PHẦN 2: MIỄN DỊCH HỌC THỰC VẬT
6.1.6. Dẫn truyền tín hiệu trong miễn dịch thực vật
Phản ứng phòng thủ tạo được của cđy điều khiển bởi một mạng lưới câc đường hướng dẫn truyền tín hiệu chồng chĩo lín nhau. Nhiều phđn tử tham gia câc đường hướng dẫn truyền tín hiệu.
6.1.6.1.Đường hướng salicyclic acid (SA)
Salicyclic acid (SA) lă một phytohormon có vai trò quan trọng trong phât triển, quang hợp, hô hấp… của thực vật.
SA cũng lă một phđn tử tín hiệu nội sinh tham gia cảm ứng tính khâng tạo được của thực vật. Vai trò của SA trong dẫn truyền tính khâng đê được chứng minh trong một số thí nghiệm: • Xử lý SA trín cđy thuốc lâ đê dẫn tới giảm triệu chứng bị nhiễm bởi TMV vă tích lũy
nhiều PR protein (thí nghiệm của White, 1970).
• Lđy nhiễm TMV trín thuốc lâ dẫn tới hăm lượng SA tăng cục bộ (tại vị trí lđy nhiễm) vă hệ thống (toăn cđy).
• Cđy Arabidopsis chuyển gen NahG (naphthalene hydroxylase G) của vi khuẩn Pseudomonas putida (lă gen mê hóa salicylate hydroxylase, một enzyme chuyển SA thănh
dạng bất hoạt lă catechol) đê biểu hiện tính mẫn cảm cao đối với nhiều loại tâc nhđn gđy bệnh khâc nhau như nấm, vi khuẩn vă virus.
• Cđy chứa câc đột biến mất khả năng tích lũy SA như eds4, eds5 (enhanced disease susceptibility), sid1, sid2 (SA induction-deficient), pad4 (phytoalexin-deficient) biểu hiện tính mẫn cảm cao với tâc nhđn gđy bệnh.
SA tương tâc với catalase – lă một enzyme xúc tâc cho sự phđn hủy H2O2 thănh H2O vă O2. H2O2 lă phđn tử hoạt động phía thượng lưu của quâ trình dẫn truyền tín hiệu. Phía hạ lưu của đường hướng dẫn truyền tín hiệu (phía sau SA) lă một protein gọi lă NPR1 (non- expressor of PR1 protein) cần cho dẫn truyền SA. Sản phẩm cuối cùng của đường hướng dẫn truyền SA lă câc loại PR protein (xem băi 3), trong đó quan trọng nhất lă protein nhóm PR1.
Hình6.2: Vai trò SA vă NPR1 trong dẫn truyền tính khâng (Pieterse & Van Loon, 2004) Đường hướng dẫn truyền SA thường do câc tâc nhđn gđy bệnh nhóm biotroph gđy ra (băi 3). Nhìn chung câc tâc nhđn gđy bệnh năy sinh trưởng trong gian băo vă nhđn lín trong mô nhiều ngăy trướ khi gđy chết hoại mô.
6.1.6.2.Đường hướng dẫn truyền JA vă ET
Jasmonic acid (JA) vă ethylen (ET) cũng lă câc phytohormon. Cả JA vă ET đê được chứng minh có vai trò trong tính khâng bệnh như trong câc ví dụ sau:
• Cđy Arabidopsis mang đột biến mất khả năng hình thănh JA như fad3/fad7/fad8 (3 đột biến gen fatty acid desaturase) hoặc mất khả năng tiếp nhận JA như coi1 (coronatine insensitive1) hoặc khâng JA như jar1 (jasmonic acid resistant1) biểu hiện tính mẫn cảm đối với một loạt tâc nhđn gđy bệnh như nấm Alternaria brassicicola, Botrytis cinerea,
• Cđy Arabidopsis mang đột biến trơ với ET như ein2 (ethylene insensitive2) biểu hiện tính mẫn cảm với nấm B. cinerea vă vi khuẩn E. carotovora.
• Xử lý JA hoặc ET đê dẫn đến lă cđy biểu hiín gen PDF1-2 (mê hóa protein phòng thủ lă defensin) vă Thi2-1 (mê hóa protein phòng thủ lă thionin), hel (hevein-like protein) vă chib (chitinaseB). Câc gen năy được xem lă dấu hiệu phổ biến của đường hướng dẫn truyền JA/ET.
Đường hướng JA/ET có nhiều điểm khâc với đường hướng SA: (1) JA/ET hình thănh chủ yếu do nhóm necrotroph như nấm Alternaria brassicicola, Botrytis cinerea, Pythium, vi khuẩn Erwinia carotovora. Câc tâc nhđn năy giết chết nhanh chóng tế băo cđy để hấp thu dinh dưỡng (xem băi 2); (2) sự tích lũy JA vă ET có thể hình thănh do tâc nhđn gđy bệnh nhưng cũng có thể hình thănh từ câc tổn thương do côn trùng .
6.1.6.3.Giao tiếp chĩo (cross talk) giữa đường hướng SA vă JA/ET
Đê có nhiều bằng chứng cho thấy 2 đường hướng SA vă JA/ET không hoăn toăn độc lập với nhau mă có tương tâc với nhau. Cả 2 đường hướng đều có ảnh hưởng thuận vă nghịch nhưng nhìn chung, mối quan hệ nghịch (đối khâng) lă phổ biến. Ví dụ cđy Arabidopsis mang gen khâng eds1 vă pad4 (giảm tích lũy SA) đê lăm tăng khả năng biểu hiện của đường hướng JA/ET.
Quan hệ đối khâng năy cần được xem xĩt khi ứng dụng thực tế vì khi tạo SAR để chống bệnh theo đường hướng SA thì SAR theo đường hướng JA/ET có thể bị ức chế dẫn tới cđy dễ bị nhiễm côn trùng gđy hại.
6.1.6.4. Dòng thâc ion vă sự đốt chây oxy hóa
Trín măng tế băo ký chủ có câc receptor ngoại băo (ví dụ như FLS2). Ngay sau khi cđy ký chủ nhận biết được sự có mặt của tâc nhđn gđy bệnh tại măng tế băo, có sự thay đổi về dòng ion đi văo/ra tế băo qua kính ion dẫn tới thay đổi cđn bằng K+/H+ của măng (dòng Ca2+ vă H+ văo tế băo tăng, dòng K+ vă Cl- ra khỏi tế băo tăng). Phản ứng lại sự thay đổi năy lă sự hoạt hóa câc protein liín kết măng như kinase, phosphatase, phospholipase vă protein G. Câc kinase sẽ hoạt hóa NADPH oxidase để chuyển O2 thănh câc lớp oxy hoạt hóa (ROS= reactive oxygen classes) như H2O2, O2-, HO2. Ngoăi ra, câc kinase cũng hoạt hóa nitric oxydase để tổng hợp nitric oxide (NO) khi sử dụng năng lượng từ NADPH.
Câc lớp oxy hóa khử (đặc biệt lă H2O2) vă NO sẽ ảnh hưởng đến tính khâng bằng 2 câch: • ROS, đặc biệt lă H2O2, sẽ hoạt động trín măng/vâch. ROS có thể cảm ứng quâ trình lignin
hóa vâch tế băo hoặc liín kết câc hợp chất của vâch tế băo (crosslinking). ROS cũng có thể oxy hóa câc hợp chất đặc biệt lă lipid của măng tế băo, ví dụ tạo thănh câc lipid hdroperoxide lă câc chất độc đối với tế băo. ROS cũng có thể oxy hóa câc hợp chất
phenolic thănh câc chất quinon độc với tế băo. Hậu quả lă tế băo bị chết nhanh chóng (phản ứng siíu nhạy HR). Cần chú ý trong quâ trình cảm ứng phản ứng siíu nhạy năy có vai trò của NO. Người ta đê chứng minh rằng sự cđn bằng NO/ H2O2 lă cần thiết để cảm ứng phản ứng siíu nhạy.
• H2O2 vă NO tham gia dẫn truyền tín hiệu cho câc đường hướng dẫn truyền tín hiệu hoặc phòng thủ khâc. Ví dụ H2O2 có thể cảm ứng đường hướng MAPK (xem phần đường hướng MAPKi) hoặc cảm ứng để tổng hợp phenylalanin ammonia lyase (PLA), một enzyme cần thiết cho quâ trình sinh tổng hợp SA (xem phần đường hướng SA).
Hình 6.3: Dòng thâc ion trong dẫn truyền tín hiệu miễn dịch thực vật 6.1.6.5.Đường hướng MAPK (Mitogen Activated Protein Kinases)
Đường hướng MAPK lă đường hướng dẫn truyền chủ chốt đối với tính khâng bệnh. Đđy lă một đường hướng chung đối với sinh vật nhđn thật vă lă một câch dẫn truyền câc tín hiệu ngoại băo thông qua câc receptor bề mặt. Đường hướng MAPK dựa văo sự nhận biết thông qua PAMP/MAMP (xem định nghĩa PAMP/MAMP băi 1).
Sự nhận biết giữa receoptor của ký chủ vă PAMP/MAMP của vi sinh vật (Vd: flg22, HrpZ, EF-Tu của vi khuẩn, Pep 13, NPP1, glucan của nấm trứng, chitin vă ergosterol của nấm thật) dẫn tới một dòng thâc dẫn truyền tín hiệu trong tế băo gọi lă đường hướng dẫn truyền MAPK (Mitogen Activated Protein Kinases). MAPK lă một protein kinase đặc hiệu
serin/threonin có nghĩa nó sẽ phosphorin hóa nhóm OH của serin hoặc threonin. Một dòng thâc MAPK nhìn chung lă chuỗi MAPKKK=>MAPKK=>MAPK cho phĩp truyền câc dấu hiệu ngoại băo thông qua receptor thănh một loạt câc phản ứng nội băo. Ví dụ bộ gen của Arabidopsis mê hóa ít nhất 20 MAPKs. Sự hoạt hóa dòng thâc MPK sẽ kích hoạt yếu tố phiín mê WRKY trong nhđn tế băo vă dẫn tới kích hoạt quâ trình phiín mê của nhiều gen phòng thủ (WRKY lă một họ protein có khả năng liín kết với promoter của câc gen khâng).
Ví dụ đường hướng MAPK:
Flagellin lă một loại PAMP chung được nghiín cứu nhiều nhất trong số câc PAM/MAMP của vi khuẩn hại thực vật. Flagellin lă protein cấu trúc của lông roi vi khuẩn. Flagellin chứa một đoạn 22 amino acid bảo thủ gọi lă fgl22. Fgl22 có thể được nhận biết bởi một receptor của tế băo thực vật lă FLS2. FLS2 lă một receptor kinase xuyín măng với đoạn lặp giău leucin (LRR) nằm phía ngoăi măng tế băo (chịu trâch nhiệm nhận biết) vă một vùng có hoạt tính kinase nằm trong tế băo chất.
Ngay sau khi FLS2 nhận biết sự có mặt của fgl22, vùng kinase của nó sẽ khởi động đường hướng MAPK bằng câch hoạt hóa câc kinase của tế băo lă AtMEKK1 => AtMKK4/5 => AtMPK3/6, dẫn tới khởi động câc yếu tố phiín mê hoạt động trong trong nhđn (Vd như yếu tố WRKY) vă cuối cùng tổng hợp câc hợp chất tạo ra tính khâng (vd như câc PR protein).
Hình 6.4: Đường hướng dẫn truyền tín hiệu MAPK