TÍNH CHOÁNG CHÒU ÑIEÀU KIEÄN BAÁT LÔÏI
+ / 0 + / – + / + – / –
Biotics
Keát quaû cuûa caùc daïng quan heä giöõa thöïc vaät
vaø caùc sinh vaät
CACAÙÙC YEC YEÁÁU TOU TOÁÁ AAÛÛNH HNH HÖÖÔÔÛÛNG NG ÑÑEEÁÁN SN SÖÏÖÏ TOTOÅÅN THN THÖÖÔNGÔNG
CAÙC TRAÏNG THAÙI ÑEÀ KHAÙNG
ThôThôøøii ññieieååmm bòbò totoåånn ththööôngông VuVuøøngng bòbò totoåånn ththööôngông::
naêng suasuaáátt.. khoâng lieânlieân quanquan ññeeáánn naêng
naêng suasuaáátt..
• Antixenosis (Xua ñuoåi): thöïc vaät tìm caùch ñuoåi loaøi
• Antibiosis (Khaùng): gaây roái loaïn caùc quaù trình sinh
quang hôhôïïpp
gaây haïi khoûi vaät chuû.
nhanh ssöïöï laõolaõo hohoùùaa cacaùùcc côcô quanquan.. thoaùùtt cacaùùcc chachaáátt ññooààngng hohoùùaa
• Tolerance (Chòu ñöïng): chòu ñöôïc söï coù maët cuûa loaøi gaây haïi maø khoâng gaây maát söùc soáng vaø naêng suaát.
TrTröïöïcc tietieáápp: : vuvuøøngng lieânlieân quanquan ññeeáánn naêng DaDaùùnn tietieáápp: : vuvuøøngng khoâng CaCaùùcc kiekieååuu totoåånn ththööôngông:: GiaGiaûûmm mamaäätt ññooää quaquaàànn thetheåå GiaGiaûûmm bebeàà mamaëëtt lalaùù GiaGiaûûmm totoáácc ññooää quang ÑÑaaååyy nhanh ThaThaáátt thoa MaMaáátt caâncaân babaèèngng nnööôôùùcc PhaPhaùù huhuûûyy cacaááuu trutruùùcc hahaïït/trat/traùùii ThayThay ññooååii cacaááuu trutruùùc/hc/hììnhnh thathaùùii
hoïc trong cô theå loaøi gaây haïi.
1
Overcompensation
Linearity
Tolerance
Compensation
l
i
d e Y
Caùc bieåu hieän cuûa phaûn öùng khaùng (antibiosis) • Gaây cheát caùc caù theå loaøi gaây haïi chöa tröôûng thaønh. • Giaûm khaû naêng sinh tröôûng. • Taêng tæ leä cheát ôû traïng thaùi hoùa nhoäng • Giaûm khaû naêng sinh saûn • Giaûm kích thöôùc caùnh • Taïo baát thöôøng veà hình thaùi vaø taäp tính.
Möùc ñoä toån thöông
- Lieàu löôïng tieäu thuï trong moät khoaûng thôøi gian nhaát ñònh.
-Tuoåi vaø traïng thaùi loøai gaây haïi.
- Cô cheá haáp thuï vaø ñaøo thaûi.
- Heä thoáng khöû ñoäc cuûa loøai gaây haïi.
- Traùi caây thöôøng laø boä phaän khoâng coù ñoäc toá.
- Haït thöôøng ñöôïc baûo veä bôûi caùc ñoäc toá.
Taát caû caây xanh ñeàu tieàm taøng ñoäc toá ñoái vôùi loaøi aên coû Caùc nhoùm ñoäc toá thöïc vaät: Ñoäc toá cuûa caùc hoùa chaát thöïc vaät tuøy thuoäc vaøo: -Amino acid phi protein (400) -Alkaloid (10.000) -Peptides (50) -Cardenolides (200) -Polyacetylenes (650) -Cyanogenic glycoside (60) -Proteins (100) -Furanocoumarins (400) Khoâng phaûi taát caû caùc phaàn cuûa thöïc vaät ñeàu caàn phaûi coù ñoäc toá. -Quinones (800) -Glucosinolates (150) -Saponins (600) -Iridoids (250) -Sequiterpene lactones (3.000) -Isoflavonoids (1.000)
Leaf Cuticle Leaf Cuticle
HEÄ THOÁNG TÖÏ VEÄ ÔÛ THÖÏC VAÄT
A- Heä thoáng bao boïc beân ngoøai:
Cutin (ôû treân maët ñaát) Suberin (ôû phaàn döôùi maët ñaát) Saùp, Lignin >>>Haïn cheá maát nöôùc >>> Ngaên ngöøa ñòch haïi.
2
Taêng cöôøng vaät lieäu vaùch teá baøo:
HEÄ THOÁNG TÖÏ VEÄ ÔÛ THÖÏC VAÄT
TAÊNG CÖÔØNG ÑOÄ BEÀN VAÙCH TEÁ BAØO
Thöôøng ñöôïc taïo ra do tín hieäu gia taêng ethylene, caùc chaát do naám, virus phoùng thích. Bao goàm chuû yeáu laø caùc glycoprotein giaøu hydroxyproline
hoaëc giaøu glycine >>> taïo ñoä baùm cao cho pectin, cellulose, ligin, suberin
B- Caùc chaát trao ñoåi thöù caáp: Choáng loøai aên coû vaø saâu beänh. Duy trì khaû naêng sinh tröôûng sinh duïc. Thoâng qua 3 nhoùm chaát trao ñoåi thöù caáp chuû yeáu.
Taêng cöôøng enzyme vaùch teá baøo:
-Peroxidase: thuùc ñaåy quaù trình suber hoùa & lignin hoùa, oån ñònh hoaït ñoäng sinh toång hôïp vaùch teá baøo.
1- Nhoùm Terpen: caáu thaønh bôûi caùc isoprene coù 5 carbon. Terpen gaây ñoäc cho caùc loøai aên coû & naám
- Limonine (nhoùm cam quít) - Menthol (baïc haø) - Curcubitacin (baàu bí) - Saponin (maõng caàu) Moät soá terpen giaû caáu truùc cuûa
caùc hormon taêng tröôûng coân truøng.
Moät soá loøai aên coû haïn cheá ñoäc toá gaây ra bôûi terpen
2- Nhoùm caùc chaát chöùa phenol: Trung gian trao ñoåi cuûa caùc phenol laø phenylalanine (acid amin) Coù theå gaén vaøo DNA/RNA gaây roái loaïn thoâng tin di truyeàn cuûa sinh vaät gaây haïi. Aùnh saùng töû ngoïai hoïat hoùa moät soá hôïp chaát phenol & caùc hôïp chaát naøy khoâng theå töï phaân giaûi (Flavonoid baûo veä tröôùc taùc ñoäng cuûa tia UV.) Phenol ñöôïc phoùng thích ra ñaát taùc ñoäng leân caùc thöïc vaät laân caän. Phenol hình thaønh daïng phöùc hôïp cao phaân töû (Lignin) coù ñoä beàn vöõng taïo söùc baûo veä cô hoïc tröôùc sinh vaät gaây haïi. Anthocyanin laø caùc flavonoid coù maøu haáp daãn caùc loøai thuï phaán vaø caùc loøai phaùt taùn haït. Thöïc vaät cho pheùp taïo ra Isoflavonoid ngay khi coù vi sinh vaät taán coâng. Tanin ngaên ngöøa caùc loøai aên coû do gaây baát hoaït caùc enzyme tieâu hoùa.
3
Lignin
3- Caùc hôïp chaát chöùa nitro.
Flavonoids L-phenylalanine >>> trans-cinnamic acid
(saéc toá, phytoalexin)
Alkaloid coù taùc ñoäng sinh lyù ñaëc bieät leân ñoäng vaät. Glycoside cyanogen gaây ñoäc cho ñoäng vaät thoâng qua HCN (khoai mì) Caùc acid amin phi protein ngaên ngöøa loøai aên coû. Moät soá protein gaây öùc cheá tieâu hoùa ôû ñoäng vaät aên coû. Teá baøo thöïc vaät bò thöông tieát ra tín hieäu daïng protein.
Esters
Cyanogenic Glycosides
Glucosinolates
+ glucose
– R N—C S + glucose + HSO4
– N—O—SO3
mustard oil
glucose O CH3 OH CH3 C C enzyme CN CH3 S—glucose myrosinase CN CH3 R—C
Canavanine giaû caáu truùc cuûa Arginine ñeå ñöôïc haáp
thu vaøo teá baøo ñoäng vaät vaø tham gia hoaït ñoäng
dòch maõ trong teá baøo nhöng gaây baát hoaït protein
hoaëc gaây öùc cheá Protease trong cô theå ñoäng vaät
CH3 O + C HCN CH3
4
HÌNH THAØNH MOÄT SOÁ PROTEIN KHOÂNG THUOÄC NHOÙM CAÙC PROTEIN KHAÙNG HÌNH THAØNH MOÄT SOÁ PROTEIN KHOÂNG THUOÄC NHOÙM CAÙC PROTEIN KHAÙNG
Defensin: goàm caùc protein giaøu sulfur coù hoaït tính khaùng vi sinh ngoaïi tröø vi khuaån. -Toàn taïi trong haït vaø moät soá boä phaän sinh döôõng & traùi. Thöïc vaät hình thaønh moät soá peptide hoaëc protein ñaëc bieät choáng laïi loaøi gaây haïi (Snakin-1 töông töï nhö noïc raén tieát ra ôû moät soá gioáng khoai taây nhaèm dieät vi khuaån & naám. -Defensin coù theå bao goàm 2 nhoùm: Moät soá nhoùm tieâu bieåu: -Nhoùm caûn trôû phaùt trieån sôïi naám -Nhoùm gaây bieán daïng hình thaùi -Thionin: peptid kích thöôùc khoaûng 5 kDal toàn taïi ôû moät soá loaïi haït nguõ coác vaø laù moät soá loaøi caây ñaëc bieät laø ôû phaàn bieåu bì laù. Thionin taùc ñoäng leân tính thaám maøng teá baøo cuûa loaøi gaây haïi Lectin: coù theå laø caùc protein döï tröõ, coù nhieàu ôû voû haït.
nhöng khoâng taùc ñoäng leân maøng teá baøo thöïc vaät do teá baøo thöïc vaät saõn coù cô cheá baûo veä an toaøn. - Lectin gaén vaøo maøng ruoät gaây nghoä ñoäc cho ñoäng vaät. Lectin ôû hoï baàu bí coù taùc duïng laøm taéc maïch daãn >>> traùnh laây lan vi sinh vaät sang caùc boä phaän khaùc.
CaCaùùc protein kha
c protein khaùùng ch
ng chíính th
nh thööôôøøng ng ñöñöôôïïc tac taïïo ra khi caây nhieãm be
o ra khi caây nhieãm beäänhnh
ÑÑaaëëc tc tíínhnh NhoNhoùùmm
PRPR--11 PRPR--22 TroTroïïng lng lööôôïïng ng (kDal) phaân töûöû (kDal) phaân t 15 15 –– 1717 31 31 –– 3333
PRPR--33 PRPR--44 4.5 4.5 –– 7.07.0 6 6 –– 77 o Chitin nhanhaïïy cay caûûm hôn m hôn
PRPR--55 5 5 –– 77 thay ññooååi ti tíính tha nh thaååm m
PRPR--66 >7>7 ng naáámm KhaKhaùùng na 1,3 glucanase phaphaùù huhuûûy vay vaùùch te ch teáá 1,3 glucanase babaøøo nao naáám.m. Chitinase kieààmm Chitinase kie GaGaéén van vaøøo Chitin i Chitinase vôvôùùi Chitinase Thaumatin thay Thaumatin thathaááu mau maøøng teng teáá babaøøo nao naáám bem beäänh.nh. ÖÙÖÙc che protease c cheáá protease
CaCaùùc protein kha
c protein khaùùng ch
ng chíính th
nh thööôôøøng ng ñöñöôôïïc tac taïïo ra khi caây nhieãm be
o ra khi caây nhieãm beäänhnh
ÑÑaaëëc tc tíínhnh NhoNhoùùmm
i protein noääi bai baøøoo
C- Thöïc vaät choáng traû ñòch haïi: baèng caùch tieát ra caùc chaát thöù caáp: Tieát ra hormone veát thöông >>> phaùt ñoäng quaù trình hoài phuïc & laøm laønh veát thöông. Tieát ra phytoalexin hay protein ñaëc bieät bao vaây kyù sinh trong moät phaïm vi toái thieåu vaø ngaên chaën söï taán coâng sang caùc vuøng laân caän. Phytoalexin laø taäp hôïp caùc ñoäc toá gaây ñoäc caû cho loaøi gaây haïi vaø baûn thaân thöïc vaät gaây hoaïi töû teá baøo. (Vaãn toàn taïi moät soá ít phytoalexin caàn thieát cho hoaït ñoäng sinh tröôûng bình thöôøng cuûa teá baøo)
PRPR--77 PRPR--88 PRPR--99 PRPR--1010 PRPR--1111 PRPR--1212 PRPR--1313 PRPR--1414 TroTroïïng lng lööôôïïng ng (kDal) phaân töûöû (kDal) phaân t ------ 4 4 –– 99 4040 1717 >7>7 55 55 ------ Phaân giaûûi protein no Phaân gia Chitinase acid Chitinase acid Peroxidase Peroxidase Ribonuclease Ribonuclease Chitinase noääi bai baøøoo Chitinase no KhaKhaùùng na ng naáámm ng naáámm KhaKhaùùng na ng naáám.m. KhaKhaùùng na Phytoalexin daãn xuaát Isoflavonoid Phytoalexin daãn xuaát töø Coumarin Phytoalexin daãn xuaát töø Terpenoid
5
Moâ hình töông taùc giöõa Phythophthora vaø kyù chuû (hoï ñaäu)
C- Thöïc vaät choáng traû ñòch haïi:
Tieát ra chaát gaây ngaùn aên. Tieát ra chaát haáp daãn thieân ñòch. Caây troàng coù theå nhaän dieän ñöôïc nhöõng chaát ñaëc thuø do ñòch haïi tieát ra. Tính ñeà khaùng ôû thöïc vaät coù theå ñöôïc hình thaønh sau laàn tieáp xuùc ñaàu tieân. Moät soá hoïat chaát khaùng vi sinh ñöôïc hình thaønh ngay khi caây chöa bò taán coâng.
Phöông thöùc truyeàn daãn tín hieäu:
Laø caùch thöùc lieân laïc giöõa caùc teá baøo trong quaù trình phaûn öùng sau moät taùc ñoäng töø beân ngoaøi sau khi. Elicitor: laø caùc phaân töû khôûi ñaàu kích thích quaù trình truyeàn daãn tín hieäu
Ngoaïi baøo
Hoaït hoùa caùc gene nhaèm:
Taïo phaûn öùng sieâu maãn caûm
Sinh toång
Phytoalexin
Lignin
Salycilic acid
Enzyme thuûy phaân
Teá baøo chaát
>>> hình thaønh khaû naêng khaùng
heä thoáng
6
Vaùch teá baøo kyù sinh
Vaùch teá baøo thöïc vaät
Kích thích hình thaønh Phytoalexin
Teá baøo chaát
Key Key Discovery Discovery Agrobacterium tumefaciens Agrobacterium tumefaciens n Gram aâm trong aâm trong ññaaáát sôt sôûû hhööõu khoa ng 5400 gene õu khoaûûng 5400 gene
Gaây kho
Agrobacterium
plasmid kíích th ch thööôôùùc treân 200 kb (206.479 c treân 200 kb (206.479 m 196 gene (chieáám 81% to m 58%) goààm 196 gene (chie m 81% toåång ng a 195 protein) plasmid) maõ hoùùa 195 protein) i Ti--plasmid) maõ ho i u (bööôôùùu) treân th u) treân thöïöïc vac vaäät ( ta ng leân treân 140 t ( taùùc c ññooääng leân treân 140
Cytokinin production
nh heää thothoááng chuye ng chuyeåån n Vi khuaåån Gram Vi khua bao goààm Tim Ti--plasmid k bao go nu; GC chieáám 58%) go nu; GC chie chiechieààu dau daøøi Ti Gaây khoáái u (b i) sau khi laây nhieãm. loaloaøøi) sau khi laây nhieãm. Agrobacterium cocoùù thetheåå hhìình tha nh thaøønh he system) transfer system) gene (T--DNADNA transfer gene (T
Auxin production
Opine synthesis
vir genes – caàn thieát cho söï toång hôïp, vaän chuyeån vaø hôïp nhaát cuûa vuøng T-DNA vaøo teá baøo chuû
Vir H
Auxin – iaaM & iaaH
Vir F
- maõ hoùa quaù trình toång hôïp indoleacetic acid (IAA)
Vir E
Cytokinin - tmr (ipt)
Conjugal Transfer
- maõ hoùa quaù trình toång hôïp cytokinin (trans-zeatin)
Vir D
Vir C
Opine Catabolism
Auxin & Cytokinin – kích thích teá baøo phaùt trieån lieân tuïc >>> hình thaønh khoái u ôû veát thöông
Ti Plasmid
Vir G
Opine - opines: taäp hôïp caùc saûn phaåm amino & keto acids
Opine Catabolism
Vir B
(e.g. Nopaline, Octopine, Agropine) ñöôïc duøng nhö nguoàn
Vir A
carbon (vaø nguoàn nitrogen trong moät soá tröôøng hôïp) ñeå Agrobacterum söû duïng
Origin of replication
7
Agrobacterium
Plant cell
Transfer of T-DNA from Agrobacterium to plant cell
T
-
D
N
A
Nucleus
Agrobacterium tumefaciens
Ti plasmid
Chromatin
O
O
CH3
CH2OH
C
C
Plant cell
Transfer of T-DNA from Agrobacterium to plant cell
wound
T
Nucleus
-
D
N
A
OCH3
CH3O
CH3O
OCH3
Chromatin
Ti plasmid
OH
OH
Acetosyringone
Hydroxyacetosyringone
Agrobacterium
Acetosyringone gaây caûm öùng caùc vir genes treân Ti plasmid
Transfer of T-DNA from Agrobacterium to plant cell Transfer of T-DNA from Agrobacterium to plant cell
wound
wound
Agrobacterium
Agrobacterium
Plant cell
Plant cell
T
T
-
-
D
D
N
N
A
A
Nucleus
Nucleus
T-DNA
pore
Single-stranded copy of T-DNA (protected by ssDNA binding protein)
Single-stranded copy of T-DNA (protected by ssDNA binding protein)
Chromatin Chromatin
8
Phöông thöùc truyeàn daãn tín hieäu:
Caùc hôïp chaát mang tín hieäu:
Nitro Oxid (NO): NO gaây hoaït hoùa truyeàn maõ nhieàu gene vaø coù theå hình thaønh phaûn öùng sieâu maãn caûm. Trong phaûn öùng sieâu maãn caûm NO synthetase hình thaønh NO cuøng vôùi caùc superoxide phaù huûy teá baøo gaây phaûn öùng töï saùt.
Salycilic acid: Phoå bieán treân raát nhieàu loaøi khaùc nhau nhöng phoå bieán hôn ôû nhoùm hai laù maàm hôn nhoùm moät laù maàm. Daïng methyl ester cuûa SA coù khaû naêng bay hôi cho pheùp söï baùo hieäu giöõa caây nhieãm beänh vaø caây laân caän chöa nhieãm beänh.
Caùc hôïp chaát mang tín hieäu:
Systemin: peptide goàm 18 amino acid (Ala-Val-Gln-Ser-Lys-Pro-Pro-Ser-Lys-Arg- Asp-Pro-Pro-Lys-Met-Gln-Thr-Asp) hình thaønh töø vieäc phaân caét phaàn ñaàu carbon (COOH) cuûa prosystemin (protein coù 200 amino acid). Systemin ñöôïc saûn xuaát trong suoát chu kyø soáng ôû möùc ñoä raát nhoû nhöng seõ ñöôïc saûn sinh maïnh nhaát taïi vuøng bò veát thöông. Khi coù tín hieäu cuûa systemin, nhieàu protein ñeà khaùng seõ ñöôïc toång hôïp. Thöôøng Systemin seõ phaùt ñoäng saûn sinh Jasmonic acid. Thông qua tín hiệu của systemin, ở vùng tế bào bị tổn thương có sự hoạt hóa enzyme lipase chuyển hóa hình thành acid béo linolenic. Acid linolenic có thể chuyển hóa tiếp tục hình thành jasmonic acid hoặc methyl jasmonate. Systemin cũng hoạt hóa các gene điều khiển sự hình thành các chất ức chế Protease nhằm gây ức chế hệ tiêu hóa của côn trùng.
9
Caùc hôïp chaát mang tín hieäu:
Jasmonic acid (JA): taïo ra thoâng qua söï phaùt ñoäng tín hieäu töø Systemin. JA coù khaû naêng chi phoái moät soá protein nhö Thionin, defensin, caùc taùc nhaân öùc cheá protease; dieàu phoái gene toång hôïp phytoalexin, osmotin. JA keát hôïp vôùi SA & Ethylene trong vieäc hình thaønh caùc PR protein. Methyl Jasmonate coù khaû naêng taïo ra khaû naêng truyeàn baùo thoâng tin giöõa caùc caây vôùi nhau.
Caùc hôïp chaát mang tín hieäu:
Gentisic acid: laø daãn xuaát cuûa salicylic acid. Gentitic acid coù khaû naêng khaùng khuaån invitro. Quaù trình toång hôïp Gentisic acid coù theå ñöôïc phaùt ñoäng khi nhieãm virus. Gentisic acid coù khaû naêng phaùt ñoäng taïo ra PR protein.
Protein kinase: hoaït hoùa tröïc tieáp leân caùc protein khaùng hoaëc daùn tieáp hoaët hoùa quaù trình truyeàn maõ caùc gene maõ hoùa caùc protein khaùng
Doøng ion: phoå bieán nhaát laø doøng Ca2+. Ca2+ coù theå hoaït hoùa protein hoaëc hoaït hoùa taùc nhaân truyeàn maõ cuûa caùc gene saûn sinh protein khaùng. Ca2+ lieân quan ñeán vieäc trueàn daãn tín hieäu cuûa nhieàu quaù trình sinh tröôûng phaùt trieån cuûa thöïc vaät.
Ethylene: ñöôïc saûn sinh ôû vuøng coù veát thöông. Ethylene coù theå keát hôïp vôùi SA & JA hình thaønh söï saûn xuaát caùc protein khaùng.
10
Loaøi bò quyeán ruõ bôûi höông thôm
Hình thaønh höông thôm ñaëc tröøng
5
Truyeà n tín hieäu
3
1
Taêng tính khaùng cuïc boä
Daáu hieäu cuûa kyù sinh ñöôïc nhaän dieän bôûi caùc Receptors
6
2
4
Hình thaønh hôïp chaát choáng ñôõ
Avirulent pathogen
Truyeà n tín hieäu
Hormones
11
HEÁT BAØI TÍNH CHOÁNG CHÒU ÑIEÀU KIEÄN BAÁT LÔÏI SINH HOÏC
