Mi n d ch th c v t
TÍNH KHÁNG B M SINH VÀ TÍNH KHÁNG T O Đ C ƯỢ
1. TÍNH KHÁNG B M SINH (INNATE RESISTANCE)
1.1. Quan h gi a vi sinh v t và cây
M t loài tác nhân gây b nh ti m tàng không kh năng gây b nh trên b t kỳ gi ng c a
m t loài cây nào đó g i tác nhân gây b nh khác d ng (heterologous pathogen) c a loài
cây đó. d n m đ o ôn (Pyricularia oryzae) tác nhân gây b nh khác d ng c a ngô.
Loài cây kháng t t c các ch ng c a m t loài tác nhân gây b nh ti m tang đ c g i là cây ượ
phi ch (non-host plant) c a loài tác nhân đó. d chua cây phi ch c a n m
đ o ôn. Hai đ i t ng này ượ t ng tác khác d ngươ (heterologous interaction), hay t ngươ
tác không t ng h pươ (incompatible interaction) hay s không t ng h p c b nươ ơ (basic
incompatibility).
M t loài tác nhân gây b nh ti m tàng có kh năng nhi m b nh trên m t loài cây nào đó g i
là tác nhân gây b nh cùng d ng (homologous pathogen) c a loài cây đó. Ví d n m đ o ôn
(Pyricularia oryzae) tác nhân gây b nh cùng d ng c a cây lúa. Loài cây b nhi m b i 1
hay nhi u ch ng c a m t loài tác nhân gây b nh đ c g i cây ượ ch (host plant) c a
loài tác nhân đó.d lúacây ký ch c a n m đ o ôn. Hai đ i t ng này có ượ t ng tácươ
cùng d ng (homologous interaction), hay t ng tác t ng h pươ ươ (compatible interaction)
hay s t ng h p c b nươ ơ (basic compatibility).
2. TÍNH KHÁNG B M SINH
2.1. Mi n d ch b m sinh (innate immunity) đ ng v t máu nóng
Đ i v i đ ng v t, h mi n d ch bao g m 2 nhánh chính mi n d ch b m sinh (innate
immunity) và mi n d ch thích nghi ( adaptive immunity). Mi n d ch thích nghi là lo i mi n
d ch hình thành khi s nhi m b nh, tính đ c hi u cao, kh năng nh n bi t ế
“nh ” tác nhân gây b nh. Trái l i, mi n d ch b m sinh có các đ c đi m sau:
Không đ c hi u, ch ng nhi u lo i tác nhân gây b nh.
Là tuy n phòng th đ u tiên ch ng l i tác nhân xâm nh p, ế
Đ c l p v i kháng th
Không kéo dài (không có b nh mi n d ch).
Bao g m nhi u lo i t bào chuyên bi t nh các t bào b ch c u (leukocyte), th c bào ế ư ế
(phagocyte)… Mi n d ch b m sinh ho t đ ng ph thu c vào các receptor c a các t ế
bào này (ch ng h n Toll-like receptor c a th c bào).
2.2. Mi n d ch b m sinh (innate immunity) th c v t
Trong đ i s ng c a mình, cây b t n công b i nhi u lo i tác nhân gây b nh. Tuy nhiên ch
m t s l ng r t nh các tác nhân này có kh năng gây b nh cho cây. ượ
1
Th c v t thi u m t c ch mi n d ch thích nghi di đ ng nh đ ng v t. Hi n nay, ế ơ ế ư
nhi u b ng ch ng cho th y th c v t cũng t n t i m t c ch mi n d ch b m sinh. Đi m ơ ế
gi ng nhau c b n gi a mi n d ch b m sinh c a đ ng v t và th c v t là s nh n bi t gi a ơ ế
các receptor c a t bào và các MAM/PAMP c a tác nhân gây b nh. ế
M t trong nh ng đ nh nghĩa c a tính kháng hay mi n d ch b m sinh là “ h th ng giám sát
nh m phát hi n s m t b n ch t c a s xâm nhi m t o ra phòng tuy n ế
phòng th c a ký ch . Nh v y tính kháng b m sinh d a vào kh năng nh n bi t c a câyư ế
đ i v i ký sinh mà s nh n bi t này có th tr c ti p ho c gián ti p. ế ế ế
Hi n nhiên tính kháng b m sinh đ c đi u khi n b i đ c tr ng di truy n c a ký ch và là ượ ư
m t h th ng phòng th nhi u l p. Ngay khi v t qua đ c l p rào c n v t bên ngoài ượ ượ
(b m t cây), tác nhân gây b nh s g p ph i h th ng c nh báo là các phân t receptor trên
b m t t bào. ế
Khác v i đ ng v t, th c v t, mi n d ch b m sinh bao g m c 2 lo i đ c hi u không
đ c hi u. D a vào m c đ đ c hi u tính kháng b m sinh c a cây th đ c chia thành ượ
tính kháng không đ c hiêu (tính kháng chung) và tính kháng đ c hi u.
2.3. Tính kháng không đ c hi u (Non-specific resistance)
Tính kháng không đ c hi u hay tính kháng chung có th đ c đ nh nghĩa tính kháng mà ượ
t t c các thành viên (dòng/gi ng) c a m t loài cây kháng đ c t t c các thành viên ượ
(ch ng/nòi) c a m t loài tác nhân gây b nh.
C n chú ý tính kháng không đ c hi u còn đ c g i ượ tính kháng c b nơ (basic
resistance). N u tính kháng c b n hình thành t m i quan h t ng tác khác d ng (ví dế ơ ươ
nh gi a n m Pyricularia cây ngô) thì m c đ kháng r t cao hay mi n d ch. Trái l i,ư
n u tính kháng c b n hình thành t m i quan h t ng tác cùng d ng (ví d gi a n mế ơ ươ
đ o ôn cây lúa) thì m c đ kháng th ng th p (tính kháng ngang) tác nhân gây b nh ườ
đã đ a vào trong t bào nhi u effector c ch tính kháng c b n c a cây.ư ế ế ơ
V m t ti n hóa, tính kháng không đ c hi u c h n tính kháng đ c hi u. ế ơ
Tính kháng không đ c hi u hình thành d a trên kh năng c a cây nh n bi t đ c các các ế ượ
elicitor chung (general elicitor) c a tác nhân gây b nh. Hi n nay, các elicitor này đ c g i ượ
các PAMP. Thu t ng PAMP do các nhà nghiên c u mi n d ch đ ng v t s d ng đ u
tiên đang d n b thay thay th b i thu t ng MAMP ng i ta th y r ng các vi sinh ế ườ
v t không gây b nh cũng có các PAMP gi ng nh c a tác nhân gây b nh. ư
Các PAMP/MAMP nhìn chung đa d ng v b n ch t hóa h c, th ng các chu i peptide, ườ
glycoprotein, lipids oligosaccharides ngu n g c t tác nhân gây b nh không gây
b nh. Đi m chú ý trong quá trình gây b nh, các tác nhân gây b nh thông qua các ho t
đ ng enzyme th y phân cũng t o ra các ch t ngu n g c t vách t bào th c v t mà các ế
ch t này cũng đóng vai trò nh elicitor kích ho t ph n ng phòng th c a cây. Các ch t có ư
ngu n g c t ch nh trên đ c g i các hình phân t (có ngu n g c ch ) ư ượ
đ c c m ng b i tác nhân gây b nh đ c hi u MIMPs (ượ ượ Microbe-Induced
Molecular Patterns). Nh vây cây không ch nh n bi t ph n ng v i các d u hi u ư ế
ngu n g c t tác nhân gây b nh mà còn có ngu n g c t chính cây .
Các PAMP/MAMP hi n nhiên khá b o th trong m t nhóm tác nhân gây h i. M t s các
MAMP/PAMP chung n i ti ng là: ế
2
Lypopolysacharid (LPS). LPS ngu n g c t các vi khu n gram (-) nh ư
Xanthomonas, Pseudomonas…LPS c m ng đ t o ra s cháy oxy hóa, hình thành các
enzyme kháng sinh.
Flagellin. Là protein c u t o nên lông roi vi khu n gram (-). M i lông roi bao g m hàng
ngàn ti u ph n flagellin. Flagellin ch a m t motif nhân bi t g m 22 aa (đo n fgl22). ế
Flagellin th c m ng t o đ hình thành callose các ph n ng phòng th khác
nh nh thành PR protein.ư
Harpin. Harpin các protein đ c hóa b i gen hrp (vi t t t c a ượ ế hypersensitive
response and pathogenicity) c a vi khu n gram (-). Ph n l n các loài vi khu n 2 cum
gen hrp. Cum l n g m 6-9 đ n v phiên mã, m i đ n v a 1-9 protein. Các protein ơ ơ
harpin n m trên màng t bào vi khu n, tham gia c u t o nên h th ng ti t lo i III c a ế ế
vi khu n. H th ng ti t lo i III s v n chuy n Avr protein c harpin vào trong t ế ế
bào cây. Harpin c m ng đ t o ph n ng siêu nh y/apoptosis các ph n ng phòng
th khác.
Chitin. Oligomer c a chitin t vách t bào n m có th c m ng hình thành phytoalexin ế
và lignin hóa t bào cây.ế
Glucan. Glucan t vách t bào n m, đ c bi t n m tr ng nh Phytophthora th ế ư
c m ng hình thành phytoalexin.
Glycoprotein. Glicoprotein t vách t bào n m tr ng nh Phytophthora có th c m ng ế ư
hình thành phytoalexin.
2.4. Tính kháng đ c hi u (tính kháng đ c hi u gi ng cây/ch ng tác nhân gây b nh.
Trong quá trình gây b nh, tác nhân gây b nh đã ti t vào trong t bào nhi u effector. Các ế ế
effctor v n lúc đ u có ích cho tác nhân gây b nh nh ng d n b phát hi n b i protein c a ư
ch . S phát hi n, t ng tác này đ c hi u d n t i hình thành m i quan h gen-đ i ươ
gen và t o ra tính kháng gen-đ i-gen.
2.5. Các receptor nh n bi t ế PAMP/MAMP/Avr protein
Các receptor này th ng đ c phân nhóm thành PAMP/MAMP receptor proườ ượ tein R
(gen-for-gen). Các receptor nh n bi t các MAMP/PAMP th ng các recetor xuyên màng ế ườ
vùng l p giàu leucin n m phía bên ngoài t bào. Tuy nhiên, c s cho vi c phân chia ế ơ
này không ph i lúc nào cũng ràng, vây chúng ta s g i chung t t c protein R (xem
bài tr c).ướ
2.6. Nh n bi t và t ng tác gi a các ế ươ protein R và PAMP/MAMP/Effector
S nh n bi t và t ng tác này tuân theo 1 trong 2 c ch tr c ti p ho c gián ti p nh trình ế ươ ơ ế ế ế ư
bày ch ng tr c. ươ ướ
Vai t c a Effector (ch t hi u ng ): Nh đã bi t, effector phân t ngu n g c tư ế
tác nhân gây b nh tác đ ng lên t bào ký ch , nh đó t o đi u ki n cho s nhi m b nh. ế
Đ i v i cây, s nh n bi t các elicitor chung (MAMP/PAMP) đã hình thành tính kháng c ế ơ
b n. Tính kháng này còn đ c g i ượ tính kháng kh i đ ng b i MAMP/PAMP . Tính
kháng này có th hi u qu d n t i cây không b b nh.
3
Tuy nhiên, tác nhân gây b nh th kh c ph c tính kháng c b n b ng cách ti t vào ơ ế tế
bào cây các effector. M t vi khu n gây b nh (vd Pseudomonas syringae) trong quá trình gây
b nh có th ti t vào trong t bào th c v t t 20 -30 effector khác nhau thông qua h th ng ế ế
ti t lo i III. T ng t , các lo i n m biotroph cũng ti t vào t bào cây nhi u effector thôngế ươ ế ế
qua vòi hút (haustorium) hình thành bên trong t bào (vd n m g s t cây lanh M. lini ti t vàoế ế
t bào t i 21 lo i effector khác nhau). Nhi u effector c a tác nhân gây b nh ho t tínhế
enzym, vai trò bi n đ i các protein c a ch nh m t o đi u ki n cho s gây b nh ế
làm m t kh năng nh n bi t c a cây. M t trong các vai trò c a các effector này c ch ế ế
ph n ng phòng th c a cây thông qua nh n bi t PAMP/MAMP. M t s các protein c a ế
virus th c v t (Vd HP = Helper Component) c a các potyvirus) kh năng c ch ph n ế
ng phòng th c a cây thông qua c ch gene silencing cũng th đ c xem effector ơ ế ượ
c a virus. N u ho t đ ng c a các effector này hi u qu , cây s b ế nhi m b nh .
Các effector c a tác nhân gây b nh đ c nghiên c u nhi u nh t là các Avr protein. N u cây ượ ế
gen R th nh n bi t đ c các Avr protein thì m t l p ph n ng kháng th 2 s hình ế ượ
thành đ c g i ượ tính kháng kh i đ ng b i effector . Tính kháng kh i đ ng b i
effector hi n nhiên là đ c hi u và th ng tuân theo quan h gen-đ i-gen. ườ
3. D N TRUY N TÍN HI U TRONG MI N D CH
Ph n ng phòng th t o đ c c a cây đi u khi n b i m t m ng l i các đ ng h ng ượ ướ ườ ướ
d n truy n tín hi u ch ng chéo lên nhau. Nhi u phân t tham gia các đ ng h ng d n ườ ướ
truy n tín hi u.
3.1. Đ ng h ng salicyclic acid (SA)ườ ướ
Salicyclic acid (SA) m t phytohocmon th c v t, vai trò quan tr ng trong phát tri n, ư
quang h p, hô h p… c a th c v t.
SA cũng m t phân t tín hi u n i sinh tham gia c m ng tính kháng t o đ c c a th c ượ
vât. Vai trò c a SA trong d n truy n tính kháng đã đ c ch ng minh trong m t s thí ượ
nghi m:
X SA trên cây thu c đã d n t i gi m tri u ch ng b nhi m b i TMV tích lũy
nhi u PR protein (thí nghi m c a White, 1970).
Lây nhi m TMV trên thu c d n t i hàm l ng SA tăng c c b (t i v trí lây nhi m) ượ
và h th ng (toàn cây).
Cây Arabidopsis chuy n gen NahG (naphthalene hydroxylase G) c a vi khu n
Pseudomonas putida (là gen hóa salicylate hydroxylase, m t enzyme chuy n SA
thành d ng b t ho t là catechol) đã bi u hi n tính m n c m cao đ i v i nhi u lo i tác
nhân gây b nh khác nhau nh n m, vi khu n và virus. ư
Cây ch a các đ t bi n m t kh năng tích lũy SA nh eds4, eds5 (enhanced disease ế ư
susceptibility), sid1, sid2 (SA induction-deficient), pad4 (phytoalexin-deficient) bi u hi n
tính m n c m cao v i tác nhân gây b nh.
SA t ng tác v i catalase m t enzyme xúc tác cho s phân h y Hươ 2O2 thành H2O O2.
H2O2 phân t ho t đ ng phía th ng l u c a quá trình d n truy n tín hi u. Phía h l u ượ ư ư
c a đ ng h ng d n truy n tín hi u (phía sau SA) m t protein g i NPR1 (non- ườ ướ
expressor of PR1 protein) c n cho d n truy n SA. S n ph m cu i cùng c a đ ng h ng ườ ướ
4
d n truy n SA các lo i PR protein (xem bài 3), trong đó quan tr ng nh t protein nhóm
PR1.
Đ ng h ng d n truy n SA th ng do các tác nhân gây b nh nhóm biotroph gây ra (bàiườ ướ ườ
3). Nhìn chung các tác nhân gây b nh này sinh tr ng trong gian bào và nhân lên trong mô ưở
nhi u ngày tr khi gây ch t ho i mô. ướ ế
3.2. Đ ng h ng d n truy n JA và ETườ ướ
Jasmonic acid (JA) ethylen (ET) cũng các phytohormon. C JA ET đã đ c ch ng ượ
minh có vai trò trong tính kháng b nh nh trong các ví d sau: ư
Cây Arabidopsis mang đ t bi n m t kh năng hình thành JA nh fad3/fad7/fad8 (3 đ t ế ư
bi n gen fatty acid desaturase) ho c m t kh năng ti p nh n JA nh coi1 (coronatineế ế ư
insensitive1) ho c kháng JA nh jar1 (jasmonic acid resistant1) bi u hi n tính m n c m ư
d i v i m t lo t tác nhân gây b nh nh n m Alternaria brassicicola, ư Botrytis cinerea,
Pythium, vi khu n Erwinia carotovora.
Cây Arabidopsis mang đ t bi n tr v i ET nh ein2 (ethylene insensitive2) bi u hi n ế ơ ư
tính m n c m v i n m B. cinerea và vi khu n E. carotovora.
X lý JA ho c ET đã d n đ n là cây bi u hiên gen PDF1-2 (mã hóa protein phòng th ế
defensin) Thi2-1 (mã hóa protein phòng th thionin), hel (hevein-like protein)
chib (chitinaseB). Các gen này đ c xem d u hi u ph bi n c a đ ng h ng d nượ ế ườ ướ
truy n JA/ET.
Đ ng h ng JA/ET nhi u đi m khác v i đ ng h ng SA: (1) JA/ET hình thành chườ ướ ườ ướ
y u do nhóm necrotroph nh n m ế ư Alternaria brassicicola, Botrytis cinerea, Pythium, vi
khu n Erwinia carotovora. Các tác nhân này giêt ch t nhanh chóng t bào cây đ h p thuế ế
dinh d ng (xem bài 2); (2) s tích lũy JA ET th hình thành do tác nhân gây b nh,ưỡ
nh ng cũng có th hình thành t các t n th ng do côn trùng .ư ươ
Giao ti p chéo (cross talk) gi a đ ng h ng SA và JA/ETế ườ ướ .
Đã nhi u b ng ch ng cho th y 2 đ ng h ng SA JA/ET không hoàn toàn đ c l p ườ ướ
v i nhau mà có t ng tác v i nhau. C 2 đ ng h ng đ u có nh h ng thu n và ngh ch ươ ườ ướ ưở
nh ng nhìn chung, m i ư quan h ngh ch i kháng) ph bi n ế . d cây Arabidopsis
mang gen kháng eds1 pad4 (gi m tích lũy SA) đã làm tăng kh năng bi u hi n c a
đ ng h ng JA/ET.ườ ướ
Quan h đ i kháng này c n đ c xem xét khi ng d ng th c t khi t o SAR đ ch ng ượ ế
b nh theo đ ng h ng SA thì SAR theo đ ng h ng JA/ET th b c ch d n t i ườ ướ ườ ướ ế
cây d b nhi m côn trùng gây h i.
3.3. Dòng thác ion và s đ t cháy oxy hóa
Trên màng t bào ch các receptor ngo i bào (Vd FLS2). Ngay sau khi cây chế
nh n bi t đ c s m t c a tác nhân gây b nh t i màng t bào, s thay đ i v dòng ế ượ ế
ion đi vào/ra t bào qua kênh ion d n t i thay đ i cân b ng Kế +/H+ c a màng (dòng Ca2+
H+ vào t bào tăng, dòng ếK+ Cl- ra kh i t bào tăng). Ph n ng l i s thay đ i này s ế
ho t hóa các protein liên k t màng nh kinase, phosphatase, phospholipase và protein G. Các ế ư
kinase s ho t hóa NADPH oxidase đ chuy n O 2 thành các l p oxy ho t hóa (ROS=
5