1.1. Triệu chứng
Nấm có thể xâm nhiễm gây bệnh tất cả các bộ phận trên mặt đất gồm lá, đốt thân, cổ bông, cổ gié. Các nghiên cứu gần đây cho thấy mức độ mẫn cảm của lá tỷ lệ thuận với mức độ mẫn cảm trên cổ bông. Tính mẫn cảm của cây đối với nấm phụ thuộc nhiều yếu tố môi trường cũng như các yếu tố liên quan đến phát triển của cây. Tính mẫn cảm thường giảm theo tuổi cây và tuổi lá; tính mẫn cảm tăng mạnh khi bón thừa đạm. Trái lại bón Si làm giảm tính mẫn cảm. Ngoài ra, đặc điểm vết bệnh thay đổi đáng kể theo mức độ mẫn cảm:
Vết bệnh điển hình có hình elip hoặc thoi xuất hiện 5-7 ngày sau lây bệnh. Biểu hiện của vết bệnh thay đổi phụ thuộc theo giống: từ màu lục nhạt + vết bệnh phát triển (mẫn cảm) tới màu lục đậm với viền vết bênh màu nâu (tính kháng tập nhiễm cục bộ).
1.2. Tác nhân gây bệnh:
Nấm gây bệnh có tên giai đoạn vô tính là Pyricularia oryzae (syn. Piricularia oryzae). Giaiđoạn hữu tính của nấm đã được đặt tên là Magnaporthe grisea và gần đây (2004), dựa vào các nghiên cứu phân tử, được đặt tên lại là M. oryzae.
Nấm thuộc lớp nấm túi (Ascomycetes), tuy nhiên ngoài tự nhiên nấm chỉ sinh sản vô tính tạo cành bào tử phân sinh và bào tử phân sinh không màu, 2 vách ngăn, hình quả lê (hoặc nụ sen).
1.3. Xâm nhiễm gây bệnh.
Nấm đạo ôn là nấm bán sinh dưỡng (hemibiotroph) với pha sinh dưỡng biotroph ở giai đoạn sớm của quá trình xâm nhiễm.
Giai đoạn sớm của quá trình xâm nhiễm bao gồm pha tiền xâm nhập (prepeneration): bào tử nấm tiếp xúc trên bề mặt lá, đỉnh bào tử nứt vỡ và tiết ra một giọt chất nhầy gắn kết chặt bào tử và bề mặt lá. Lớp chất nhày này chứa các hợp chất cacrbonhydrate và glycoprotein.
Tiếp theo, bào tử nấm nảy mầm tạo ống mầm, hình thành một tế bào ở đỉnh ống mầm và phát triển thành vòi áp (appressorium). Vòi áp của nấm là một cấu trúc dạng vòm, có vách dày, mầu đậm do bị melanin hóa. Sự melanin hóa làm vách vòi áp trở nên chắc chắn hơn. Bên trong vòi áp, nấm tích lũy nhiều glycerol và do vậy áp lực trương của vòi áp nấm đạo ôn rất lớn, có thể tới 80 at.
Tiếp theo quá trình tiền xâm nhập là xâm nhập của bào tử: Từ vòi áp sẽ hình thành một sợi nấm nhỏ gọi là đế xâm nhập (infection peg) để xâm nhập trực tiếp qua tầng cutin và vào bên trong tế bào biểu bì. Bên trong tế bào biểu bì, đỉnh đế xâm nhập sẽ phình to tạo thành vòi hút (haustorium). Nấm sẽ tiết các enzyme và effector qua màng vòi hút vào tế bào chất của tế bào ký chủ và hấp thụ dinh dưỡng. Trong quá trình dinh dưỡng, vách tế bào ký chủ dần dần sụp đổ và nấm tiếp tục phát triển sang tế bào bên cạnh (thông qua sợi liên bào) và lại tiếp tục hình thành vòi hút ở tế bào mới bị xâm nhập.
Nhiều yếu tố dẫn truyền tín hiệu tham gia vào quá trình nhận biết và hình thành vòi áp của nấm P. oryzae. Sự hình thành vòi áp chỉ xuất hiện trên bề mặt cứng (như bề mặt lá). Hai yếu tố chính tham gia vào quá trình dẫn truyền tín hiệu để hình thành vòi áp là chất lượng và bản chất hóa học của sự gắn kết.
Bề mặt bào tử nấm có chứa một lớp protein gọi là hydrophobin (Mpg1 protein) với phía ưa nước hướng vào tế bào nấm và phía ghét nước hướng về bề mặt của lá. Lớp hydrophobin giúp bào tử nhận biết được bề mặt ghét nước của lá và có vai trò quan trọng trong hình thành vòi áp.
Một số gen của nấm (vd MagA, MagB) cảm ứng hình thành cAMP (cyclic adenosine monophosphate), một phân tử dẫn truyền tín hiệu kích thích hình thành vòi áp.
1.4. R và Avr proteins
Hiện có khoảng 40 gen kháng chủ đối với nấm P.oryzae đã được xác đinh trên lúa với khoảng gần 10 gen đã được clon. Trong số các gen này, Pi-ta là gen kháng được nghiên cứu nhiều nhất.
Pi-ta là gen nằm ở vùng trung tâm của nhiễm sắc thể số 12. Protein Pi-ta là một protein (928 aa) kháng R thuộc lớp CNL (CC-NB-LRR) hoạt động tại tế bào chất. Vùng lặp giàu leucine (LRR) của Protein Pi-ta tương tác trực tiếp với AvrPi-ta để tạo tính kháng. Các allen pi-ta (lặn) ở các giống nhiễm bệnh mã hóa cho một protein chỉ khác 1 aa so với allen Pi-ta (trội). Các gen kháng như Pi-ta2 là gen allen của Pi-ta
Nấm M. oryzae tao ra 3 nhóm Avr protein có thể được nhận biết ở mức đặc hiệu giống, trong đó quan trọng nhất là AvrPita protein. AvrPita gen nằm ở gần đầu nhiễm sắc thể của nấm và mất đỉnh nhiễm sắc thể nấm (chứa AvrPita gen) là một cơ chế dẫn tới nấm có khả năng gây bệnh. AvrPita có bản chất protease và tương tác với protein kháng tương ứng của ký chủ là Pita protein. Tương tác giữa AvrPita và Pita là tương tác trực tiếp.
1.5. Đa dạng của nấm/ Bộ giống chỉ thị
Nấm Pyricularia oryzae được xem là một quần thể không đồng nhất. Dựa trên các phân tích phân tử, nhìn chung nấm được phân nhóm trên cở sở phân bố địa lý (vd nhóm châu Mỹ, châu Âu, Nhật bản, Iran…). Nhìn chung, các quần thể nấm thuộc các khu vực khởi nguyên cây lúa (chẳng hạn ở khu vự dãy Hymalaya, hoặc Đông Nam Á) có mức độ đa dạng cao hơn.
Thông tin về mức độ đa dạng di truyền của bất kỳ quần thể tác nhân gây bệnh nào đều cần thiết cho các chương trình chọn tạo giống kháng bệnh. Đối với nấm đạo ôn, vào năm 1967, IRRI đã thiết lập một hệ thống phân biệt các chủng sinh lý race/pathotype của nấm dựa trên một bộ giống chỉ thị gồm 8 giống, theo thứ tự là: Raminad, Zenith, NP-125, Usen, Dular, Kanto 51, Sha-tiao-tsao, Caloro. Hệ thống phân biệt các race nấm này vẫn được sử dụng tại nhiều nước trên thế giới.
Các race nấm, được thử tính gây bệnh trên bộ giống này, sẽ được ký hiệu như sau: I (từ international); tiếp theo là 1 trong các chữ A, B, C, D, E, F, G, H, (mỗi chữ đại diện cho một giống chỉ thị và tương ứng với giống mẫn cảm đầu tiên khi thử trên tám giống theo thứ tự ở trên); cuối cùng là một số chỉ kiểu tính độc. Ví dụ một isolate nấm có phản ứng S, R, R, R, R, R, R, R (S = susceptible, R = resistant) có ký hiệu là IA. Dựa vào hệ thống này, tối đa 256 nhóm chủng (28) có thể được phân biệt, trong đó lần lượt 128, 64, 32, 16, 8, 4, 2 và 1 nhóm chủng ở các nhóm chủng IA, IB, IC, ID, IE, IF, IG và IH.
Tuy nhiên vì bộ giống chỉ thị này chỉ chứa ít gen kháng (khoảng 5 gen) nên không thể đánh giá được mức độ đa dạng của nấm. Hiện nay, ngoài bộ giống chỉ thị trên, các nước đều phát triển bộ giống chỉ thị riêng, đặc biệt sử dụng các dòng gần đẳng gen (near isogenic lines) chứa 1 hoặc vài gen kháng.
1.6. Quần thể nấm P. oryzae tại miền Bắc Việt Nam
Sử dụng kỹ thuật AFLP, Nguyễn Thị Ninh Thuận (2006) đã nghiên cứu mức độ đa dạng và tính gây bệnh của 114 isolates nấm thu thập tại nhiều tỉnh thuộc đồng bằng sông Hồng. Nghiên cứu này cho thấy:
• Quần thể nấm P. oryzae tại đồng bằng sông Hồng có tính đa dạng cao gồm 7 nhóm VNG1, VNG2,..., VNG7.
• Quần thể nấm phân lập trên các giống lúa tẻ khác quần thể nấm phân lập trên các giống lúa nếp. Quần thể nấm trên lúa tẻ gồm 4 nhóm VNG1, VNG2, VNG3 và VNG4, còn trên lúa nếp gồm 3 nhóm VNG 5, VNG6 và VNG7.
• Các nhóm VNG1, VNG3, VNG 4 chiếm ưu thế với VNG1 chiếm tới hơn 50%.
• Nhiều giống chỉ thị mang nhiều gen kháng có thể chống được quần thể nấm P. oryzae của miền Bắc (ví dụ giống Morobenekan mang các gen kháng Pi-7(t), Pi-10(t), Pi-12(t), Pi- 44(t), Pi-157), tuy nhiên không thể biết được gen nào điều khiển tính kháng.
Dựa trên phản ứng của đại diện các nhóm đối với các giống chỉ thị có số lượng gen kháng ít, các gen kháng sau nên được sử dụng để tạo giống kháng nấm đạo ôn ở miền Bắc: Pi- 1, Pi-2, Pi-33, Pi-ta2, Pi-k.
1.7. Các giống kháng nhiễm
Việt Nam thuộc khu vực khởi nguyên của cây lúa với tập đoàn giống phong phú. Nhiều giống cổ truyền của Việt Nam mang các gen kháng bệnh đạo ôn quí. Hiện nay, Việt Nam có ít nhất 1 giống lúa cổ truyền là Tetep đang được nhiều nước sử dụng (thông qua IRRI) làm vật liệu nghiên cứu tính kháng. Tetep là một giống có tính kháng cao đối với rất nhiều chủng đạo ôn; một số gen kháng đã được xác định trên giống này như Pi-3(t), Pi-ta, Pi-ta2, Pi-tp(t).
Ở Việt Nam, một số giống lúa kháng đạo ôn đã được tạo ra như C70, C71, IR1820, X20, X21.
Hiện nay, một số giống lúa trồng phổ biến ở miền Bắc có chất lượng và năng suất tốt như Khang Dân 18, Bắc Thơm số 7, Hương Thơm số 1, Nếp IR352… đều nhiễm nấm đạo ôn.