microsatellite .49 8.6.Microsattelite: ưu điểm chính 51 8.7.Microsattelite: nhược điểm chính 51 9. Marker EST (expressed sequence tags) .51 10. Kỹ thuật CAPS .52 11. Kỹ thuật SNP 52 12.Kỹ thuật rep-PCR 53 13.Tóm tắt các kỹ thuật 53 Chương 4. Phân tích kết quả dựa vào số liệu băng điện di .55 1.Giới thiệu 55 2.Các bước chính trong phân tích đa dạng dựa trên băng điện di .56 2.1.Mô tả sự đa dạng 56 2.2.Tính toán mối quan hệ giữa các đơn vị được phân tích ở bước trên 57 2.3.Biểu diễn mỗi quan hệ .57 3.Lượng hóa mức đa dạng: đo đa dạng trong quần thể .57 3.1.Dựa trên số lượng biến dị 57 3.1.1Mức đa hình hay tỷ lệ đa hình (Pj) .57 3.1.2Tỷ lệ các locus đa hình (P) .57 3.1.3Số allele trung bình trên locus 58 3.2.Dựa vào tần số biến dị .58 3.2.1Số lượng allele hiệu quả (Ae) .58 3.2.2Mức dị hợp tử kỳ vọng trung bình (H = mức đa dạng di truyền Nei (D) 59 3.3.Ví dụ tính đa dạng di truyền trong quần thể dùng 1 marker đồng trội .60 3.4.Ví dụ .60 3.4.1Các bước tính (bảng dưới) 60 3.5.Ví dụ tính đa dạng di truyền trong quần thể dùng 1 marker trội 61 3.5.1Ví dụ 61 3.5.2Các bước tính (bảng dưới) 62 4. Lượng hóa mối quan hệ di truyền: khoảng cách di truyền (nghĩa rộng) .63 4.1.Đánh giá các mối quan hệ dựa theo khoảng cách hình học 63 4.1.1Các phương pháp phổ biến tính hệ số tương đồng S (similarity) dựa trên biến nhị thức (0, 1) .63 5.Phần mềm .64 4 Chương 5. Phân tích đa dạng, phân loại dựa trên trình tự DNA .65 1.Các thuật ngữ/khái niệm .65 2.Giải trình tự chuỗi DNA (sequencing) .65 2.1.Giới thiệu 65 2.2.Sequencing dùng BigDye Terminator .65 3.Tìm kiếm chuỗi có quan hệ gần trên ngân hàng gen .66 3.1.Ngân hàng gen (Genbank) và NCBI .66 3.2.Tìm kiếm chuỗi DNA trên GenBank bằng phần mềm BLAST .66 4.So sánh trình tự .67 4.1.Căn trình tự đa chuỗi bằng phần mềm ClustalX .70 4.2.Xác định mức đồng nhất (sequence identity) bằng phần mềm Bioedit 71 4.3.Xác định khoảng cách di truyền (genetic distance) 71 4.3.1Khái niệm khoảng cách di truyền phân tử .71 4.3.2Mô hình thay thế nucleotide (subtituation model). .71 4.3.3Ví dụ tính khoảng cách di truyền dựa trên 5 chuỗi 16S RNA vi khuẩn dùng phần mềm MEGA .73 5.Xây dựng cây phả hệ .74 5.1.Maximum parsimony .75 5.2.Maximum likelyhood .76 5.3.Phương pháp khoảng cách (Distance) .76 5.4.Ví dụ xây dựng cây phả hệ của chuỗi các chuỗi 16S RNA vi khuẩn dùng phần mềm MEGA .79 Chương 6. Công nghệ microarray (chip gen) .80 1.Giới thiệu 80 2.Các loại microarray DNA 81 2.1.Microarray với các dò oligonucleotide ngắn .81 2.2.Microarrays với dò oligonucleotide dài 81 2.3.Microarrays với dò cDNA .82 3.Các phương pháp cố định dò trong microarray DNA .82 3.1.Tổng hợp trực tiếp ngay trên giá đỡ (in situ) 82 3.2.Tạo microarray bằng spotting 82 4.Gán nhãn dò .82 4.1.Gán nhãn trực tiếp .83 4.2.Gán nhãn gián tiếp .83 4.3.Gãn nhãn dùng dendrimer .83 5.Vật liệu để cố định dò 83 6.Các phương pháp gắn dò vào lam kính 84 7.Ứng dụng microarray DNA 84 7.1.Nghiên cứu biểu hiện gen “gene expression profiling” 84 8.Chẩn đoán và nghiên cứu kiểu gen (genome typing) .85 Chương 7. Công nghệ RNA interference .86 1.Lịch sử phát hiện 86 1.1.Hiện tượng đồng ức chế 86 1.2.Hiện tượng chế ngự (quelling) 86 1.3.Hiện tượng câm gen cảm ứng bởi virus 86 1.4.RNA Interferrence .86 2.Small interfering RNA (siRNA) và microRNA (miRNA) .87 2.1.miRNAs - khám phá 87 2.2.miRNAs - định nghĩa .87 2.3.miRNAs – nguồn gốc 87 5 2.4.miRNAs – sinh tổng hợp .87 2.5.siRNAs - khám phá 88 2.6.siRNAs - định nghĩa 88 2.7.siRNAs – nguồn gốc 88 2.8.siRNAs – sinh tổng hợp .88 3.So sánh miRNA và siRNA .88 3.1.Giống nhau .89 3.1.1Khác nhau .89 4.Công nghệ RNAi trong tạo giống kháng bệnh virus 89 4.1.Giới thiệu .89 4.2.Các đặc điểm chính trong công nghệ RNAi dựa trên siRNA .90 4.2.1Thiết kế cấu trúc chuyển gen 90 4.2.2Chọn chuỗi gen virus 90 5.Ví dụ công nghệ RNAi kháng bệnh virus 91 5.1.Tạo cây chuyển gen kháng PVY thông qua RNA silencing .91 5.1.1Giới thiệu. 91 5.1.2Thiết kế cấu trúc chuyển gen (hình) và chuẩn bị dòng vi khuẩn chuyển gen .91 5.1.3Biến nạp cấu trúc chuyển gen vào cây khoai tây .92 5.1.4Các phân tích chính cây chuyển gen 92 5.2.Tạo cây chuyển gen kháng TYLCV thông qua RNA silencing .93 5.2.1Giới thiệu. 93 5.2.2Thiết kế cấu trúc chuyển gen (hình) và chuẩn bị dòng vi khuẩn chuyển gen .94 5.2.3Biến nạp cấu trúc chuyển gen vào cây khoai tây .95 5.2.4Các phân tích chính cây chuyển gen 95 6.Sử dụng công nghệ microRNA trong phòng chống bệnh virus 96 6.1.Dùng công nghệ miRNA tạo tính kháng CMV 96 6.1.1Giới thiệu .96 6.1.2Thiết kế cấu trúc miRNA chuyển gen .97 6.1.3Chuyển gen vào cây thuốc lá 98 6.1.4Lây nhiễm nhân tạo .98 6.1.5Đánh giá cây chuyển gen được lây nhiễm CMV dựa trên triệu chứng .98 6.1.6Phân tích miRNA trên cây chuyển gen .99 6.1.7Phân tích RNA của CMV trên cây lây nhiễm .99 6.1.8 Phân tích virion CMV trên cây lây nhiễm .99 Chương 8. PCR trong chẩn đoán tác nhân gây bệnh .100 1.Tóm tắt kỹ thuật 100 2.Thiết kế và lựa chọn mồi (primer) .101 2.1.Tự thiết kế mồi .101 2.1.1Các chú ý khi thiết kế mồi 101 2.1.2Thiết kế mồi chung (degenerate primer) 102 2.1.3Phần mềm .103 2.2.Ví dụ mồi chung 103 Chương 9. Công nghệ huyết thanh học trong chẩn đoán .104 1.Cơ sở của phản ứng huyết thanh học 104 2.3.Các khái niệm 104 2.3.1Kháng nguyên (antigen): 104 2.3.2Nhóm quyết định kháng nguyên (epitope) .104 2.3.3Kháng nguyên của tác nhân gây bệnh cây .104 2.3.4Kháng thể (antibody) .105 2.4.Kháng thể đơn dòng và kháng thể đa dòng .106 6 3.Sản xuất kháng thể đơn dòng .106 3.1.Các bước chính để sản xuất kháng thể đơn dòng gồm .106 3.2.Qui trình tạo kháng thể đơn dòng 107 3.2.1Gây miễn dịch trên thỏ .107 3.2.2Dung hợp (lai) .108 3.2.3Sản xuất .109 4.Kỹ thuật chẩn đoán bằng ELISA 109 4.1.Vật liệu chính cho ELISA .109 4.2.Các kỹ thuật ELISA .109 4.2.1Kỹ thuật ELISA trực tiếp kiểu kẹp kép kháng thể (DAS-ELISA) 110 4.2.2Phản ứng ELISA gián tiếp kiểu bẫy kháng nguyên trước (PTA-ELISA) .110 Giới thiệu CNSH trong bệnh cây 1.1. Khái niệm về công nghệ sinh học Có rất nhiều định nghĩa về công nghệ sinh học (biotechnology) nhưng nhìn chung CNSH có thể được hiểu theo 2 nghĩa. Theo nghĩa rộng, điển hình như định nghĩa trong Công ước về Đa dạng Sinh học của Liên hiệp quốc (1992) thì CNSH là “Bất kỳ ứng dụng công nghệ sử dụng các hệ thống sinh học, các sinh vật sống hoặc các thành phần của chúng nhằm tạo ra hoặc biến đổi các sản phẩm hoặc qui trình cho một mục đích đặc biệt” “any technological application that uses biological systems, living organisms, or derivatives thereof, to make or modify products or processes for specific use”. Một cách đơn giản, CNSH là công nghệ được áp dụng trên một đối tượng sinh vật. Hiện nay, CNSH thường được hiểu theo nghĩa hẹp hơn nhiều. Nó thường được xem như các công nghệ liên quan đến sinh học phân tử chẳng hạn công nghệ AND, công nghệ chuyển gen, công nghệ nuôi cấy mô và tế bào .Theo định nghĩa của FAO: CNSH là kiến thức liên quan đến khía cạnh phân tử của sinh vật và tế bào của chúng. 1.2. Công nghệ sinh học trong bệnh cây Bệnh cây học (phytopathology = plant patho logy) nghiên cứu 4 lĩnh vực chính: 1. Tác nhân gây bệnh (pathogens): nghiên cứu đặc điểm hình thái, sinh học, phân loại, di truyền, tiến hóa của tác nhân gây bệnh. 2. Tương tác giữa tác nhân gây bệnh và cây ký chủ (plant-pathogen interaction): nghiên cứu cơ chế tấn công của tác nhân gây bệnh và cơ chế phòng thủ của cây, hậu quả của mối tương tác này đối với cây (các biến đổi cấu trúc và chức năng của tế bào và mô cây bị bệnh). 3. Dịch bệnh học (phytopathological epidemiology): nghiên cứu động thái phát triển của bệnh cây theo không gian và thời gian, các yếu tố của cây ký chủ, môi trường , tác nhân gây bệnh và con người ảnh hưởng đến sự hình thành và phát triển của bệnh. 4. Phòng chống: nghiên cứu các nguyên lý phòng chống, các biện pháp phòng chống. Công nghệ sinh học trong bệnh cây, do vậy, cũng nhằm vào 4 lĩnh vực trên. Các nghiên cứu đa dạng, tiến hóa của các nhóm tác nhân gây bệnh chủ yếu dựa vào các phân tích phân tử. Nhiều nhóm tác nhân gây bệnh, chẳng hạn virus, viroid, phytoplasma, chỉ có thể được xác định, phân loại chính xác khi phân tích bộ gen của chúng. Xác định đầy đủ thành 7 phần, nguồn gốc, mức độ đa dạng của tác nhân gây bệnh luôn là thông tin đầu tiên và quan trọng đối với bất kỳ chiến lược phòng chống nào. Sự tương tác giữa tác nhân gây bệnh và cây thường rất phức tạp với sự tham gia của nhiều gen ở cả 2 phía. Hiện nay, một công nghệ dựa trên lai phân tử gọi là công nghệ microarray (chip gen) có thể xác đinh sự biểu hiện đồng thời của hàng chục nghìn gen chỉ trên một lam kính. Trong lĩnh vực phòng chống bệnh, có vô số ví dụ cho thấy vai trò của CNSH. Các giống kháng bệnh có thể đươc tạo ra dùng 2 chiến lược chính: (i) dùng gen kháng có nguồn gốc từ cây. Đây là chiến lược áp dụng cho mọi đối tượng dịch hại. (ii) dùng gen từ tác nhân gây bệnh để tạo tính kháng (tính kháng có nguồn gốc từ bệnh). Đây là chiến lược áp dụng cho các bệnh virus. Vai trò của CNSH thể hiện ở các kỹ thuật phân lập gen kháng, thiết kế các cấu trúc chuyển gen, chuyển gen, lai tạo với sự trợ giúp của các marker phân tử. Sử dụng VSV đối kháng hoặc các sản phẩm có nguồn gốc VSV để phòng chống bệnh cũng có thể được xem là ứng dụng CNSH (theo nghĩa rộng) trong bệnh cây. Chương 1. Di truyền quần thể trong bệnh cây Mục tiêu của chương này là cung cấp các khái niệm cơ bản trong di truyền quần thể. Các khái niệm này sẽ rất cần thiết giúp sinh viên có khả năng phân tích kết quả sau khi thực hiện các thí nghiệm dựa trên công cụ CNSH khi đánh giá đa dạng của tác nhân gây bệnh cây. 1. Sinh học quần thể của tác nhân gây bệnh Sinh học quần thể nghiên cứu các quá trình sinh học ảnh hưởng tới quần thể sinh vật. Sinh học quần thể, do vậy, cũng là một lĩnh vực nghiên cứu của bệnh cây học vì bệnh cây chỉ hình thành dưới tác động của 1 quần thể tác nhân gây bệnh. Một vết bệnh trên lá sẽ không có ý nghĩa về mặt kinh tế lẫn sinh thái. Một vụ dịch gây thiệt hại kinh tế lớn thường do vô số các sự kiện xâm nhiễm gây bệnh liên quan đến toàn thể quần thể ký sinh và ký chủ. Để phòng chống bệnh, người ta phải xây dựng các biện pháp phòng chống nhằm vào toàn bộ quần thể tác nhân gây bệnh. Như vậy, hiểu được sinh học quần thể tác nhân gây bệnh là bước quan trọng nhằm phát triển các chiến lược phòng chống bệnh hiệu quả. Một quần thể là một tập hợp các cá thể cùng loài chiếm một không gian địa lý nhất định và thể hiện sự liên tục về mặt sinh sản từ thế hệ này sang thế hệ khác. Mối tương tác sinh thái và sinh sản của các cá thể trong cùng quần thể, do vậy, phổ biến hơn so với mối tương tác của các cá thể thuộc các quần thể khác nhau. Di truyền quần thể tập trung vào quá trình dẫn tới trao đổi di truyền hay tiến hóa trong quần thể theo thời gian và không gian. Phần lớn các nghiên cứu di truyền quần thể dựa trên qui mô thời gian dài (ví dụ qua nhiều mùa vụ hoặc qua nhiều thế hệ tác nhân gây bệnh) và không gian lớn (ví dụ qui mô toàn cầu cho các đối tượng bệnh có thể phát tán xa). Di truyền quần thể giải quyết chủ yếu các các quá trình di truyền như đột biến, trôi dạt di truyền, giao lưu gen, hệ thống sinh sản/ghép cặp và chọn lọc tự nhiên. 2. Tiến hóa 2.1. Tiến hóa Tiến hóa là một quá trình gồm 2 bước. Đầu tiên là quá trình đột biến gen hoặc tái tổ hợp di truyền xảy ra và tạo nên sự đa dạng di truyền trong quần thể. Tiếp theo, các quá trình như chọn lọc hoặc trôi dạt di truyền sẽ tác động là thay đổi tần số allele trong quần thể. Tiến hóa, như vậy, hình thành từ sự thay đổi tần số allele trong quần thể. Ví dụ, khi một quần thể cây ký chủ trải qua một sự gia tăng trong tần số các allele kháng hình thành từ sự chọn lọc các cá thể kháng thì quần thể cây này đã tiến hóa lên một mức độ kháng cao hơn. Tương tự, khi một quần thể tác nhân gây bệnh không độc trải qua một sự gia tăng trong tần số allele độc nhờ quá trình chọn lọc các cá thể độc có khả năng thoát khỏi sự nhận biết của các allele kháng 8 của cây ký chủ kháng bệnh thì người ta gọi quần thể tác nhân gây bệnh này đã tiến hóa tới một mức độ độc cao hơn. 2.2. Sinh học tiến hóa: Di truyền quần thể và phả hệ trong bệnh cây Sinh học tiến hóa là một ngành nghiên cứu quá trình dẫn tới thay đổi di truyền hoặc tiến hóa của quần thể hoặc của loài. Di truyền quần thể và phả hệ học là 2 ngành phụ trong sinh học tiến hóa. Di truyền quần thể nghiên cứu các quá trình vi tiến hóa (microevolution) xảy ra trong loài nhằm giải thích sự phân bố biến dị di truyền bên trong các quần thể hoặc giữa các quần thể của cùng loài. Phả hệ học nghiên cứu các quá trình đại tiến hóa (macroevolution) xảy ra trong loài nhằm giải thích mối quan hệ phả hệ (quan hệ tổ tiên – con cháu) dẫn tới sự phân bố của loài hiện tại theo không gian và thời gian. Hình 1. Mối quan hệ giữa phả hệ học và di truyền quần thể trong quá trình biệt hóa loài Bệnh cây học nghiên cứu sinh học tiến hóa vì (1) quần thể tác nhân gây bệnh thường tiến hóa nhằm phản ứng lại các biện pháp phòng chống và (2) người ta thường không rõ liệu một quần thể tác nhân gây bệnh mới hình thành và thay thế một quần thể đang tồn tại trước đó là một quần thể chuyển ký chủ hay là một loài mới hoàn toàn. Phân tích phả hệ sẽ phân biệt được các loài dựa trên mối quan hệ tổ tiên – con cháu từ các tổ tiên chung; trong khi đó di truyền quần thể xác định mối quan hệ giữa các quần thể của cùng một loài. Ranh giới giữa di truyền quần thể và phả hệ học là sự biệt hóa loài (speciation) tức là quá trình hình thành loài mới. Sự biệt hóa loài có thể xảy ra trong cùng một vùng địa lý, hoặc tại các vùng địa lý cách xa nhau hoặc tại các vùng địa lý lân cận. Sự biệt hóa loài có thể xuất hiện nhanh hơn đối với tác nhân gây bệnh cây so với các sinh vật khác do hậu quả của sự đồng tiến hóa. Phả hệ học và di truyền quần thể sử dụng các các công cụ phân tích di truyclass="_ _0[...]... thể tác nhân gây bệnh không quá lớn Hiện tượng thắt cổ chai thường xuất hiện trong quần thể tự nhiên nhiều hơn so với hệ sinh thái nông nghiệp (Xem thêm khái niệm siêu quần thể) 5.7 Ví dụ trôi dạt di truyền trong bệnh cây Một ví dụ về trôi dạt di truyền trong bệnh cây là trường hợp nấm Puccina striiformis gây bệnh gỉ sắt dạng sọc lúa mỳ ở Úc Thông qua các phân tích phân tử, các nhà khoa học phát hiện... thích các tác nhân gây bệnh đã tiến hóa như thế nào trong hệ sinh thái nông nghiệp, đặc biệt đối với các tác nhân gây bệnh nhóm biotroph – nhóm chỉ gây hại và tồn tại trên mô ký chủ sống Trong hệ sinh thái nông nghiệp, một ổ sinh thái mới có thể hình thành đối với một tác nhân gây bệnh khi cánh đồng được trồng với một cây ký chủ mẫn cảm Hiệu ứng nền xảy ra khi tác nhân gây bệnh gặp cây ký chủ mẫn cảm và... mức dị hợp tử (heterozygosity) 5.6 Trôi dạt di truyền trong tác nhân gây bệnh cây Trong hệ sinh thái nông nghiệp, các quần thể tác nhân gây bệnh thường trở nên rất lớn do hậu quả tính đồng nhất di truyền cao của quần thể cây ký chủ Do vậy, trôi dạt di truyền có thể không đóng một vai trò quan trọng trong quá trình tiến hóa của tác nhân gây bệnh trong phạm vi một diện tích canh tác nhỏ (chẳng hạn một... xuất hiện đối với các sinh vật có kiểu sinh sản vô tính chiếm ưu thế trong vòng đời hay hoàn toàn sinh sản vô tính Ví dụ: giao lưu kiểu gen xuất hiện khi 1 kiểu gen (clone) của nấm Fusarium oxysporum f sp melonis (gây bệnh héo Fusarium trên cây dưa) di chuyển từ Bắc Mỹ tới Israel qua ủng dính đất mang mầm bệnh của một nhà khoa học Trong trường hợp này, vì nấm F oxysporum không sinh sản hữu tính nên... có rất nhiều bằng chứng về hiệu ứng nền trong hệ sinh thái nông nghiệp Một ví dụ điển hình là Úc Đây là một lục địa độc lập Trong quá trình khai phá, người châu Âu đã mang cây trồng cũng như bệnh của chúng vào lục địa này Trong hệ sinh thái tự nhiên, trôi dạt di truyền có lẽ đóng vai trò lớn hơn trong tiến hóa của tác nhân gây bệnh vì ngoài tự nhiên, quần thể cây ký chủ đa dạng về di truyền hơn, thường... nghi trong quần thể biệt lập về sinh sản Chọn lọc có thể ngăn sự biệt hóa loài bằng cách đồng nhất cấu trúc di truyền của các quần thể tại các địa điểm khác nhau Chọn lọc trong bệnh cây chủ yếu được xét trong phạm vi quá trình đồng tiến hóa gen-đối gen Nó là quá trình làm tăng tần số allene kháng trong hệ sinh thái tự nhiên thông qua quá trình đồng tiến hóa, làm tăng tần số allele độc trong hệ sinh. .. tấn công vỏ rễ nhưng thường không gây bệnh Dạng hoang dại (wild-type) là nấm hoại sinh thực sự Các quần thể có tính gây bệnh cho cây dường như sinh sản vô tính nghiêm ngặt Các dạng chuyên hóa (Formae speciales, số nhiều) của nấm (gây bệnh trên một loài cây) xuất hiện khi trồng độc canh một loài cây nào đó Việc trồng độc canh, chẳng hạn cà chua, dưa, chuối đã tạo điều kiện cho các đột biến gây bệnh. .. tác nhân gây bệnh Các nhà bệnh cây nghiên cứu tiến hóa của tác nhân gây bệnh vì chúng tiến hóa để khắc phục gen kháng của ký chủ hay trở nên kháng với thuốc trừ bệnh Tác nhân gây bệnh tiến hóa nhanh nhất sẽ có nguy cơ nhất trong việc khắc phục các gen kháng chủ hoặc chống lại các biện pháp phòng chống hóa học Các tác nhân gây bệnh có tốc độ đột biến cao có nguy cơ lớn hơn các tác nhân gây bệnh có tốc... các khoảng cách địa lý xa hơn Sự di chuyển của nguồn bệnh sinh sản vô tính (giao lưu kiểu gen) có nguy cơ cao hơn sự di chuyển của nguồn bệnh sinh sản hữu tính (giao lưu gen) vì nguồn bệnh sinh sản vô tính chứa toàn bộ các gen đồng thích nghi (coadapted) đã được chọn lọc từ trước về tính gây bệnh trên cây nơi nó hình thành Trái lại các nguồn bệnh sinh sản hữu tính (chẳng hạn các bào tử túi, mặc dù có... trong cùng một dòng nấm Một diễn giải về các quan sát trên là: một dạng chuyên hóa mới hình thành do áp lực chọn lọc cao của trồng độc canh một loài cây trong một hệ sinh thái, nơi mức độ đồng nhất cao của ký chủ đã tạo ra một nich sinh thái mới cho phép các thể đột biến (hiếm) có thể gây bệnh hình thành từ quần thể hoang dại hoại sinh vốn rất đa dạng trong đất Các dạng chuyên hóa có khả năng gây bệnh . ĐẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA NÔNG HỌC CÔNG NGHỆ SINH HỌC TRONG BỆNH CÂY (Bài giảng) Biên soạn TS. Hà Viết Cường 2009 Mô tả môn học Ứng dụng công nghệ sinh. phòng chống. Học phần tiên quyết • Bệnh cây đại cương (hoặc Bệnh cây Nông nghiệp) • Công nghệ sinh học thực vật MỤC LỤC Giới thiệu CNSH trong bệnh cây. .7