Mi n d ch th c v t
M T S B NH Đ I DI N
1. B nh đ o ôn (tham kh o giáo trình b nh cây nông nghi p)
B nh đ o ôn là b nh quan tr ng nh t trên lúa trên th gi i và Vi t Nam. ế
1.1. Tri u ch ng
N m có th xâm nhi m gây b nh t t c các b ph n trên m t đ t g m lá, đ t thân, c
bông, c gié. Các nghiên c u g n đây cho th y m c đ m n c m c a t l thu n
v i m c đ m n c m trên c bông. Tính m n c m c a cây đ i v i n m ph thu c
nhi u y u t môi tr ng cũng nh các y u t liên quan đ n phát tri n c a cây. Tính ế ườ ư ế ế
m n c m th ng gi m theo tu i câytu i lá; tính m n c m tăng m nh khi bón th a ườ
đ m. Trái l i bón Si làm gi m tính m n c m. Ngoài ra, đ c đi m v t b nh thay đ i ế
đáng k theo m c đ m n c m:
V t b nh đi n hình hình elip ho c thoi xu t hi n 5-7 ngày sau lây b nh. Bi u hi nế
c a v t b nh thay đ i ph thu c theo gi ng: t màu l c nh t + v t b nh phát tri n ế ế
(m n c m) t i màu l c đ m v i vi n v t bênh màu nâu (tính kháng t p nhi m c c ế
b ).
1.2. Tác nhân gây b nh:
N m gây b nh tên giai đo n tính Pyricularia oryzae (syn. Piricularia oryzae).
Giaiđo n h u tính c a n m đã đ c đ t tên ượ Magnaporthe grisea g n đây (2004),
d a vào các nghiên c u phân t , đ c đ t tên l i là ượ M. oryzae.
N m thu c l p n m túi (Ascomycetes), tuy nhiên ngoài t nhiên n m ch sinh s n
tính t o cành bào t phân sinhbào t phân sinh không màu, 2 vách nn, hình qu
(ho c n sen).
1.3. Xâm nhi m gây b nh.
N m đ o ôn là n m bán sinh d ng (hemibiotroph) v i pha sinh d ng biotroph giai ưỡ ưỡ
đo n s m c a quá trình xâm nhi m.
Giai đo n s m c a quá trình xâm nhi m bao g m pha ti n xâm nh p (prepeneration):
bào t n m ti p xúc trên b m t lá, đ nh bào t n t v ti t ra m t gi t ch t nh y ế ế
g n k t ch t bào t b m t lá. L p ch t nhày này ch a các h p ch t ế
cacrbonhydrate và glycoprotein.
Ti p theo, bào t n m n y m m t o ng m m, hình thành m t t bào đ nh ngế ế
m m phát tri n thành vòi áp (appressorium). Vòi áp c a n m m t c u trúc d ng
vòm, có vách dày, m u đ m do b melanin hóa. S melanin hóa làm vách vòi áp tr nên
ch c ch n h n. Bên trong vòi áp, n m tích lũy nhi u glycerol do v y áp l c tr ng ơ ươ
c a vòi áp n m đ o ôn r t l n, có th t i 80 at.
Ti p theo quá trình ti n xâm nh p xâm nh p c a bào t : T vòi áp s hình thànhế
m t s i n m nh g i đ xâm nh p (infection peg) đ xâm nh p tr c ti p qua t ng ế
1
cutin vào bên trong t bào bi u bì. Bên trong t bào bi u bì, đ nh đ xâm nh p sế ế ế
phình to t o thành vòi hút (haustorium). N m s ti t các enzyme effector qua màng ế
vòi hút vào t bào ch t c a t bào ký ch và h p th dinh d ng. Trong quá trình dinhế ế ưỡ
d ng, vách t bào ký ch d n d n s p đ và n m ti p t c phát tri n sang t bào bênưỡ ế ế ế
c nh (thông qua s i liên bào) l i ti p t c hình thành vòi hút t bào m i b xâm ế ế
nh p.
Nhi u y u t d n truy n tín hi u tham gia vào quá trình nh n bi t và hình thành vòi áp ế ế
c a n m P. oryzae. S hình thành vòi áp ch xu t hi n trên b m t c ng (nh b m t ư
lá). Hai y u t chính tham gia vào quá trình d n truy n tín hi u đ hình thành vòi ápế
ch t l ng và b n ch t hóa h c c a s g n k t. ượ ế
B m t bào t n m ch a m t l p protein g i hydrophobin (Mpg1 protein) v i
phía a n c h ng vào t bào n m phía ghét n c h ng v b m t c a lá. L pư ướ ướ ế ướ ướ
hydrophobin giúp bào t nh n bi t đ c b m t ghét n c c a vai trò quan ế ượ ướ
tr ng trong hình thành vòi áp.
M t s gen c a n m (vd MagA, MagB) c m ng hình thành cAMP (cyclic adenosine
monophosphate), m t phân t d n truy n tín hi u kích thích hình thành vòi áp.
1.4. R và Avr proteins
Hi n có kho ng 40 gen kháng ch đ i v i n m P.oryzae đã đ c xác đinh trên lúa v iượ
kho ng g n 10 gen đã đ c clon. Trong s các gen này, Pi-ta là gen kháng đ c nghiên ượ ượ
c u nhi u nh t.
Pi-ta là gen n m vùng trung tâm c a nhi m s c th s 12. Protein Pi-ta là m t protein
(928 aa) kháng R thu c l p CNL (CC-NB-LRR) ho t đ ng t i t bào ch t. Vùng l p ế
giàu leucine (LRR) c a Protein Pi-ta t ng tác tr c ti p v i AvrPi-ta đ t o tính kháng. ươ ế
Các allen pi-ta (l n) các gi ng nhi m b nh hóa cho m t protein ch khác 1 aa so
v i allen Pi-ta (tr i). Các gen kháng nh Pi-ta ư 2 là gen allen c a Pi-ta
N m M. oryzae tao ra 3 nhóm Avr protein th đ c nh n bi t m c đ c hi u ượ ế
gi ng, trong đó quan tr ng nh t AvrPita protein. AvrPita gen n m g n đ u nhi m
s c th c a n m m t đ nh nhi m s c th n m (ch a AvrPita gen) m t c ch ơ ế
d n t i n m kh năng gây b nh. AvrPita b n ch t protease t ng tác v i ươ
protein kháng t ng ng c a ch Pita protein. T ng tác gi a AvrPita Pitaươ ươ
t ng tác tr c ti p.ươ ế
1.4.1. Đa d ng c a n m/ B gi ng ch th
N m Pyricularia oryzae đ c xem m t qu n th không đ ng nh t. D a trên các ượ
phân tích phân t , nhìn chung n m đ c phân nhóm trên c s phân b đ a lý (vd nhóm ượ
châu M , châu Âu, Nh t b n, Iran…). Nhìn chung, các qu n th n m thu c các khu
v c kh i nguyên cây lúa (ch ng h n khu v dãy Hymalaya, ho c Đông Nam Á)
m c đ đa d ng cao h n. ơ
Thông tin v m c đ đa d ng di truy n c a b t kỳ qu n th tác nhân gây b nh nào
đ u c n thi t cho các ch ng trình ch n t o gi ng kháng b nh. Đ i v i n m đ o ôn, ế ươ
vào năm 1967, IRRI đã thi t l p m t h th ng phân bi t các ch ng sinh ế
race/pathotype c a n m d a trên m t b gi ng ch th g m 8 gi ng, theo th t là:
2
Raminad, Zenith, NP-125, Usen, Dular, Kanto 51, Sha-tiao-tsao, Caloro. H th ng phân
bi t các race n m này v n đ c s d ng t i nhi u n c trên th gi i. ượ ướ ế
Các race n m, đ c th tính gây b nh trên b gi ng này, s đ c hi u nh sau: I ượ ượ ư
(t international); ti p theo là 1 trong các ch A, B, C, D, E, F, G, H, (m i ch đ i di n ế
cho m t gi ng ch th t ng ng v i gi ng m n c m đ u tiên khi th trên tám ươ
gi ng theo th t trên); cu i cùng là m t s ch ki u tính đ c. Ví d m t isolate n m
có ph n ng S, R, R, R, R, R, R, R (S = susceptible, R = resistant) có ký hi u là IA. D a
vào h th ng này, t i đa 256 nhóm ch ng (2 8) có th đ c phân bi t, trong đó l n l t ượ ượ
128, 64, 32, 16, 8, 4, 2 và 1 nhóm ch ng các nhóm ch ng IA, IB, IC, ID, IE, IF, IG
IH.
Tuy nhiên b gi ng ch th này ch ch a ít gen kháng (kho ng 5 gen) nên không th
đánh giá đ c m c đ đa d ng c a n m. Hi n nay, ngoài b gi ng ch th trên, cácượ
n c đ u phát tri n b gi ng ch th riêng, đ c bi t s d ng các dòng g n đ ng genướ
(near isogenic lines) ch a 1 ho c vài gen kháng.
1.5. Qu n th n m P. oryzae t i mi n B c Vi t Nam
S d ng k thu t AFLP, Nguy n Th Ninh Thu n (2006) đã nghiên c u m c đ đa
d ng tính gây b nh c a 114 isolates n m thu th p t i nhi u t nh thu c đ ng b ng
sông H ng. Nghiên c u này cho th y:
Qu n th n m P. oryzae t i đ ng b ng sông H ng tính đa d ng cao g m 7
nhóm VNG1, VNG2,..., VNG7.
Qu n th n m phân l p trên các gi ng lúa t khác qu n th n m phân l p trên các
gi ng lúa n p. Qu n th n m trên lúa t g m 4 nhóm VNG1, VNG2, VNG3 ế
VNG4, còn trên lúa n p g m 3 nhóm VNG 5, VNG6 và VNG7.ế
Các nhóm VNG1, VNG3, VNG 4 chi m u th v i VNG1 chi m t i h n 50%.ế ư ế ế ơ
Nhi u gi ng ch th mang nhi u gen kháng th ch ng đ c qu n th n m P. ượ
oryzae c a mi n B c (ví d gi ng Morobenekan mang các gen kháng Pi-7(t), Pi-
10(t), Pi-12(t), Pi-44(t), Pi-157), tuy nhiên không th bi t đ c gen nào đi u khi n ế ượ
tính kháng.
D a trên ph n ng c a đ i di n các nhóm đ i v i các gi ng ch th s l ng gen ượ
kháng ít, các gen kháng sau nên đ c s d ng đ t o gi ng kháng n m đ o ôn mi nượ
B c: Pi-1, Pi-2, Pi-33, Pi-ta2, Pi-k.
1.6. Các gi ng kháng nhi m
Vi t Nam thu c khu v c kh i nguyê n c a cây lúa v i t p đoàn gi ng phong phú.
Nhi u gi ng c truy n c a Vi t Nam mang các gen kháng b nh đ o ôn quí. Hi n nay,
Vi t Nam ít nh t 1 gi ng lúa c truy n Tetep đang đ c nhi u n c s d ng ượ ướ
(thông qua IRRI) làm v t li u nghiên c u tính kháng. Tetep m t gi ng tính kháng
cao đ i v i r t nhi u ch ng đ o ôn; m t s gen kháng đã đ c xác đ nh trên gi ng này ượ
nh Pi-3(t), Pi-ta, Pi-taư2, Pi-tp(t).
Vi t Nam, m t s gi ng lúa kháng đ o ôn đã đ c t o ra nh C70, C71, IR1820, ượ ư
X20, X21.
3
Hi n nay, m t s gi ng lúa tr ng ph bi n mi n B c có ch t l ng và năng su t t t ế ượ
nh Khang Dân 18, B c Th m s 7, H ng Th m s 1, N p IR352… đ u nhi m n mư ơ ươ ơ ế
đ o ôn.
2. B nh b c lá (tham kh o giáo trình b nh cây nông nghi p)
B nh b c b nh vi khu n nguy hi m nh t trên lúa. B nh phân b t t c các
n c tr ng lúa nhi t đ i ôn đ i. T i Vi t Nam, b nh xu t hi n n ng trên lúa mùaướ
và đ c bi t nghiêm tr ng trên các gi ng lúa lai Trung Qu c.
2.1. Tác nhân gây b nh.
B nh b c do vi khu n Xanthomonas oryzae pv. oryzae (Xoo) gây ra. Vi khu n lúc
đ u đ c đ t tên là ượ Bacillus oryzae, đ i tên thành X. oryszae (năm 1922). Năm 1978, vi
khu n đ c đ t l i tên ượ Xanthomonas campestris pv. oryzae vào năm 1990, vi
khu n đ c phân lo i l i v i tên hi n đang đ c s d ng là Xoo. ượ ượ
Xo là vi khu n gram (-) hình g y, 2 d u tròn, kích th c (0.7-2) x (0.4-0.7), vi khu n di ướ
đ ng v i m t lông roi. Khu n l c trên môi tr ng nhân t o tròn, l i, nh y, màu vàng ườ
(do hình thành s c t xanthomonadin). Xo t o nhi u polysacharide ngo i bào EPS (=
extracellualar polysacharide), vai trò quan tr ng trong vi c hình thành gi t d ch vi
khu n trên b nh, b o v vi khu n kh i b khô t o đi u ki n cho vi khu n phát
tán nh gió, m a. Vi khu n h o khia b t bu c, không hình thành bào t , nhi t đ t i ư
thích cho sinh tr ng là 25-30ưở OC.
2.2. Xâm nhi m gây b nh
Xoo xâm nh p vào lá qua th y kh ng mép lá và chót lá là ch y u. Vi khu n trên b ế
m t th di chuy n trên màng n c (nhi u vào ban đêm) đ xâm nh p vào th y ướ
kh ng. Sau khi xâm nh p vào bên trong, vi khu n nhân lên trong kho ng gian bào
underlying epitheme, ti p theo, chúng xâm nh p lan truy n trong theo m chế
xylem. Vi khu n cũng thê xâm nh p vào xylem qua t n th ng c gi i ho c l m ươ ơ
khi r m i hình thành g c b lá.
Bên trong xylem, vi khu n di chuy n theo chi u d c theo gân chính c a nh ng cũng ư
th t xylem, di chuy n sang 2 bên. Trong vòng vài ngày, t bào vi khu n EPS ế
l p đ y m ch xylem ti t d ch vi khu n qua th y kh ng thành gi t d ch ho c s i ế
d ch vi khu n (d u hi u đ c tr ng c a b nh và là ngu n b nh th c c p quan tr ng). ư
(Phân bi t v i đ m s c vi khu n (Xoc) : Xoc xâm nh p ch y u qua khí kh ng, nhân ế
lên trong substomatal cavity), sau đó phát tri n trong gian bào c a nhu mô.
2.3. R và Avr gen
Các gen kháng lúa đã đ c b t đ u nghiên c u t i Nh t IRRI kh ng 30 năm tr cượ ướ
đây. T o gi ng kháng mang gen kháng ch cách phòng ch ng hi u qu nh t đ i v i
b nh b c lá. Cho t i nay (tính t i 2007), kho ng 29 gen kháng Xoo (ký hi u t Xa21
t i Xa29) đã đ c khám phá trên lúa, trong s đó, ượ 19 gen kháng tr i. Sáu gen (Xa1,
Xa5, Xa21, Xa26 và Xa27) đã đ c phân l p và gi i trình t . Trong s 6 gen này, 2 genượ
Xa21 và Xa26 có đ c đi m gi ng nh các receptor. M t s gen Xa quan tr ng là ư :
4
Xa21. Đây gen đ u tiên trong s các gen kháng đ c phân l p trên lúa. Xa21 đ c ượ ượ
phân l p đ u tiên t cây lúa d i Oryzae longistaminata, ti p theo đ c chuy n vàoế ượ
gi ng IR24 đ t o ra dòng g n đ ng gen IRBB21. Xa21 m t protein xuyên màng
gi ng nh receptor b m t ư c u t o g m m t đ u LRR bên ngoài màng ch c
năng nh n bi t, m t ph n xuyên màng m t đ u ho t tính kinase ch c năng ế
truy n tín hi u. Xa21 là m t gen kháng ch, tr i, ph r ng ch ng nhi u ch ng Xoo
(ít nh t đã đ c ch ng minh trên nhi u ch ng c a n Đ , Philippin). Ngoài ra Xa21 có ượ
kh năng kháng cao đ c hi u đ i v i các ch ng Xoo thu c race 1 c a Nh t B n
đ c s d ng r ng rãi trong các ch ng trình t o gi ng kháng b c lá Nh t. Xa21 sượ ươ
đ c bi u hi n khi lây nhi m nhân t o Xoo ho c khi gây t n th ng c gi i trên cây.ượ ươ ơ
Xa21 là m t gen R qui đ nh tính kháng vào giai đo n tr ng thành ưở c a cây lúa.
xa5. Đây gen kháng l n, qui đ nh tính kháng ph r ng (ít nh t đã đ c ch ng minh ượ
trên nhi u race Xoo c a Philippin Vi t Nam). xa5 hóa ti u ph n γ c a y u tế
phiên mã TFIIA (y u t phiên hoàn ch nh ký hi uTFIIAế )γ. Tính kháng l n c a
xa5 có th đ c gi i thích nh sau ư ư : xa5 Xa5 mã hóa các isoform c a TFIIA γ (ch
khác nhau aa s 39) và do đó có ái l c liên k t khác nhau v i vùng ho t hóa phiên mã ế
(Activated Domain AD) c a AvrXa5 c a vi khu n (AvrXa5 m t Avr thu c h
AvrBs3 c a vi khu n, ch ng 4). AvrXa5 liên k t v i isoform TFIIA ươ ế γ Xa5 (gen tr i
trên gi ng nhi m) d n t i ho t hóa các gen c a ký ch có l i cho s gây b nh. Trái l i
AvrXa5 không liên k tế v i isoform TFIIA γ xa5 (gen l n trên gi ng kháng) d n t i các
gen c a ch l i cho s gây b nh không đ c bi u hi n, h u qu cây kháng ượ
b nh.
Xa1. Đây gen kháng tr i thu c nhóm NBS-LRR. Xa1 đ c đi m c u trúc ch c
năng t ng t gen RPS2 trên cây Arabidopsis, gen N trên cây thu c gen L6 trênươ
cây lanh. T n th ng c gi i s nhi m b nh do Xoo c m ng bi u hi n gen Xa1. ươ ơ
Xa1 qui đ nh tính kháng cao nh ng ph hep, ch ng đ c các ch ng thu c race1 cua ư ượ
Nh t.
Xa27. Đây là gen kháng ph r ng ch ng đ c nhi u ch ng Xoo. Tính kháng c a Xa27 ượ
di truy n theo ki u bán tr i. Các allen c a locus Xa27 hóa cho các protein đ ng
nh t (có nghĩa protein Xa27 gi ng h t protein xa27). Đi u này cho th y s khác nhau
v tính kháng cây Xa27 tính m n c m cây xa27 do s khác nhau v trình t
nts trên vùng promotor c a gen Xa27/xa27. Ng i ta đã ch ng minh b ng th c nghi m ườ
ch gen Xa27 đ c bi u hi n khi nhi m v i Xoo mang gen AvrXa27 (là m t Avr ượ
thu c h AvrBs3 c a vi khu n, ch ng 4). AvrXa27 t ng tác v í vùng promotor c a ươ ươ ơ
gen Xa27, kích ho t s bi u hi n c a gen này và d n t i tính kháng.
2.4. Đa d ng c a vi khu n X oo
Vi khu n Xoo tính đa d ng cao. T i nay (2007), kho ng 30 race vi khu n đã đ c ượ
công b t nhi u n c trên th gi i d a vào đ c tính gây b nh trên các b gi ng ch ướ ế
th ho c d a vào các nghiên c u phân t . Tuy nhiên, đ c đánh giá đ c l p nên các ượ
race t các n c không gi ng nhau (m c th chung hi u). d các isolates ướ
Philippin đ c chia thành 10 race (ký hi u race 1, 2....10) còn các isolates c a Trungượ
Qu c đ c chia thành 9 races (cũng hi u race 1, 3, 3....9) các race c a Trung ượ
Qu c không t ng ng v i các race c a Philippin. Nhi u nghiên c u đã ch ng minh ươ
5