Các vi khuẩn kích thích thực vật (plant growth promoting rhizobacteria – PGPR) có khả năng thúc đẩy sự phát triển của thực vật vì làm giảm nồng độ ethylene. Trong quá trình sinh tổng hợp ethylene, methionine được chuyển thành S-adenosyl methionine (SAM), 1-aminocyclopropane-1-carboxylate (ACC), và ethylene trong ba phản ứng liên tiếp nhau. Chúng được xúc tác bởi enzyme SAM synthetase, ACC synthase (ACS) và ACC oxydase (ACO) (theo thứ tự trên). Trong phản ứng thứ hai, rất nhiều ACC được sản xuất và tiết ra từ hạt hoặc rễ thực vật cùng với các phân tử thông thường khác hiện diện trong dịch tiết của cây và rễ. ACC trong dịch tiết thực vật có thể
13
được lấy bởi vi khuẩn và sau đó được thủy phân bởi enzyme, ACC deaminase sẽ chuyển thành ammonia và α – ketobutyrate. Để duy trì sự cân bằng nồng độ ACC trong và ngoài, nhiều ACC sẽ được thực vật tiết ra và một phần được lấy đi bởi quá trình sinh tổng hợp ethylene. Cơ chế này làm suy giảm hàm lượng ethylene sinh ra bởi thực vật một cách hiệu quả. Do đó, việc kéo dài rễ thực vật bởi PGPR có thể là một nguyên nhân trực tiếp do sự hiện diện của ACC deaminase và nhiều bằng chứng nghiên cứu chứng minh ACC deaminase là một trong như cơ chế then chốt của vi khuẩn rễ, kích thích sự tăng trưởng thực vật, đặc biệt kéo dài rễ. Sự hiện diện của ACC deaminase được nghiên cứu trong nhiều PGPR khác nhau như Enterobacter cloacae, Rhizobium
và Pseudomonas, Variovorax, Alcaligenes, Bacillus… ACC deaminase trong vi khuẩn có thể tìm thấy trên lá và hoa cũng như hạt và rễ và mô hình trên dựa trên tương tác của vi khuẩn với hạt và rễ và có thể thích hợp đối với toàn bộ cơ thể thực vật. Nghiên cứu khả năng kích thích sự phát triển của thực vật bởi vi khuẩn Methylobacterium đã được ghi nhận, hoạt tính ACC deaminase của chủng Methylobacterium và các bước phức tạp khác nhau trong việc làm giảm hàm lượng ethylene đã được đề xuất trong mô hình kích thích tăng trưởng thực vật bởi ACC deaminase của PGPR. Ba trong năm chủng
Methylobacterium được tìm thấy có hoạt tính ACC deaminase. Dù cho những nghiên cứu trước đây đưa ra các dữ liệu về chuỗi hoạt động phức tạp trong quá trình làm giảm ethylene bởi vi khuẩn chứa ACC deaminase, vai trò của IAA của của vi khuẩn trong việc làm giảm bớt hàm lượng ethylene cần thêm nhiều nghiên cứu khác.
Hoạt động và sự sinh tổng hợp Ethylene được điều chỉnh bởi các hormone khác nhau. Auxin kích thích tổng hợp Ethylene bằng cách sinh tổng hợp mới (de novo) ACC synthase. ACC, cytokinin và brassinosteroid (BR) lại làm gia tăng auxin, kích thích thực vật sản xuất ethylene. IAA và cytokinin tập trung trong dịch chiết của cây cải dầu gia tăng khi nhiễm vi khuẩn Methylobacterium. Sự gia tăng hoạt tính của ACS được quan sát trong cây xử lý khuẩn có thể là nguyên nhân gây gia tăng hàm lượng IAA và cytokinin. Vi khuẩn trên bề mặt của thực vật cùng với IAA nội sinh của thực vật có thể cảm ứng ACC synthase chuyển hóa SAM thành ACC và sau đó ACC được thủy phân
14
bởi enzyme ACC deaminase thành amonia và α – ketobutyrate. Hai sản phẩm này sẽ được vi khuẩn Methylobacterium giải phóng ra khỏi tế bào, làm giảm lượng ACC trong tế bào thực vật [27].
Hình 0.5. Mô hình minh họa giả thuyết các bước phức tạp trong việc làm giảm nồng
độ ethylene thực vật và đặc tính khác của vi khuẩn Methylobacterium trong việc kích thích tăng trưởng thực vật [27]
Mô hình được chia làm hai: con đường sinh tổng hợp ethylene trong thực vật và ACC được phân hủy trong Methylobacterium làm suy giảm hàm lượng ethylene trong thực vật : các bước biến đổi hóa lý trong cơ chế đó: sự gia tăng trong tích lũy các hợp chất: sự ngăn chặn sinh tổng hợp ethylene. Methylobacterium làm gia tăng hormone và tách ACC, tiền chất trực tiếp của ethylene, ngăn chặn ethylene ức chế kéo dài rễ.
Từ những bằng chứng về sự sinh tổng hợp phytohormone (auxin, cytokinin) cũng như khả năng kiểm soát hàm lượng ethylene ở thực vật của PPFM và định hướng về chế phẩm kéo dài tuổi thọ hoa cắt cành của đề tài trước, chúng tôi tiến hành khảo sát tiềm năng của vi khuẩn Methylobacterium trong việc tạo ra chế phẩm sinh học kéo dài tuổi thọ hoa cắt cành.
15