Miễn dịch học thực vật 2 - chương 4

Chia sẻ: Nguyễn Thị Thắm | Ngày: | Loại File: DOC | Số trang:14

Thêm vào BST

Báo xấu

229
lượt xem 26
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Trong quần thể cây ký chủ mẫn cảm đối với một loài/chủng tác nhân gây bệnh, một hiện tượng thường thấy là có một số cá thể cây...

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Miễn dịch học thực vật 2 - chương 4

Miễn dịch thực vật THUYẾT GEN ĐỐI GEN 1. GIỚI THIỆU Trong quần thể cây ký chủ mẫn cảm đối với một loài/chủng tác nhân gây bệnh, một hiện tượng thường thấy là có một số cá thể cây vẫn có khả năng kháng lại sự tấn công. Từ các cá thể kháng này, người ta có th ể ch ọn t ạo ra các gi ống kháng bệnh chống lại một chủng nào đó. Gi ống cây tạo đ ược gọi là giống kháng (resistant) còn chủng tác nhân gây bệnh gọi là chủng không độc (avirulent). Tuy nhiên, sau một thời gian trồng ngoài đồng ruộng, tính kháng này lại b ị m ất. Ng ười ta đã nhận thấy rằng trong quần thể chủng tác nhân gây bệnh đã hình thành các đ ột biến có thể khắc phục được tính kháng của giống cây kháng bệnh. Trong trường hợp này, chủng tác nhân gây bệnh trở thành chủng độc (virulent) đối với giống kháng đó. Như vậy giữa tác nhân gây bệnh và cây ký ch ủ d ường nh ư t ồn t ại m ột mối quan hệ đồng tiến hóa dẫn tới sự tồn tại lâu dài của c ả tác nhân gây bệnh và ký chủ. Mối quan hệ đồng tiến hóa này có thể được giả thích bằng thuyết gen-đối- gen. Thuyết gen-đối-gen (gene-for-gene) là nền tảng của nghiên tính kháng đặc hiệu ký chủ. Thuyết gen-đối-gen gắn liền với tên tuổi c ủa Harol Henry Flor (1900- 1991), một nhà bệnh cây học người Mỹ. Mặc dù không phải là người đầu tiên sử dụng thuật ngữ gen-đối-gen, nhưng ông là người đầu tiên chứng minh rằng bi ểu hiện bệnh là hậu quả mối tương tác của cả tác nhân gây bệnh và ký chủ và di truyền được. Flor đã xây dựng thuyết gen-đối-gen dựa trên nhiều thí nghi ệm di truyền v ề tính gây bệnh và tính độc của các tổ hợp lai giữa các chủng sinh lý c ủa n ấm Melampsora lini gây bênh gỉ sắt cây lanh (Linum usitatissimum) trên các giống lanh có tính kháng và mẫn cảm khác nhau với n ấm. Các thí nghi ệm này ch ủ y ếu đ ược thực hiện từ những năm 1940 đến 1960. 2. THÍ NGHIỆM VỀ BỆNH GỈ SẮT CÂY LANH CỦA FLOR 2.1. Vòng đời nấm gỉ sắt Melampsora lini Nấm M. lini thuộc họ Melampsoraceae, bộ Uredinales, lớp nấm đảm Basidiomycetes với bộ nhiễm sắc thể n = 18. M. lini là nấm gỉ sắt đồng chủ có nghĩa hoàn thành vòng đời trên một cây ký chủ. Nấm cũng là loài n ấm gỉ sắt chu kỳ lớn có nghĩa tạo đủ 5 loại bào tử trong cả vòng đời, theo trình tự là bào tử giống – bào tử xuân – bào tử hạ - bào tử đông - bào tử đảm. Vòng đời của nấm khá phức tạp gồm 2 pha đơn bội và song hạch (2 nhân). Nấm qua đông dưới dạng bào tử đông lưỡng bội (2n) trên tàn dư cây ký chủ. Vào mùa xuân, nhân lưỡng bội của bào tử đông giảm nhiễm thành nhân đơn b ội (1n) và bào tử đông nảy mầm thành đảm, từ đảm sẽ hình thành 4 bào tử đơn bội gọi là bào tử đảm (1n). Bốn bào tử đảm này khác nhau về kiểu ghép cặp (mating type) trong đó 2 bào tử thuộc kiểu ghép cặp (+) và 2 bào tử còn lại thuộc kiểu ghép cặp (-). Bào tử đảm tách khỏi đảm, phát tán và tiếp xúc trên b ề m ặt lá cây lanh. Trong đi ều kiện đủ ẩm, bào tử đảm nảy mầm và xâm nhập qua biểu bì trên c ủa lá và hình 1
thành sợi nấm đơn bội trong mô lá. Trong mô lá, sợi nấm phát tri ển trong gian bào và hình thành vòi hút bên trong tế bào để hấp thụ dinh dưỡng. Ở pha đơn b ội này, nấm là loài dị tản (heterothallic) có nghĩa mỗi cá thể (sợi nấm) hoặc thuộc kiểu ghép cặp (-) hoặc thuộc kiểu ghép cặp (+). Tiếp theo, sợi n ấm đơn b ội hình thành 2 cơ quan sinh sản khác nhau. (1) ở phía bi ểu bì trên, n ấm t ạo ra ổ bào tử giống dạng bình tam giác có lỗ mở, bên trong chứa các bào tử giống (1n) đóng vai trò như giao tử đực. Nhô ra khỏi lỗ mở của ổ bào tử giống là các sợi n ấm h ữu th ụ, phân nhánh, không có vách ngăn gọi là sợi tiếp nhân. (2) Ở phía biểu bì dưới, vẫn cùng một cá thể nấm, sợi nấm hình thành tiền ổ bào tử xuân (gồm các sợi nấm tụ tập lại) chứa các tế bào gốc (basal cells) đóng vai trò như giao tử cái. Quá trình sinh sản hữu tính bắt đầu khi bào tử gi ống khác ki ểu ghép c ặp (ví dụ là +) tiếp xúc và dung hợp (fusion) với sợi ti ếp nh ận (ví d ụ là -). Sau khi dung hợp, nhân của bào tử giống (+) sẽ di chuyển dọc sợi tiếp nhận (-), vượt qua các vách ngăn tế bào của sợi nấm (-) tiến tới tiền ổ bào tử xuân (-), cuối cùng tới tế bào gốc (-) để tạo thành tế bào gốc chứa 2 nhân (- và +). Ti ển ổ bào t ử xuân sẽ phát triển thành ổ bào tử xuân có lỗ mở, bên trong hình thành các bào tử xuân 2 nhân (n+n) mọc thành chuỗi. Bào tử xuân giải phóng khỏi ổ bào tử xuân, phát tán nhờ gió, tiếp xúc, xâm nhập vào mô lá, thân và hình thành sợi nấm 2 nhân trong mô. Sợi nấm 2 nhân sẽ hình thành các ổ bào tử hạ chứa nhi ều bào tử hạ 2 nhân. Bào tử hạ tiếp tục phát tán và tạo ra nhiều chu kỳ xâm nhiễm m ới. Vào mùa thu, trên tàn dư lá bệnh, sợi nấm 2 nhân sẽ hình thành ổ bào tử đông chứa các bào tử đông hình trụ. Lúc đầu, mỗi tế bào của bào tử đông gồm 2 nhân riêng bi ệt nh ưng trong thời gian ngủ nghỉ, 2 nhân sẽ tiến hành hợp nhân (karyogamy) để tạo thành 1 nhân lưỡng bội (2n). Như vậy bào tử đông thành thục là bào tử đ ơn nhân l ưỡng b ội và ngủ nghỉ qua đông để tới mùa xuân bắt đầu chu kỳ bệnh mới. Như vậy, nấm gỉ sắt lanh có pha 2 nhân chiếm ưu thế trong chu kỳ phát triển. Vì sợi nấm hay bào tử 2 nhân chứa kiểu gen của cả bố và mẹ nên di truyền tính gây bệnh và tính độc của nấm có thể được phân tích theo các qui lu ật di truy ền Menden. 2.2. Kỹ thuật phân tích lai nấm M. lini Nấm M. lini gồm nhiều chủng có tính độc khác nhau. Để phân tích di truyền tính độc của nấm, Flor và cộng sự đã tiến hành lai chéo gi ữa các ch ủng. K ỹ thu ật lai như sau: Bào tử đông được cảm ứng để tạo đảm và bào tử đ ảm. Các bào t ử đảm được nhiễm riêng rẽ trên ký chủ mẫn cảm. Mỗi bào tử đảm sẽ hình thành các ổ bào tử giống. Trong lai chéo, bào tử giống (có kiểu ghép cặp +) từ chủng A sẽ đ ược cho giao phối với sợi nấm tiếp nhận (có kiểu ghép c ặp -) c ủa ch ủng B. Vi ệc lai chéo này khá dễ dàng vì nấm không thể tự thụ nếu cùng kiểu ghép c ặp. Con cháu c ủa chúng là các bào tử xuân (hoặc bào tử hạ) thế hệ F1. Để nhận được thế hệ F2 tự thụ nhằm phân tích phân ly tính trạng, các bào tử xuân (hoặc bào tử hạ) F1 đ ược nhiễm riêng rẽ trên cây mẫn cảm và bào tử đông sẽ được thu thập vào mùa thu. Vào mùa xuân, các bào tử đông của mỗi dòng n ấm F1 lại đ ược c ảm ứng đ ể t ạo bào tử đảm và lây nhiễm trên ký chủ mẫn cảm. Trên mỗi dòng F1, bào tử giống (+) được cho giao phối với sợi nấm tiếp nhận (-) để nhận được bào tử xuân (ho ặc bào tử hạ) thế hệ F2 tự thụ. Như vậy phân ly di truyền của M. lini thông qua lai chéo là tương tự như đối với cây. Để phân tích sự phân ly tính gây bệnh/độc của nấm, các bào tử xuân (ho ặc 2
bào tử hạ) của các thế hệ F1 hoặc F2 được nhi ễm trên các gi ống lanh đ ồng h ợp t ử mang các gen kháng khác nhau. Biểu hiện triệu chứng trên các gi ống này s ẽ xác định kiểu gen của nấm. 2.3. Đặc điểm cây ký chủ. Cây lanh (Linum usitatissimum) là cây tự thụ, được trồng chủ yếu để lấy hạt và dầu, trồng nhiều ở Mỹ, Canada và Trung Quốc. Vào những năm 30, các nhà bệnh cây Mỹ đã xác định được cây lanh có thể kháng được bệnh gỉ sắt và tính kháng được điều khiển bởi di truyền với kiểu hình kháng là trội so v ới ki ểu hình nhiễm. Cho tới nay, 31 gen kháng bệnh gỉ sắt đã được phát hiện trên lanh. Các gen này nằm trên 5 loci được ký hiệu là K (2 gen), L (13 gen), M (3 gen), N (6 gen) và P (13 gen). Trong những năm 40 và 50, Flor đã sử d ụng nhi ều gi ống lanh kháng b ệnh để nghiên cứu di truyền về tính kháng bệnh của cây lanh. Các gi ống lanh này là các giống thuần, đồng hợp tử về tính trạng kháng nhiễm và được gọi là các gi ống ch ỉ thị 2.4. Các thí nghiệm của Flor  Năm 1942, Flor lai chủng nấm số 6 với số 22. Khi thử tính gây b ệnh c ủa 67 con cháu F2 trên 12 giống chỉ thị ông đã: • Xác định được 57 kiểu hình không độc/độc khác nhau (ông gọi là các chủng). Kết quả này gợi ý rằng trên mỗi gi ống chỉ th ị thì ki ểu hình đ ộc và không độc là khác nhau giữa chủng 6 và chủng 22. • Kiểu hình không độc là trội so với kiểu hình độc vì trên m ỗi gi ống ch ỉ th ị, tỷ lệ phân ly không độc/độc = 3/1.  Năm 1946, Flor lai chủng nấm số 22 với chủng số 24. Khi thử tính gây bệnh của 133 con cháu F2 trên 14 giống chỉ thị ông thu được kết quả sau: • Xác định được 68 kiểu hình không độc/độc khác nhau (chủng). • Xuất hiện sự phân lý tính trạng không độc/độc trên 14 gi ống. Tỷ lệ phân ly khác nhau tùy thuộc số gen kháng cây chỉ thị: 3/1 trên 9 giống mang 1 gen kháng; 15/1 trên 2 giống mang 2 gen kháng, và 63/1 trên 1 gi ống mang 3 gen kháng.  Năm 1955, Flor sử dụng lại 67 con lai F2 của ch ủng số 6 và ch ủng s ố 22 đ ể th ử tính gây bệnh trên 32 giống chỉ thị, phần lớn chúng chỉ có m ột gen kháng (theo xác định của Flor). Ông thu được kết quả tương tự: • Xuất hiện sự phân ly tính trạng không độc/độc trên 24 giống chỉ thị. Tỷ lệ phân ly trên 23 giống đều là 3/1. • Đa số các cặp không độc/độc là khác nhau vì chúng phân ly độc lập với nhau. Các kết quả trên đưa Flor tới kết luận là (1) khả năng gây bệnh c ủa n ấm M. lini trên cây lanh do sự tương tác của các gen kháng/nhi ễm c ủa cây ký ch ủ và gen không độc/độc của nấm gây bệnh; (2) Mối tương tác này là đặc hi ệu nghĩa là m ột gen qui đinh tính không độc/độc của nấm tương tác với chỉ m ột gen qui đ ịnh tính kháng/nhiễm của cây ký chủ; và (3) các gen qui định tính kháng của cây và tính không độc của nấm các gen trội. 3
3. KHÁI NIỆM GEN-ĐỐI-GEN 3.1. Khái niệm Thực tế, Flor chưa bao giờ đưa ra một định nghĩa rõ ràng về lý thuyết c ủa mình. Năm 1971, tổng kết nghiên cứu của mình và của các tác giả khác, Flor đã vi ết: đối với mỗi gen qui định tính kháng trong cây ký chủ có một gen tương ứng qui định tính gây bệnh trong ký sinh “For each gene that conditions resistance in the host there is a corresponding gene that conditions pathogenicity in the parasite ”. Khẳng định này của Flor được sử dụng rộng rãi và đ ược xem là đ ịnh nghĩa chính thức của Flor về thuyết gen-for-gen. Vì mối quan hệ gen-đối-gen thường là quan hệ trội – trội trong khi đó “gen qui định tính gây bệnh” thường được hiểu là gen lăn nên định nghĩa trên c ủa Flor d ễ gây nhầm lẫn. Do vây, khái niệm gen-đối-gen của Flor đã được bi ến đổi m ột chút cho phù hợp với lý thuyết của ông như sau: “đối với mỗi gen qui định tính kháng trong cây ký chủ có một gen tương ứng qui định tính không đ ộc trong ký sinh và 2 gen này tương tác đặc hiệu với nhau” “for each gen determining resistance in the host there is a corresponding gen for avirulence in parasite with which it specifically interacts” Quan hệ gen-đối-gen cho tới nay đã được chứng minh là t ồn t ại trong r ất nhi ều loại bệnh do hầu hết các nhóm tác nhân gây bệnh (nấm, vi khuẩn, virus, tuyến trùng, mollicus...) gây ra. Các gen cây ký chủ qui định tính kháng (chú ý không nhất thi ết ph ải tuân theo quan hệ gen-for-gen) được gọi chung là gen R (Resistance). Các gen ký sinh qui đ ịnh tính không độc của ký sinh được gọi chung là gen Avr (Avirulence). Các ký hi ệu R hoặc Avr sẽ được viết thường là r hoặc avr nếu trạng thái của gen là lăn. Các chữ số viết kèm theo (nếu có) cho biết sự tương ứng của các c ặp gen. Ngoài qui đ ịnh chung này, trên mỗi hệ ký sinh – ký chủ, người ta thường sử dụng các ký hi ệu riêng. Ví dụ: • Nấm M. lini: AL2 (hoặc AvrL2), L5 (hoặc AvrL5) Cây lanh: L2, L5 • Nấm P. oryzae : AvrPi-ta Cây lúa: Pi-ta • Vi khuẩn X. oryzae: AvrXa5, AvrXa21 Cây lúa: Xa5, Xa21 • Cây cà chua: Cf2, Cf9 Nấm C. fulvum: Avr2, Avr9 • Vi khuẩn P. syringae: Pto Cà chua: AvrPto 3.2. Đặc điểm quan hệ gen-đối-gen  Phần lớn quan hệ gen-đối-gen là quan hệ trội-trội có nghĩa đối với cây ký chủ, gen qui định tính kháng là gen trội (R) còn gen qui định tính mẫn cảm (thiếu tính kháng) là gen lặn (r); đối với ký sinh, gen qui định tính không độc (không có khả năng gây bệnh) là gen trội (Avr), còn gen qui định tính độc là gen lặn (avr) . 4
Nói cách khác cả gen kháng của ký chủ và gen không độc c ủa ký sinh đ ều phải được biểu hiện để tạo ra tính kháng.  Mỗi gen ký chủ thường nhận biết và tương tác với chỉ gen tương ứng của ký sinh (và ngược lại). Điều này dẫn tới nếu ký chủ có nhiều gen kháng/nhi ễm và ký sinh có nhiều gen không độc/độc thì tính kháng chỉ có thể hình thành khi ít nhất có tương tác của một cặp gen tương ứng.  Ví dụ: • Cây (R1, r2, r3) + ký sinh (Avr1, Avr2, Avr3) => kháng • Cây (R1, r2, r3) + ký sinh (avr1, Avr2, Avr3) => nhiễm  Số lượng chủng (race) tối đa trong quần thể tác nhân gây bệnh =2 n trong đó n là số gen kháng R trong quần thể ký chủ.  Việc xác định kiểu hình kháng hay nhiễm hoàn toàn dễ dàng khi sử d ụng b ảng punnett. Khi xây dựng bảng punnett cần chú ý là kiểu gen của cây ký chủ là lưỡng bội còn kiểu gen của ký sinh sẽ ho ặc đơn bội ho ặc lưỡng b ội tùy thu ộc loại tác nhân gây bệnh. Ví dụ ký sinh có kiểu gen đơn bội là vi khuẩn, nhi ều loại nấm túi (như nấm đạo ôn lúa Pyricularia oryzae); ký sinh có kiểu gen lưỡng bội là tuyến trùng, các loài nấm đảm (như nấm gỉ sắt, than đen...).  Tính kháng của cây trồng tuân theo quan hệ gen-đối-gen được gọi là tính kháng gen-đối-gen. Tính kháng gen-đối-gen thường là tính kháng đặc hi ệu ký chủ, tính kháng đơn gen, tính kháng gen chủ, tính kháng không bền vững.  Hậu quả của một phản ứng kháng gen-đối-gen thường là phản ứng siêu nhạy/apoptosis. 4. ĐẶC ĐIỂM CỦA GEN KHÔNG ĐỘC (GEN AVR) Sự tồn tại của các Avr gen và sản phẩm của chúng là các Avr protein đã đ ược chứng minh bằng thực nghiệm dựa trên các thí nghi ệm c ủa Flor t ừ nh ững năm 1940. Cho tới nay, nhiều Avr gen đã được xác định từ nhiều nhóm tác nhân gây bệnh bao gồm nấm, vi khuẩn và virus. Một số thuật ngữ liên quan hiện đang được sử dụng: Effector (chất hiệu ứng): 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. M ột effector đ ược g ọi là elicitor khi nó bị cây nhận biết và khởi động phản ứng phòng thủ. Elicitor (chất kích hoạt): là phân tử có nguồn gốc từ tác nhân gây bệnh khởi động phản ứng phòng thủ dẫn tới tăng cường tính kháng và được cây nhận bi ết. Khi sự nhận biết được thực hiện nhờ protein R thì elicitor được xem là Avr protein. Định nghĩa Gen Avr là các gen làm cho tác nhân gây bệnh tr ở thành không đ ộc khi có m ặt gen kháng R của cây ký chủ. Khả năng này của gen Avr có được là do sản phẩm protein của nó cảnh báo tế bào cây ký chủ về sư tấn công của tác nhân gây bệnh và do đó khởi động phản ứng phòng thủ dẫn tới phản ứng siêu nh ạy/apoptosis. Nh ư vậy có thể xem protein Avr là elicitor được cây nhận biết thông qua gen kháng R 5
Không giống như gen kháng R, nhìn chung, protein Avr chia sẻ ít đặc điểm chung với nhau. Dưới đây là một số đại diện Avr gen/protein Họ gen AvrBs3 của vi khuẩn Xanthomonas. Cho tới nay, khoảng 40 Avr gen của họ này đã được xác định từ nhiều loài Xanthomonas kể cả 1 gen Brg11 của vi khuẩn Ralstonia solanacearum. Các ví dụ của các Avr gen thuộc họ này bao gồm: X. campestris pv. vesicatoria AvrBs3, AvrBs4 X. oryzae pv. oryzae AvrXa5, AvrXa3, AvrXa7, AvrXa10, AvrXa27 X. oryzae pv. oryzicola Avr/pth3, Avr/pth13, Avr/pth14 X. campestris pv. malvacearum AvrP6, PthN X. axonopodis pv. citri Apl1, Apl2, Apl3, PthA, PthA1, PthA2, PthA3, PthA4, PthB X. campestris pv. manihotis PthB Ralstonia solanacearum Brg11 Các gen thuộc họ này mã hóa cho các protein chứa khoảng 13 - 23 các chuỗi lặp gồm 34 aa ở vùng trung tâm. Đầu C của các protein này chứa dấu hi ệu nhập nhân (Nuclear Localization Signal – NLS) và một vùng hoạt hóa phiên mã (Activated Domain – AD). Cấu trúc này chứng tỏ (đã được ch ứng minh b ằng th ực nghi ệm) các protein này hoạt động trong nhân và tương tác với quá trình phiên mã của tế bào ký chủ. Gen AvrPto của vi khuẩn Pseudomonas syringae pv. tomato (gây bệnh đốm đen vi khuẩn cà chua). Gen này mã hóa protein AvrPto có trọng lượng phân tử th ấp khoảng 18 kD và được hệ thống tiết loại 3 của vi khuẩn đưa và trong tế bào chất. Các gen Avr của nấm. Có khá nhiều gen Avr của nấm đã được phân lập. Một số protein Avr là các protein giàu cystein như AvrCf2 c ủa n ấm Cladosporium fulvum; AvrP4; AvrP123 của nấm M. lini. Một số protein Avr được nấm tiết ra ở gian bào (apoplasm) và tương tác với protein R của ký chủ ở bề mặt tế bào; vi d ụ nh ư các protein AvrCf2, vrCf4, AvrCf9 của nấm C. fulvum. Một số lại được nấm tiết trực tiếp vào tế bào chất qua vòi hút chẳng hạn như các protein kháng c ủa n ấm s ương mai, phấn trắng, gỉ sắt. Các gen Avr của virus. Đối với virus thực vật, các gen Avr thường liên quan đến 1 protein chức năng của virus. Ví dụ điển hình là protein tái sinh (Replication protein) của Tobacco mosaic virus –TMV là gen không độc tương ứng với gen kháng N trong cây thuốc lá. Ngoài ra, các protein vỏ (Coat Protein – CP) của virus cũng là gen Avr phổ biến của virus. Một câu hỏi cần đặt ra là tại sao các Avr gen/protein c ủa tác nhân gây b ệnh làm giảm khả năng tấn công (mất ưu thế thích nghi) c ủa tác nhân gây b ệnh l ại v ẫn t ồn tại trong quần thể tác nhân gây bệnh. Câu trả lời là mặc dù các gen này có thể tương tác (trực tiếp hoặc gián tiếp) với gen kháng thì trong trường hợp không có gen kháng, các gen Avr này vẫn có một số chức năng có lợi cho tác nhân gây bệnh. Ví dụ trên cây cà chua thiếu gen kháng Pto thì gen AvrPto sẽ tạo điều ki ện cho sự gây bệnh của vi khuẩn bằng cách ức chế sự phòng thủ vách tế bào cây (thí nghi ệm trên cây Arabidopsis). Các nghiên cứu đối với nấm Phytophthora infestans, Puccinia graminis cho thấy, ngay sau khi áp lực chọn lọc bởi gen kháng R c ủa ký ch ủ b ị m ất thì các gen Avr tái xuất hiện. 5. GEN KHÁNG R VÀ PROTEIN R 6
Như đã biết, nhiều loại tác nhân gây bệnh có thể tiếp xúc với cây nh ưng nhìn chung cây có thể kháng lại tốt với phần lớn tác nhân gây bệnh. Thậm chí tác nhân có thể tấn công và gây bệnh thì cây vẫn có thể biểu hiện tính kháng v ới các m ức độ khác nhau. Cho tới nay, rất nhiều gen kháng R của cây đã được xác định. Các gen kháng này có thể qui định tính kháng thông qua quan hệ gen-đối-gen ho ặc không. Sản phẩm của các gen này gọi là các protein kháng R Phân loại protein kháng R. Hiện nay, các protein kháng R được chia thành 5 lớp dựa trên đặc điểm cấu trúc và vị trí hoạt động của chúng trong tế bào ký chủ. Các protein trong cùng lớp nhìn chung khá bảo thủ. 5.1. Pto Lớp protein thứ nhất chỉ gồm 1 thành viên là Pto phân lập t ừ cà chua. Pto có 1 vùng có hoạt tính xúc tác kinase. Pto là gen kháng hoạt động trong tế bào chất. Pto là protein kháng chống vi khuẩn P. syringae pv. tomato mang gen AvrPto. Pto có hoạt tính kinase điều khiển dẫn truyền tín hiệu trong tế bào chất dẫn tới phản ứng siêu nhạy. 5.2. CNL (CC-NB-LRR) Lớp protein kháng thứ hai gồm một số lượng lớn protein có cấu trúc gồm (1) một vùng khóa kéo leucine (leucine-zipper – LZ) ho ặc m ột chuỗi xoắn kép (coiled-coil – CC) ở đầu amin; (2) một vùng có khả năng liên kết nucleotide (nucleotide binding – NB) ở vùng trung tâm; và (3) một vùng lặp giàu leucine (leucine-rich repeats - LRR) phía đầu carboxyl. Các protein của lớp này hoạt động trong tế bào chất. Các ví dụ về protein lớp CNL trình bày ở Bảng 2. 5.3. TNL (TIR-NB-LRR) Lớp protein kháng thứ ba là lớp có số lượng lớn nhất và chỉ có ở cây 2 lá mầm. Về cấu trúc, lớp protein TNL tương tự lớp CNL nhưng thay vì chu ỗi CC là m ột chuỗi TIR. Chuỗi TIR là một vùng protein tương đồng v ới receptor Toll (của ruồi dấm) và receptor Interleukin-1 (của người) (TIR = Toll/Interleukin-1 Receptor). Tương tự protein kháng lớp CNL, các protein của lớp TNL cũng ho ạt đ ộng trong tế bào chất. Các ví dụ về protein lớp TNL trình bày ở Bảng 2. Cả 2 lớp CNL và TNL còn được xếp vào chung m ột h ọ protein kháng g ọi là h ọ NB-LRR. Số lượng gen kháng của họ này đươc xem là chiếm số lượng lớn nhất trong các họ protein (Ví dụ trên lúa có hơn 400 gen; Arabidopsis có 150 gen). Đối với cả 2 lớp, đầu amin (chứa vùng CC hoặc TIR) ch ịu trách nhi ệm t ương tác với phân tử được bảo vệ - guardee (xem phần 1.5) hoặc với các phân tử phía hạ lưu của đường hướng dẫn truyền tính kháng. Phần trung tâm là vùng NBS có kh ả năng liên kết và thủy phân ATP và do đó chịu trách nhi ệm kh ởi đ ộng đ ường h ướng dẫn truyền tín hiệu. Ở đầu carboxyl, chuỗi LRR chịu trách nhiệm qui đ ịnh tính đ ặc hiệu đối với elicitor mặc dù phần lớn là gián tiếp. 5.4. Cf Lớp protein kháng thứ tư là một số các protein Cf phân lập từ cà chua như Cf2, Cf4, Cf5, Cf9 qui định tính kháng với nấm Cladosporium fulvum mang các gen Avr tương ứng là AvrCf2, AvrCf4, AvrCf5, AvrCf9. Các protein này thi ếu vùng NB; không có 7
hoạt tính kinase. Các prtein nhóm này là các protein xuyên màng v ới vùng LRR n ằm bên ngoài (trên bề mặt tế bào). 5.5. Xa21 Lớp protein kháng thứ 5 chỉ có protein Xa21 phân lập từ lúa. Protein Xa21 là m ột protein xuyên màng, có một vùng LRR nằm bên ngoài (trên bề m ặt tế bào) và m ột vùng kinase nằm bên trong tế bào chất. Một số protein R không thuộc 5 lớp trên gồm:  Hml là một enzyme khử độc và kháng nấm Cochlibolus trên ngô.  Mlo là một protein màng tế bào lúa miến (barley) mà các đột bi ến lặn của nó qui định tính kháng nấm phấn trắng và có lẽ đi ều khiển âm các ph ản ứng phòng thủ.  RPW8 là protein phân lập từ cây Arabidopsis qui định tính kháng nấm phấn trắng theo kiểu không đặc hiệu chủng. PRW8 cũng là một protein xuyên màng. 6. TƯƠNG TÁC GIỮA PROTEIN R VÀ AVR 6.1. Tương tác trực tiếp – mô hình Elicitor – Receptor Quan hệ gen-đối-gen lúc đầu đã được giả thiết là dựa trên tương tác tr ực ti ếp gi ữa protein R và Avr protein. Sự tương tác này được gọi là mô hình Elicitor – Receptor, trong đó elicitor là các protein Avr đóng vai trò là ch ất kích ho ạt còn receptor các protein kháng đóng vai trò là chất tiếp nhận. Phản ứng kháng hình thành ch ỉ khi có sự tương tác trực tiếp giữa elicitor và receptor. Hi ện nay, sự tương tác tr ực ti ếp giữa 2 thành phần này mới chỉ được chứng minh là đúng trên một số ít trường hợp, tất cả đều liên quan đến các protein kháng lớp TIR/CC-NBS-LRR. D ưới đây là các trường hợp có tương tác trực tiếp. 1. Tương tác giữa protein AvrPi-ta (của nấm Pyricularia oryzae) và protein Pi-ta (lúa). 2. Tương tác giữa AvrL567 (của nấm M. lini) và các protein L5, L6, L7 (họ các protein kháng thuộc locus L của cây lanh) 3. Tương tác giữa AvrPopP2 (của vi khuẩn R. solanacearum) và protein RRS1 (của Arabidopsis). Mô hình tương tác trực tiếp không thể giải thích được t ại sao ch ỉ v ới m ột s ố gen kháng, cây trồng có thể nhận biết được một số lượng lớn các effector c ủa tác nhân gây bệnh 6.2. Tương tác gián tiếp – mô hình bảo vệ (Guard model) Sự tương tác giữa gen kháng R và Avr để dẫn tới phản ứng kháng gần đây đã được chứng minh chủ yếu thực hiện theo cách gián ti ếp gọi là “mô hình b ảo v ệ”. Theo mô hình này, protein kháng R của ký chủ sẽ liên kết và “b ảo v ệ” m ột protein A. Protein được bảo vệ (guardee) này sẽ tương tác với protein Avr của tác nhân gây bệnh và hoạt hóa protein R dẫn tới kích hoạt các phản ứng dẫn tới tính kháng. Thực sự protein kháng R của cây không phát hi ện protein Avr mà phát hi ện ho ạt động của nó có nghĩa nếu protein Avr khi có mặt trong tế bào mà không ho ạt đ ộng 8
tức không tương tác, thường thông qua hoạt tính enzyme c ủa nó đ ối v ới phân t ử được bảo vệ, thì protein kháng R sẽ không phát hiện. Mô hình bảo vệ giải thích được tại sao chỉ với một số gen kháng, cây tr ồng có th ể nhận biết được một số lượng lớn các effector của tác nhân gây bệnh. Mô hình này đã được chứng minh bằng thực nghiệm trên nhiều trường hợp. Dưới đây là m ột s ố ví dụ: 1. AvrPphB của vi khuẩn P. syringae và protein kháng RPS5 của cây Arabidopsis. AvrPphB là một protease nhóm cystein. Sau khi được vi khuẩn đưa vào trong tế bào cây, AvrPphB sẽ cắt một phân tử protein kinase của ký chủ là PBS1. Protein kháng RPS5 sẽ nhận biết được việc cắt này và kh ởi đ ộng phản ứng kháng. 2. AvrRpm1 (hoặc AvrB) của vi khuẩn P. syringae và protein kháng RPM1 của cây Arabidopsis. Khi được đưa vào trong tế bào, AvrRpm1 (ho ặc AvrB) sẽ phosphoryl hóa một protein của ký chủ là RIN4. Protein kháng RPM1 giám sát hiện trạng của RIN4 và do đó nhận biết sự phosphoryl hóa của RIN4 và kh ởi động phản ứng phòng thủ. 7. ĐỒNG TIẾN HÓA GIỮA GEN AVR VÀ R 7.1. Sự đa dang trong quần thể tác nhân gây bệnh Một loài tác nhân tác nhân gây bệnh tồn tại trong h ệ sinh thái nông nghi ệp cũng như hệ sinh thái tự nhiên rất không đồng nhất về mặt di truyền (đa dạng về m ặt di truyền). 7.1.1. Cơ chế tạo ra tính đa dạng của tác nhân gây bệnh Cơ chế tạo ra tính đa dạng di truyền của tác nhân gây b ệnh khá phong phú, ph ụ thuộc đặc điểm của từng nhóm. Một cơ chế chung cho tất cả các nhóm tác nhân gây bệnh là đột biến. Ngoài ra, mỗi nhóm tác nhân gây bệnh còn có một số cơ chế riêng biệt sau 7.1.1.1. Nấm - Sinh sản hữu tính Nấm và vi sinh vật giống nấm gây bệnh cây được phân loại thành các ngành (Division) khác nhau trên cơ sở sinh sản hữu tính, ví d ụ Ngành Nấm Trứng (Oomycota) (ví dụ như Phytophthora) sinh sản hữu tính tạo bào tử trứng (oospore); Ngành Nấm Đảm (Basidiomycota) (ví dụ như các loại nấm gỉ sắt) sinh sản h ữu tính tạo bào tử đảm (basidiospore); Ngành Nấm Túi (Ascomycota) (ví dụ như nấm đạo ôn lúa Magnaporthe oryzae) sinh sản hữu tính tạo bào tử túi (ascospore). Trong quá trình sinh sản hữu tính, nấm có thể trao đổi vật liệu di truyền thông qua tái tổ hợp dẫn tới kiểu hình (kể cả các tính trạng kháng bệnh) của con cháu khác với bố mẹ. Nấm sinh sản hữu tính nhờ sự tương hợp hữu tính (sexual compatibility) và được điều khiển bởi các gen qui định kiểu ghép cặp (mating type) khác nhau. Nếu sự sinh sản hữu tính được thực hiện từ 2 cá thể khác nhau thì nấm đ ược gọi là loài d ị tản (heterothallic). Ví dụ nấm Phytophthora infestans là một loài dị tản, có 2 kiểu ghép cặp ký hiệu là A1 và A2. Chỉ khi 2 mẫu nấm P. infestans độc lập (dị tản) có kiểu ghép cặp khác nhau mới có thể sinh sản hữu tính. Nếu sự sinh sản h ữu tính 9
được thực hiện từ cùng một cá thể (tự thụ) thì nấm được gọi là loài đ ồng t ản (homothallic). Chú ý sinh sản hữu tính đồng tản không được điều khiển bởi gen qui định kiểu ghép cặp và cũng không tạo ra sự đa dạng di truyền. Sự giao phối chéo (intersterility) khác loài chỉ xảy ra đối với n ấm đảm và cũng ch ỉ xảy ra giữa các loài khá đồng nhất về di truyền. Sinh sản c ận tính (parasexuality), thường được định nghĩa chính thức là một hình thức sinh sản hữu tính trong loài, nhưng cũng có thể xảy ra giữa các loài có quan hệ gần gũi như đã đ ược ch ứng minh đối với một số loài nấm trứng như Phytophthora. Chú ý trong sinh sản c ận tính khác loài, có sự trao đổi và tái tổ hợp vật li ệu di truyền nh ưng không có phân bào giảm nhiễm (meiosis). Nhiều loài nấm Phytophthora thường phát hi ện th ấy cùng gây bệnh trên một cây và việc giao phối cận tính có thể xảy ra, nhưng con lai thường bất dục. vi dụ chỉ khoảng 4-5% con lai giữa P. palmivora và P. cinnamomi có khả năng sinh bào tử trứng. Sư trao đổi vật liệu di truyền thông qua sinh sản có nghĩa từ thế hệ bố mẹ sang thế hệ con cháu được gọi là chuyển gen theo chiều dọc (vertical gene transfer). 7.1.1.2. Nấm – chuyển gen theo chiều ngang Cho tới nay, nhiều bằng chứng cho thấy nấm có khả năng chuyển v ật li ệu di truyền không thông qua sinh sản giữa các cá thể trong loài và khác loài. S ự di chuyển vật liệu di truyền theo kiểu này được gọi là chuyển gen theo chiều ngang (horizontal gene transfer). Sự chuyển gen theo chiều ngang có th ể th ực hi ện thông qua plasmid (vd plasmid của nấm Neurospora; chú ý plasmid của nấm thường là dạng sợi thẳng, kích thước khoảng 2-10 kb); virus (ví dụ virus của nấm Rhizoctonia solani)... 7.1.1.3. Nấm – Đột biến Đối với nấm, ngoại trừ nấm đảm, thì giai đoạn vô tính và sinh s ản vô tính chi ếm ưu thế trong chu kỳ phát triển. Nhiều loài thậm chí giai đoạn hữu tính không xảy ra trong tự nhiên (ví dụ như đối với nấm đạo ôn lúa Magnaporthe oryzae). Như vậy đột biến là một cơ chế quan trọng dẫn tới sự đa dạng của nấm. 7.1.1.4. Vi khuẩn – sinh sản hữu tính Đối với vi khuẩn, có ít nhất 3 loại sinh sản gi ống như sinh s ản h ữu tính t ồn t ại trong quần thể:  Biến nạp (transformation) : là hình thức chuyển gen trong đó vi khuẩn nhận hấp thụ qua vách tế bào vật liệu di truyền được giải phóng ra b ởi vi khuẩn cho. Sau khi biến nạp, vật liệu di truyền của tế bào chi sẽ được tổng hợp vào bộ gen của tế bào vi khuẩn nhận.  Giao nạp (conjugation): là hình thức chuyển gen giữa 2 tế bào vi khuẩn khác “giới tính” ký hiệu là F+ và F-. Khi 2 tế bào vi khuẩn tiếp xuc với nhau sẽ hình thành một cầu nối (pilus) và plasmid (hoặc một mảnh genome) c ủa tế bào F + sẽ chuyển sang tế bào F- qua pilus.  Tải nap (transduction): là hình thức chuyển gen từ tế bào cho sang t ế bào nh ận thông qua vector là thực khuẩn thể (Bacteriophage). 10
7.1.1.5. Vi khuẩn – đột biến Tương tự như nấm, vì vi khuẩn sinh sản vô tính là ch ủ yếu nên đ ột bi ến là c ơ ch ế quan trọng nhất dẫn tới sự đa dạng di truyền của vi khuẩn. 7.1.1.6. Virus – tái tổ hợp Một cơ chế quan trọng dẫn tới sự đa dạng di truyền của virus là tái t ổ h ợp (recombination). Hiện tượng tái tổ hợp rất phổ biến đối với virus thực vật. Do virus tái sinh trong tế bào chất hoặc nhân c ủa tế bào ký ch ủ nên tái sinh virus ph ụ thuộc hoàn toàn vào bộ máy phiên mã và tái sinh c ủa tế bào ký ch ủ. N ếu t ế bào b ị nhiễm nhiều loại virus thì các phân tử virus (khác loài ho ặc chủng) có thể trao đ ổi chéo với nhau thông qua tái sinh chẳng hạn các enzyme polymerase c ủa ký ch ủ s ẽ chuyển từ khuôn của phân tử virus này sang virus khác dần tới tạo ra m ột phân t ử lai được hình thành từ 2 khuôn khác nhau. Ví dụ về tái tổ hợp là Tomato yellow leaf curl Vietnam virus (TYLCVNV) chứa một chuỗi khoảng 1000 nts của virus Tomato leaf curl Vietnam virus (ToLCV) ở phía bên phải của bộ gen. 7.1.1.7. Virus – đột biến Đột biến cũng là cơ chế quan trọng dẫn tới sự đa dạng của virus thực v ật. Do t ốc độ sinh sản rất nhanh, trong quần thể các phân tử virus trên cùng m ột cây th ường tồn tại nhiều đột biến. 7.2. Các lực điều khiển sự tiến hóa của tác nhân gây bệnh Nhiều yếu tố tham gia điều khiển sự tiến hóa của tác nhân gây bệnh. Các lực chính bao gồm sự biệt lập địa lý và câ ký chủ. Rào cản địa lý. Rào cản địa lý là một yếu tố quan trọng điều khiển sự tiến hóa của tác nhân gây bệnh. Nhiều loài/chủng tác nhân gây bệnh chỉ có m ặt ở vùng này mà không có mặt ở vùng khác. Ngoài ra, đặc điểm ngo ại cảnh và ký ch ủ khác bi ệt nhau giữa các vùng địa lý cũng đóng góp vào yếu tố đi ều khiển này. Hậu qu ả c ủa rào cản địa lý là hình thành nên các loài/chủng đặc tr ưng cho t ừng vùng đ ịa lý. Ví dụ quần thể vi khuẩn bạc lá của Trung quốc khác Vi ệt Nam dẫn t ới nhi ều gi ống lúa lai Trung Quốc, vốn kháng rất tốt bệnh bạc lá tại Trung Qu ốc, đã không th ể kháng được quần thể vi khuẩn bạc lá của Việt Nam. Cây ký chủ. Đây là một trong các yếu tố chính điều khiển sự ti ến hóa c ủa qu ần thể tác nhân gây bệnh trong một vùng địa lý xác định. Cây ký chủ và tính kháng c ủa nó có thể tác động đến sự tiến hóa của tác nhân gây bệnh ở mức loài hoặc dưới loài. Ví dụ,đã có bằng chứng cho thấy 3 loài n ấm P. mirabilis, P. ipomoeae, và P. infestans tiến hóa từ một tổ tiên chung và nhiễm trên 3 họ thực vật hoàn toàn khác nhau. Ở mức dưới loài, hậu quả của tương tác giữa tác nhân gây bệnh với các loài/giống cây ký chủ khác nhau đã dẫn tới hình thành các khái ni ệm ch ủng sinh lý (race), dạng chuyên hóa (forma specialis, số ít), biovar, pathovar...c ủa tác nhân gây bệnh (chú ý, đây là các khái niệm phân loại không chính th ức d ưới loài và khác nhau tùy theo đối tượng nghiên cứu). Ví dụ đối với loài nấm Fusarium oxysporum, hàng chục dạng chuyên hóa (formae speciales, số nhiều) được phân bi ệt trên c ơ sở tính gây bệnh héo với các loài ký chủ khác nhau, Vd: Fusarium oxysporum f.sp. asparagi (măng tây); f.sp. cubense (chuối); f.sp. dianthi (cẩm chướng); f.sp. lycopersici (cà chua); f.sp. niveum (dưa hấu); f.sp. tracheiphilum (đậu tương). Trong mỗi một dạng chuyên hóa, các tác nhân gây bệnh có thể phân nhóm lại thành các 11
race trên cơ sở tính gây bệnh trên các gi ống cây khác nhau; ví d ụ F. oxysporum f.sp. cubense gây bệnh trên chuối gồm 4 race (1,2,3,4). Tương tự, loài vi khu ẩn R. solanacearum gồm 5 race được phân biệt dựa trên tính gây bệnh trên các cây ký chủ khác nhau. 7.3. Đồng tiến hóa giữa gen Avr và gen kháng R 7.3.1. Đồng tiến hóa trong sản xuất nông nghiệp Trong sản xuất nông nghiệp, người ta thường tạo các giống cây đồng nh ất v ề di truyền, mang tính kháng đặc hiệu chủng. Tuy nhiên, sau m ột vài năm, tính kháng b ị bẻ gẫy. Để duy trì năng suất, người ta lại thay m ột gi ống khác mang gen kháng mới và sau một vài năm, tính kháng lại bị mất. Hiện tượng tính kháng bị mất là do trong quần thể tác nhân gây bệnh đã xuất hiện các đột biến tự phát khắc phục được tính kháng. Việc đưa liên tục các giống kháng mới đã gây ra sự đồng tiến hóa nhân tạo gi ữa giống kháng đặc hiệu chủng và tác nhân gây bệnh đ ộc đ ặc hi ệu hình thành t ự phát. Các lực điều khiển sự đồng tiến hóa này là (i) tốc độ sinh sản và đ ột bi ến cao c ủa tác nhân gây bệnh và (ii) việc đưa liên tục các giống kháng mới vào sản xuất. Quá trình đồng tiến hóa giữa cây trồng và tác nhân gây bệnh gồm nhiều bước: Giả sử đầu tiên là giống A có kiểu gen r1/r2/rn hoàn toàn bị nhiễm bệnh đối với tác nhân gây bệnh B có kiểu gen Avr1/Avr2/Avrn. Bước đầu tiên là đưa 1 gen kháng R1 vào giống A để có giống kháng R1 có ki ểu gen R1/r2/rn. S ự nhận bi ết đ ặc hi ệu giữa sản phẩm của gen R1 (ký chủ) và Avr1 (ký sinh) đã t ạo ra s ự kháng b ệnh. Bước thứ 2 là sự chọn lọc các cá thể ký sinh mang đột bi ến tự phát avr1/Avr2/Avrn. Do các cá thể mang đột biến tự phát này mất yếu tố không độc qui định bởi gen Avr1 nên không bị yếu tố kháng qui định bởi gen R1 nhận biết dẫn t ới có khả năng gây bệnh trên giống kháng tạo ra ở bước 1. Bước thứ 3, tương tự bước thứ nhất, là tạo ra giống kháng mới mang gen kháng R2 (có ki ểu gen R1/R2/rn. Giống kháng này có thể kháng lại chủng tác nhân gây b ệnh có ki ểu gen avr1/Avr2/Avrn do có sự nhận biết giữa sản phẩm c ủa gen R2 (ký ch ủ) và Avr2 (ký sinh). Bước thứ 4, tương tự bước thứ 2, là sự chọn lọc các đột biến tự phát các cá thể có kiểu gen avr1/avr2/Avrn hình thành trong quần thể tá nhân gây b ệnh. Như vậy sự đồng tiến hóa giữa giống kháng và tác nhân gây bệnh độc trong sản xuất nông nghiệp là cuộc đua không có điểm dừng giữa việc đưa gi ống kháng m ới và sự hình thành – chọn lọc các cá thể độc trong quần thể tác nhân gây bệnh. Một số điểm chú ý: Sự hình thành đột biến độc trong quần thể tác nhân gây bệnh không độc ở b ước 2 và 4 vốn, về lý thuyết, không thể nhân lên trong quần thể cây kháng là do 1 trong 2 khả năng: (i) đột biến có thể được mang từ n ơi khác tới ho ặc (ii) đ ột bi ến hình thành tại chỗ nếu quần thể tác nhân gây bệnh không độc có thể gây bệnh ở m ức độ yếu. Thời gian tồn tại của giống kháng có thể kéo dài n ếu đưa 2 hoặc nhi ều gen kháng vào giống kháng. Giống cây càng mang nhiều gen kháng thì c ơ h ội cho tác nhân gây bệnh không độc có đột biến đồng thời khắc phục tất cả các gen kháng này càng thấp. Tuy nhiên việc tạo giống vừa mang nhiều gen kháng chủ vừa duy trì các tính trạng nông học tốt không dễ dàng. 12
7.3.2. Đồng tiến hóa trong hệ sinh thái tự nhiên Trong hệ sinh thái tự nhiên, cơ chế đồng tiến hóa gi ữa ký sinh-ký ch ủ cũng t ương tự như trong sản xuất nông nghiệp. Tuy nhiên biểu hi ện và h ậu qu ả c ủa s ự đ ồng tiến hóa này có nhiều điểm khác biệt: Trong hệ sinh thái tự nhiên, tác nhân gây bệnh gây ít thi ệt hại h ơn nhi ều đ ối v ới cây so với hệ sinh thái trồng trọt. Các gen kháng đặc hiêu hình thành t ự phát trong quần thể cây và sự bền vững của nó chủ yếu bị ảnh hưởng bởi mức độ đa hình của chính nó cũng như sự cân bằng giữa các đột bi ến đ ộc/không đôc trong qu ần thể tác nhân gây bệnh. Các yếu tố này thường dẫn tới trạng thái cân bằng về tính kháng của ký chủ và và tính gây bệnh của ký sinh. Tr ạng thái cân b ằng này đ ảm bảo sự tồn tại của cả cây và tác nhân gây bệnh. Trạng thái cân bằng giữa ký sinh – ký chủ trong h ệ sinh thái t ự nhiên có đ ược là do quần thể tác nhân gây bệnh cũng như cây không có kiểu gen đ ồng nh ất trên môt diện tích lớn. Trên một diện tích lớn, chúng thường tồn tại dưới dạng cái gọi là siêu quần thể (metapopulation). Một siêu quần thể gồm nhiều quần thể phụ có đặc trưng kháng /độc khác nhau. Do vậy nếu sự cân bằng về tính kháng (ký ch ủ)/tính độc (ký sinh) tại một quần thể phụ bị phá vỡ thì một cân bằng m ới dễ dàng đ ược thiết lập do sự di chuyển của tác nhân gây bệnh cũng như sự chuyển gen c ủa cây ký chủ thông qua giao phấn hoặc phát tán hạt từ các quần thể phụ lân cận. Bảng 2 Lớp gen R Ký chủ Gen R Gen Avr Ký sinh Pto Pto AvrPto, AvrPtoB Cà chua P. syringae Ớt Bs2 AvrBs2 X. campestris Rau diếp Dm3 Bremia lactuca Gpa2 Khoai tây Globodera pallida Hero Khoai tây G. rostochiensis, G. pallida HRTb CP Arabidopsis Turnip crinkle virus I2 Cà chua F. oxysporum Mi Cà chua Meloidogyne incognita Lúa miến CC-NB-LRR Mla Blumeria graminis Pib Lúa Pyricularia oryzae Pi-ta Avr-pita Lúa Pyricularia oryzae R1 Khoai tây Phytophthora infestans Rp1 Ngô Puccinia sorghi RPM1 AvrPm1, AvrB Arabidopsis P. syringae RPP8b Arabidopsi Peronospora parasitica RPP13 Arabidopsi P. parasitica RPS2 AvrPt2 Arabidopsi P. syringae RPS5 AvrPphB Arabidopsi P. syringae Rx1a CP Khoai tây Potato virus X Rx2 CP Khoai tây Potato virus X Sw-5 Cà chua Tomato spotted wilt virus Xa1 Lúa X. oryzae L Lanh M. lini M Lanh M. Lini Thuốc lá N Helicase Tobacco mosaic virus TIR-NB-LRR P Lanh M. lini RPP1 Arabidopsis P. parasitica RPP4 Arabidopsis P. parasitica RPP5 Arabidopsis P. parasitica 13
RPS4 AvrPs4 Arabidopsis P. parasitica Cf2 Avr2 Cà chua Cladosporium fulvum Cf Cf4 Avr4 Cà chua C. fulvum Cf5 Cà chua C. fulvum Cf9 Avr5 Cà chua C. fulvum Xa21 Xa21 Lúa X. oryzae Hm1 Ngô Cochliobolus carbonum Củ cải HS1pro1 Heterodera schachtii Lúa miến Mlo B. graminis Lúa miến Rpg1 Puccinia graminis RPW8 Arabidopsis Erysiphe cichoracearum RRS1-R Arabidopsis Ralstonia solanacearum RTM1 Arabidopsis Tobacco etch virus RTM2 Arabidopsis Tobacco etch virus Ve1, Ve2 Cà chua Verticillium alboatrum 14