1.2. GIỚI THIỆU VỀ NẤM DIỆT TUYẾN TRÙNG
1.2.3. Các giai đoạn diệt tuyến trùng của nấm
Nhiều công trình nghiên cứu đã giải thích tại sao các loài nấm diệt tuyến trùng lại có thể nhận biết được tuyến trùng để tiêu diệt [107, 117]. Quá trình từ thâm nhập
22
đến tiêu diệt bao gồm 3 - 4 giai đoạn khác nhau: (1) Thu hút/nhận biết, (2) Bám dính, (3) Thâm nhập, (4) Tiêu hóa [7, 138].
Thu hút và nhận biết là những bước đầu trong quá trình lây nhiễm của nấm diệt tuyến trùng. Quá trình này xảy ra thông qua sự tiếp xúc tế bào và liên quan đến một loạt các tương tác sinh hóa, sinh lý hoặc hình thái giữa nấm và tuyến trùng. Khi tuyến trùng đi qua, nấm diệt tuyến trùng có thể bám vào tuyến trùng thông qua sợi cơ kết dính trên bề mặt bào tử nấm [107]. Thành phần hóa học của các sợi cơ trên bề mặt của nấm còn chưa được sáng tỏ. Các nghiên cứu chỉ ra rằng các protein liên kết với carbohydrate (profin) thường được tìm thấy trên các sợi cơ bề mặt. Sau khi gắn vào tuyến trùng, sợi nấm xâm nhập vào tuyến trùng bằng cách phá vỡ lớp biểu bì [89, 107]. Hiện nay một số công bố cho rằng sự xâm nhập của nấm bao gồm sự kết hợp các lực cơ học và các enzym ngoại bào, enzym thủy phân cũng rất quan trọng trong giai đoạn diệt tuyến trùng bao gồm các protease serine, chitinase và collagenase [193].
Việc thu hút và nhận biết của nấm diệt tuyến trùng còn được các nhà nghiên cứu tìm ra do sự hấp dẫn của các chi nấm này với tuyến trùng: ví dụ như một số hợp chất hữu cơ dễ bay hơi (Volatile Organic Compounds - VOC) được sản xuất nhiều và liên tục bởi nấm nội sinh Esteya vermicola có sự hấp dẫn đối với tuyến trùng cây thông (pinewood nematode - PWN) Bursaphelenchus xylophilus [182]. Các VOC được xác định bao gồm monoterpen (α-pinene và-pinene) và terpenoid (long não), tương tự như các hợp chất dễ bay hơi phát ra từ cây thông, cho thấy E. vermicola bắt chước mùi hương của cây thông [113]. Tuy nhiên, nghiên cứu về các hợp chất được sinh ra bởi nấm diệt tuyến trùng nhằm thu hút tuyến trùng vẫn còn hạn chế.
Sự điều chỉnh các quá trình trao đổi chất của nấm đóng vai trò quan trọng trong việc thích nghi với môi trường sinh thái đa dạng. Nấm bẫy tuyến trùng có thể chuyển đổi lối sống từ hoại sinh sang gây bệnh bằng cách phát triển các kiểu bẫy để dính tuyến trùng và ăn thịt con mồi như một nguồn chất dinh dưỡng trong tự nhiên. Tuy nhiên, chất hóa học cụ thể được sinh ra bởi nấm vẫn còn đang được nghiên cứu. Một số nhà khoa học giả thiết rằng các phân tử tín hiệu quan trọng này có thể dễ bay hơi
23
trong tự nhiên. Việc sử dụng GC-MS để thực hiện phân tích so sánh các chất chuyển hóa của nấm ở giai đoạn hoại sinh và giai đoạn gây bệnh của loài Arthrobotrys oligospora đã và đang được nghiên cứu. Nấm tạo ra một nhóm nhỏ chất chuyển hóa furanone và pyrone dễ bay hơi có liên quan đến việc chuyển từ giai đoạn hoại sinh sang giai đoạn gây bệnh. A. oligospora được nuôi cấy trên môi trường CMA (Corn – Meal- Agar) có xu hướng tạo ra nhiều bẫy hơn và sử dụng các dẫn xuất của furan để tối ưu việc sử dụng bẫy, trong khi nấm nuôi cấy trên PDA ít bẫy hơn. Một chất chuyển hóa pyrone dễ bay hơi khác, maltol, được xác định là chất điều chỉnh hình thái để tăng cường sự hình thành bẫy (Hình 1.5) [181]. Khi tiếp xúc trực tiếp với tuyến trùng, nấm sinh trưởng trên môi trường CMA phát triển nhiều bẫy hơn so với nấm trên môi trường PDA, khi tiếp xúc không trực tiếp với tuyến trùng, nấm trên PDA phát triển hạch nhiều hơn so với trên CMA. Khi sinh trưởng trên CMA tạo ra chất chuyển hóa 2 - (5H) - furonone, trong khi nấm trên PDA tạo ra chất chuyển hóa nicalide, 5-methyl furan 2-carbaldehyd, cũng như maltol làm tăng số lượng bẫy. Song song với việc nấm diệt tuyến trùng có sự thu hút tuyến trùng như trên đã trình bày thì ở nhóm nấm này cũng có thể cảm nhận được một số chất tạo ra bởi tuyến trùng. Tín hiệu nemin ở tuyến trùng Neoaplectana glaseri được chứng minh là nguyên nhân gây ra sự chuyển đổi hình thái và hình thành bẫy trong Arthrobotrys conoides, mặc dù thành phần hóa học của chất nemin vẫn chưa được biết. Một nghiên cứu khác báo cáo rằng ascaroside, một loại phân tử nhỏ được tạo ra bởi nhiều loài tuyến trùng, có thể kích hoạt sự hình thành bẫy ở Arthrobotrys oligospora và một số loài liên quan, tạo ra mạng lưới dính ba chiều [77]. Những kết quả này cho thấy nấm diệt tuyến trùng có thể nhận ra tuyến trùng thông qua giao tiếp hóa học và sau đó điều chỉnh hình thái. Quá trình trao đổi chất ở nấm sợi cũng bao gồm những đường dẫn truyền để nhận biết tín hiệu môi trường và truyền tín hiệu đến các tế bào. Nhóm Protein G là một nhóm cảm biến chính liên quan đến các quá trình trao đổi chất, bao gồm sự sinh trưởng, sinh bệnh học và phản ứng với các tín hiệu môi trường [108]. Chen và cs., (2001) đã công bố vai trò mấu chốt của G-Protein trong đường truyền tín hiệu để hạn chế sự hình thành vòng của Arthrobotrys dactyloides [39].
24
Hình 1.5. Sự biến đổi về hình thái của A. oligospora trên CMA và PDA [181]
Sau khi xâm nhập vào tuyến trùng, nấm bắt đầu quá trình tiêu hóa tuyến trùng.
Đối với nấm Arthrobotrys oligospora, các sợi nấm phình to tạo thành các bóng lớn.
Protein có tên gọi là AOL được hình thành và hỗ trợ quá trình tiêu hóa tuyến trùng, tuy cơ chế này chưa được nghiên cứu nhiều [138].
Tiếp theo đó, nấm sợi có thể đã tham gia quá trình đồng hóa và lưu trữ các chất dinh dưỡng thu được từ tuyến trùng bị tiêu diệt. Các nhà khoa học đã tìm thấy các giọt lipid tích tụ trong sợi nấm [138]. Như vậy, chitinase và protease đóng vai trò đặc biệt là phá vỡ tính toàn vẹn cấu trúc của lớp biểu bì và vỏ trứng của tuyến trùng, tạo điều kiện cho nấm xâm nhập và tiêu diệt [107, 193].