trình bày ở chương trước.
Vai trò của Effector (chất hiệu ứng): Như đã biết, effector là phân tử có nguồn gốc từ
tác nhân gây bệnh tác động lên tế bào ký chủ, nhờ đó tạo điều kiện cho sự nhiễm bệnh.
Đối với cây, sự nhận biết các elicitor chung (MAMP/PAMP) đã hình thành tính kháng cơ bản. Tính kháng này còn được gọi là tính kháng khởi động bởi MAMP/PAMP. Tính kháng này có thể hiệu quả dẫn tới cây không bị bệnh.
Tuy nhiên, tác nhân gây bệnh có thể khắc phục tính kháng cơ bản bằng cách tiết vào tế bào cây các effector. Một vi khuẩn gây bệnh (vd Pseudomonas syringae) trong quá trình gây bệnh có thể tiết vào trong tế bào thực vật từ 20 -30 effector khác nhau thông qua hệ thống tiết loại III. Tương tự, các loại nấm biotroph cũng tiết vào tế bào cây nhiều effector thông qua vòi hút (haustorium) hình thành bên trong tế bào (vd nấm gỉ sắt cây lanh M. lini tiết vào tế bào tới 21 loại effector khác nhau). Nhiều effector của tác nhân gây bệnh có hoạt tính enzym, có vai trò biến đổi các protein của ký chủ nhằm tạo điều kiện cho sự gây bệnh và làm mất khả năng nhận biết của cây. Một trong các vai trò của các effector này là ức chế phản ứng phòng thủ của cây thông qua nhận biết PAMP/MAMP. Một số các protein của virus thực vật (Vd HP = Helper Component) của các potyvirus) có khả năng ức chế phản ứng phòng thủ của cây thông qua cơ chế gene silencing cũng có thể được xem là effector của virus. Nếu hoạt động của các effector này hiệu quả, cây sẽ bị nhiễm bệnh.
Các effector của tác nhân gây bệnh được nghiên cứu nhiều nhất là các Avr protein. Nếu cây có gen R có thể nhận biết được các Avr protein thì một lớp phản ứng kháng thứ 2 sẽ hình thành và được gọi là tính kháng khởi động bởi effector. Tính kháng khởi động bởi effector hiển nhiên là đặc hiệu và thường tuân theo quan hệ gen-đối-gen.
6. D n truy n tín hi u trong mi n d ch th c v tẫ ề ệ ễ ị ự ậ
Phản ứng phòng thủ tạo được của cây điều khiển bởi một mạng lưới các đường hướng dẫn truyền tín hiệu chồng chéo lên nhau. Nhiều phân tử tham gia các đường hướng dẫn truyền tín hiệu.
6.1. Đường hướng salicyclic acid (SA)
Salicyclic acid (SA) là một phytohormon, có vai trò quan trọng trong phát triển, quang hợp, hô hấp… của thực vật.
SA cũng là một phân tử tín hiệu nội sinh tham gia cảm ứng tính kháng tạo được của thực vât. Vai trò của SA trong dẫn truyền tính kháng đã được chứng minh trong một số thí nghiệm:
• Xử lý SA trên cây thuốc lá đã dẫn tới giảm triệu chứng bị nhiễm bởi TMV và tích lũy nhiều PR protein (thí nghiệm của White, 1970).
• Lây nhiễm TMV trên thuốc lá dẫn tới hàm lượng SA tăng cục bộ (tại vị trí lây nhiễm) và hệ thống (toàn cây).
• Cây Arabidopsis chuyển gen NahG (naphthalene hydroxylase G) của vi khuẩn Pseudomonas putida (là gen mã hóa salicylate hydroxylase, một enzyme chuyển SA thành dạng bất hoạt là catechol) đã biểu hiện tính mẫn cảm cao đối với nhiều loại tác nhân gây bệnh khác nhau như nấm, vi khuẩn và virus.
• Cây chứa các 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 tác nhân gây bệnh.
SA tương tác với catalase – là một enzyme xúc tác cho sự phân hủy H2O2 thành H2O và O2. H2O2 là phân tử hoạt động phía thượng lưu của quá trình dẫn truyền tín hiệu. Phía hạ lưu của đường hướng dẫn truyền tín hiệu (phía sau SA) là một protein gọi là NPR1 (non-expressor of PR1 protein) cần cho dẫn truyền SA. Sản phẩm cuối cùng của đường hướng dẫn truyền SA là các loại PR protein (xem bài 3), trong đó quan trọng nhất là protein nhóm PR1.
Đường hướng dẫn truyền SA thường do các tác nhân gây bệnh nhóm biotroph gây ra (bài 3). Nhìn chung các tác nhân gây bệnh này sinh trưởng trong gian bào và nhân lên trong mô nhiều ngày trướ khi gây chết hoại mô.
6.2. Đường hướng d n truy n JA và ETẫ ề
Jasmonic acid (JA) và ethylen (ET) cũng là các phytohormon. Cả JA và ET đã được chứng minh có vai trò trong tính kháng bệnh như trong các ví dụ sau:
• Cây Arabidopsis mang đột biến mất khả năng hình thành JA như fad3/fad7/fad8 (3 đột biến gen fatty acid desaturase) hoặc mất khả năng tiếp nhận JA như coi1 (coronatine insensitive1) hoặc kháng JA như jar1 (jasmonic acid resistant1) biểu hiện tính mẫn cảm dối với một loạt tác nhân gây bệnh như nấm Alternaria brassicicola, Botrytis cinerea, Pythium, vi khuẩn Erwinia carotovora.
• Cây Arabidopsis mang đột biến trơ với ET như ein2 (ethylene insensitive2) biểu hiện tính mẫn cảm với nấm B. cinerea và vi khuẩn E. carotovora.
• Xử lý JA hoặc ET đã dẫn đến là cây biểu hiên gen PDF1-2 (mã hóa protein phòng thủ là defensin) và Thi2-1 (mã hóa protein phòng thủ là thionin), hel (hevein-like protein) và chib (chitinaseB). Các gen này được xem là dấu hiệu phổ biến của đường hướng dẫn truyền JA/ET.
Đường hướng JA/ET có nhiều điểm khác với đường hướng SA: (1) JA/ET hình thành chủ yếu do nhóm necrotroph như nấm Alternaria brassicicola, Botrytis cinerea, Pythium, vi khuẩn Erwinia carotovora. Các tác nhân này giêt chết nhanh chóng tế bào cây để hấp thu dinh dưỡng (xem bài 2); (2) sự tích lũy JA và ET có thể hình thành do tác nhân gây bệnh, nhưng cũng có thể hình thành từ các tổn thương do côn trùng .
6.3. Giao ti p chéo (cross talk) gi a đế ữ ường hướng SA và JA/ET.
Đã có nhiều bằng chứng cho thấy 2 đường hướng SA và JA/ET không hoàn toàn độc lập với nhau mà có tương tác với nhau. Cả 2 đường hướng đều có ảnh hưởng thuận và nghịch nhưng nhìn chung, mối quan hệ nghịch (đối kháng) là phổ biến. Ví dụ cây Arabidopsis mang gen kháng eds1 và pad4 (giảm tích lũy SA) đã làm tăng khả năng biểu hiện của đường hướng JA/ET.
Quan hệ đối kháng này cần được xem xét 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 cây dễ bị nhiễm côn trùng gây hại.
6.4. Dòng thác ion và s đ t cháy oxy hóaự ố
Trên màng tế bào ký chủ có các receptor ngoại bào (ví dụ như FLS2). Ngay sau khi cây ký chủ nhận biết được sự có mặt của tác nhân gây bệnh tại màng tế bào, có sự thay đổi về dòng ion đi vào/ra tế bào qua kênh ion dẫn tới thay đổi cân bằng K+/H+ của màng (dòng Ca2+ và H+ vào tế bào tăng, dòng K+ và Cl- ra khỏi tế bào tăng). Phản ứng lại sự thay đổi này là sự hoạt hóa các protein liên kết màng như kinase, phosphatase, phospholipase và protein G. Các kinase sẽ hoạt hóa NADPH oxidase để chuyển O2 thành các lớp oxy hoạt hóa (ROS= reactive oxygen classes) như H2O2, O2-, HO2. Ngoài ra, các kinase cũng hoạt hóa nitric oxydase để tổng hợp nitric oxide (NO) khi sử dụng năng lượng từ NADPH.
• ROS, đặc biệt là H2O2, sẽ hoạt động trên màng/vách. ROS có thể cảm ứng quá trình lignin hóa vách tế bào hoặc liên kết các hợp chất của vách tế bào (crosslinking). ROS cũng có thể oxy hóa các hợp chất đặc biệt là lipid của màng tế bào, ví dụ tạo thành các lipid hdroperoxide là các chất độc đối với tế bào. ROS cũng có thể oxy hóa các hợp chất phenolic thành các chất quinon độc với tế bào. Hậu quả là tế bào bị chết nhanh chóng (phản ứng siêu nhạy HR). Cần chú ý trong quá trình cảm ứng phản ứng siêu nhạy này có vai trò của NO. Người ta đã chứng minh rằng sự cân bàng NO/ H2O2 là cần thiết để cảm ứng phản ứng siêu nhạy.
• H2O2 và NO tham gia dẫn truyền tín hiệu cho các đường hướng dẫn truyền tín hiệu hoặc phòng thủ khác. 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 quá trình sinh tổng hợp SA (xem phần đường hướng SA).
6.5. Đường hướng MAPK (Mitogen Activated Protein Kinases) (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Đường hướng MAPK là đường hướng dẫn truyền chủ chốt đối với tính kháng bệnh. Đây là một đường hướng chung đối với sinh vật nhân thật và là một cách dẫn truyền các tín hiệu ngoại bào thông qua các receptor bề mặt. Đường hướng MAPK dựa vào sự nhận biết thông qua PAMP/MAMP (xem định nghĩa PAMP/MAMP bài 1).
Sự nhận biết giữa receoptor của ký chủ và PAMP/MAMP của vi sinh vật (Vd: flg22, HrpZ, EF-Tu của vi khuẩn, Pep 13, NPP1, glucan của nấm trứng, chitin và ergosterol của nấm thật) dẫn tới một dòng thác dẫn truyền tín hiệu trong tế bào gọi là đường hướng dẫn truyền MAPK (Mitogen Activated Protein Kinases). MAPK là một protein kinase đặc hiệu serin/threonin có nghĩa nó sẽ phosphorin hóa nhóm OH của serin hoặc threonin. Một dòng thác MAPK nhìn chung là chuỗi MAPKKK=>MAPKK=>MAPK cho phép truyền các dấu hiệu ngoại bào thông qua receptor thành một loạt các phản ứng nội bào. Ví dụ bộ gen của Arabidopsis mã hóa ít nhất 20 MAPKs. Sự hoạt hóa dòng thác MPK sẽ kích hoạt yếu tố phiên mã WRKY trong nhân tế bào và dẫn tới kích hoạt quá trình phiên mã của nhiều gen phòng thủ (WRKY là một họ protein có khả năng liên kết với promoter của các gen kháng).
Ví dụ đường hướng MAPK.
Flagellin là một loại PAMP chung được nghiên cứu nhiều nhất trong số các PAM/MAMP của vi khuẩn hại thực vật. Flagellin là protein cấu trúc của lông roi vi khuẩn. Flagellin chứa một đoạn 22 amino acid bảo thủ gọi là fgl22. Fgl22 có thể được nhận biết bởi một receptor của tế bào thực vật là FLS2. FLS2 là một receptor kinase xuyên màng với đoạn lặp giàu leucin (LRR) nằm phía ngoài màng tế bào (chịu trách nhiệm nhận biết) và một vùng có hoạt tính kinase nằm trong tế bào chất.
Ngay sau khi FLS2 nhận biết sự có mặt của fgl22, vùng kinase của nó sẽ khởi động đường hướng MAPK bằng cách hoạt hóa các kinase của tế bào là AtMEKK1 => AtMKK4/5 => AtMPK3/6, dẫn tới khởi động các yếu tố phiên mã hoạt động trong trong nhân (Vd như yếu tố WRKY) và cuối cùng tổng hợp các hợp chất tạo ra tính kháng (vd như các PR protein).
CHƯƠNG 6. TÍNH KHÁNG TẬP NHIỄM HỆ THỐNG
(SAR – SYSTEMIC ACQUIRED RESISTANCE)
1.Định ngh a ĩ
Cây trồng trong quá trình tiến hóa đã phát triển một số cơ chế phòng thủ chống lại tác nhân gây bệnh. Trong những năm 1960, Ross đã quan sát thấy rằng khi lây nhiễm nhân tạo cây thuốc lá với virus TMV sẽ hình thành tính kháng hệ thống vì khi lây nhiễm tiếp TMV lần thứ 2 tại vị trí cách xa điểm lây nhiễm lần đàu thì vết chết hoại hình thành nhỏ hơn. Tính kháng kiểu này đã được gọi là tính kháng tập nhiễm hệ thống (SAR)
Định nghĩa. SAR là loại tính kháng tạo được có tính lưu dẫn (hệ thống), phổ rộng
(chống lại nhiều tác nhân gây bệnh), thường dẫn tới biểu hiện PR protein và thông qua hệ đường hướng dẫn truyền tín hiệu SA, JA/ET.
SAR có thể được hình thành trên nhiều loài cây bởi các tác nhân gây vết bệnh chết hoại (là biểu hiện của phản ứng siêu nhạy hoặc là biểu hiện của triệu chứng).
Cần chú ý nếu tính kháng tạo được nhưng không lưu dẫn tức tính kháng chỉ hình thành xung quanh vị trí xâm nhiễm thì được gọi là tính kháng tập nhiễm cục bộ (local acquired resistance).
Dấu hiệu phân tử tín hiệu đặc trưng của SAR là SA có thể được tạo ra rất nhanh trong vòng vài giờ (4-6 giờ) sau lây nhiễm và nhân lên nhanh chóng; sau khoảng 24 giờ SAR đã biểu hiện toàn cây. Sự di chuyển của SAR thường theo hướng từ dưới gốc lên trên ngọn.
Cây có thể duy trì SAR trong thời gian rất lâu, trong nhiều trường hợp kéo dài cả đời của cây.
1.1. Các hóa ch t ngo i bào có kh n ng c m ng SARấ ạ ả ă ả ứ
SAR hình thành khi có sự tấn công của tác nhân gây bệnh. Tuy nhiên nhiều thí nghiệm đã chứng tỏ rằng SAR có thể được tạo ra khi xử lý các hợp chất tự nhiên hoặc tổng hợp. Tất cả các hóa chất có khả năng cảm ứng SAR được gọi là các chất kích hoạt SAR (chất kích kháng). Để có thể được xem là chất kích hoạt SAR thực sự, một hóa chất hoặc sản phẩm chuyển hóa của nó phải không có hoạt tính kháng sinh. Một số thuốc hóa học trừ bệnh ngoài hoạt tính kháng nấm còn có khả năng cảm ứng SAR như Fosetyl-Al (Aliet), metalaxyl, Cu(OH)2. Một số hóa chất cảm ứng SAR phổ biến bao gồm:
SA (salicylic acid). Xem phần đường hướng dẫn truyền SA.
INA (dichloroisonicotinic acid). INA có cơ chế cảm ứng SAR giống như SA chống lại
biệt so với SA là INA cảm ứng SAR độc lập với SA và hoạt động ở phía hạ lưu đường hướng dẫn truyền tín hiệu so với SA.
BTH (benzo(1,2,3)-thiadiazole-7-carbothiolic acid (BTH, acibenzolar-S-methyl). BTH là
sản phẩm của hãng Novartis (bán tại Việt Nam với tên thương mại là BION). BTH có thể cảm ứng SAR ở liều lượng thấp, do vậy tránh được hiệu ứng gây độc cho cây. BTH có cơ chế tạo SAR giống như SA và có thể chống được nhiều nhóm tác nhân gây hại kể cả virus. BTH có hiệu quả chống nấm Cercospora nicotianae, Peronospora tabacina, Phytophthora parasitica, nhiều nấm phấn trắng, gỉ sắt và sương mai khác, vi khuẩn Pseudomonas syringae, virus TMV, CMV và TSWV.
Chitosan. Các oligomer của chitosan hình thành từ sự loại bỏ nhóm acetyl của chitin
(dạng polymer mach thẳng của N-acetyl-D-glucosamine). Chitosan có khả năng kháng nấm trực tiếp (biến đổi cấu trúc vách tế bào nấm, ảnh hưởng đến sinh tổng hợp chitin của vách tế bào nấm). Ngoài ra, chitosan cũng được biết là cảm ứng hình thành SAR .
CHƯƠN 7. MIỄN DỊCH TV ĐỖI VỚI MỘT SÔ BỆNH
1. B nh đ o ôn (tham kh o giáo trình b nh cây nông ệ ạ ả ệ
nghi p)ệ