5. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA LUẬN ÁN
1.2.3.Cơ chế tác dụng của elicitor
Khi thực vật bị nhiễm bởi các vi sinh vật gây bệnh, sự đáp ứng được kích hoạt nhanh với các phản ứng phòng thủ được điều hòa cả về không gian và thời gian. Các đáp ứng này bao gồm oxy hóa liên kết chéo của các protein thành tế bào, sản xuất phytoalexin, các enzyme thủy phân, phenol hóa các protein thành tế bào và cuối cùng tế bào thực vật chết do mẫn cảm. Vi sinh vật xâm nhiễm vào thực vật cảm ứng sinh tổng hợp các hợp chất thứ cấp có hoạt tính kháng sinh theo cách tương tự các nhân tố stress như chiếu tia UV, sốc thẩm thấu, acid béo, muối vô cơ và ion kim loại nặng. Các phân tử kích thích sự sản xuất các hợp chất thứ cấp được gọi là elicitor. Cả elicitor sinh học và phi sinh học cảm ứng tích lũy sản phẩm không chỉ ở cây nguyên vẹn mà cả ở tế bào nuôi cấy như là kết quả của các phản ứng phòng thủ, bảo vệ hay tấn công [82]. Một lượng lớn các hợp chất thứ cấp được sản xuất ở thực vật cùng khi có sự xuất hiện của các tác nhân tự nhiên như các vi sinh vật gây bệnh, động vật ăn cỏ và các thực vật cạnh tranh khác. Các hợp chất đó được biết như là phytoanticipin, bao gồm saponin, các triterpenoid glycoalkaloid với hoạt tính kháng khuẩn được tích lũy trong các mô thực vật khác nhau (ví dụ, α-tomatine trong lá cây cà chua, avenacine A-1 trong rễ yến mạch) [116].
Một số nghiên cứu chứng minh rằng sự nhận biết đặc hiệu giữa elicitor là vi sinh vật với các thụ thể thực vật tương ứng gây ra các tín hiệu đặc trưng làm kích hoạt các phản ứng phòng thủ. Thụ thể của elicitor thực vật được xác định đặc tính đầu tiên là Arabidopsis FLS2, thụ thể này có thể nhận biết tiên mao của vi khuẩn. FLS2 được cho là kích hoạt sự đáp ứng phòng thủ khi xử lý tế bào nuôi cấy cây Arabidopsis với tiên mao hoặc flg22 (một peptide gồm 22 amino acid). Sau đó nhiều thụ thể của các elicitor khác cũng đã được nghiên cứu [38]. Sự nhận biết các elicitor bởi các thụ thể thường gây ra các
phản ứng tiếp theo như sự phosphoryl hóa và dephosphoryl hóa ở màng sinh chất và các protein tế bào chất, các dòng chảy ion, đảo cực ở màng sinh chất, kiềm hóa môi trường ngoại bào và acid hóa môi trường nội bào. Các phản ứng này xảy ra trong vòng vài phút đến vài giờ sau khi nhận biết các elicitor và ngay sau đó kích hoạt các đáp ứng tiếp theo. Sự hoạt hóa các NADPH oxidase (nicotinamide adenine dinucleotide phosphate hydrogen) và peroxidase gian bào một cách ồ ạt khi tiếp nhận kích thích cùng với sự tích lũy ROS (Reactive oxygen species) tạm thời có thể tham gia cảm ứng các đáp ứng phòng thủ “trễ”, trong đó có sản xuất các hợp chất thứ cấp [38].
Các dòng trao đổi ion nhanh như dòng K+/H+, dòng Cl- đi ra, và dòng ion đi vào Ca2+ còn là yếu tố quan trọng của con đường tín hiệu liên quan đến sự phòng thủ. Đặc biệt, vai trò của Ca2+ đã được nghiên cứu rộng rãi vì ion này là tín hiệu thứ cấp chủ đạo ở hầu hết các sinh vật. Dòng Ca2+ được cảm ứng bởi elicitor rất quan trọng cho sự tích lũy các hợp chất thứ cấp và các yếu tố khóa kênh Ca2+ có thể ức chế sự cảm ứng phytoalexin bởi elicitor trong vài loài thực vật, như lúa hoặc Cupressus lusitanica. Tăng nồng độ Ca2+ trong tế bào chất làm hoạt hóa các phản ứng phòng thủ tiếp theo một cách trực tiếp hoặc gián tiếp thông qua các cảm biến Ca2+, như calmodulin và Ca2+- dependent protein kinase (CDPK) [38].
Sự phosphoryl hóa protein có thể hoạt hóa trực tiếp các enzyme sinh tổng hợp các hợp chất thứ cấp bằng cách biến đổi hậu dịch mã, hoặc tham gia vào các đợt tín hiệu làm tăng sự biểu hiện của các gen tương ứng. Đặc biệt, các protein kinase được hoạt hóa bởi ty thể ở thực vật (MAPK-Mitogen- Activated Protein Kinase) là trung gian hoạt hóa các đáp ứng nói chung sau khi nhận biết mầm bệnh và các elicitor có nguồn gốc từ mầm bênh. Một số MAPKs được nghiên cứu trong sự phòng thủ của thực vật là protein kinase
được cảm ứng bởi SA (SIPK: SA-Induced Protein Kinase) hay cảm ứng bởi vết thương (WIPK: Wound-Induced Protein Kinase) ở thuốc lá; MAPK được cảm ứng bởi stress (SAMK: Stress-Activated MAPK) và stress muối (SIMK: Salt-Induced MAPK) ở cỏ linh lăng…Với sự hoạt hóa qua thụ thể trung gian, MAPK được chuyển vị đến nhân để chúng có thể tương tác với các yếu tố phiên mã và cảm ứng sự biểu hiện các gene phòng thủ [38].