Giáo trình MIỄN DỊCH THỰC vật

Miễn dịch (immunity) có nguồn gốc từ từ la tinh “immunitas” có nghĩa là “ngoại lệ” chẳng hạn như “không phải phục vụ quân đội”, “không phải trả thuế và các dịch vụ công cộng khác”. Trong văn học Roman, “immunity” có nghĩa rộng hơn như khả năng sống sót khi bị nhiễm độc hoặc là bị bệnh truyền nhiễm. 1.2. Định nghĩa miễn dịch thực vật Hiện nay, miễn dịch (immunity) là một thuật ngữ y học mô tả trạng thái có đủ sự phòng thủ sinh học nhằm chống lại sự nhiễm bệnh hoặc sự tấn công của các tác nhân sinh học. Tương tự, đối với thực vật, miễn dịch, cũng có thể được hiểu là khả năng của cây duy trì sự không bị bệnh trước sự tấn công của các tác nhân sinh học. Cần chú ý là theo sự phân chia truyền thống thì tác nhân gây bệnh bao gồm các vi sinh vật (ví dụ như nấm, vi khuẩn), virus, tuyến trùng và các tác nhân do môi trường bất lợi. Tuy nhiên, hiện nay, một số ý kiến, căn cứ vào định nghĩa bệnh cây, cho rằng côn trùng (đặc biệt là nhóm côn trùng chích hút) cũng có thể gây ra bệnh. Miễn dịch trong môn học miễn dịch thực vật cần phải được hiểu rộng hơn là khả năng của cây chống lại ở mọi mức độ sự tấn công của tác nhân gây bệnh nhờ các đặc điểm cấu trúc và di truyền. Theo nghĩa rộng này, miễn dịch thực vật có thể được hiểu là tính kháng của cây với tác nhân gây bệnh.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

Mục lục

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU VỀ MIỄN DỊCH THỰC VẬT 6

1 Định nghĩa và đối tượng nghiên cứu 6

1.1 Nguồn gốc từ miễn dịch (immunity) 6

1.2 Định nghĩa miễn dịch thực vật 6

1.3 Đối tượng nghiên cứu 6

2 Lịch sử miễn dịch động vật 6

2.1 Lịch sử miễn dịch thực vật 7

3 So sánh miễn dịch ở động vật và thực vật 8

3.1 Sự khác nhau 8

3.2 Sự giống nhau 8

4 Các khái niệm cơ bản về tính kháng bệnh thực vật 9

CHƯƠNG 2 CƠ CHẾ GÂY BỆNH CỦA TÁC NHÂN GÂY BỆNH 12

1 Cấu tạo tế bào thực vật 12

1.1 Vách tế bào 12

1.1.1 Phiến giữa (middle lamella) 12

1.1.2 Vách sơ cấp (primary cell wall) 12

1.1.3 Vách thứ cấp (secondary cell wall) 12

1.1.4 Các chất cấu tạo nên vách tế bào 12

1.2 Màng tế bào 13

1.3 Các chất bề mặt của cây 13

2 Đặc điểm chung của tác nhân gây bệnh cây 13

2.1 Nấm gây bệnh cây 13

2.2 Vi khuẩn gây bệnh cây 14

2.3 Virus thực vật 14

3 Cơ chế gây bệnh của tác nhân gây bệnh 15

4 Quá trình xâm nhập của tác nhân gây bệnh vào trong cây và tế bào 15

4.1 Xâm nhập (penetration)của nấm vào trong cây 15

4.1.1 Trực tiếp qua bề mặt ký chủ nguyên vẹn (chủ động) 15

4.1.2 Qua lỗ mở tự nhiên (thụ động) 16

4.1.3 Qua các vết thương cơ giới, các vết nứt tự nhiên (thụ động) 16

4.2 Xâm nhập của vi khuẩn 16

4.2.1 Xâm nhập của virus, mollicute (phytoplasma, spiroplasma) 16

4.3 Dinh dưỡng ký sinh của tác nhân gây bệnh 16

4.4 Các enzyme của tác nhân gây bệnh 17

4.4.1 Các enzyme phân hủy vách tế bào 17

4.4.2 Enzyme phân giải vật chất trong tế bào ký chủ 18

4.5 Độc tố của tác nhân gây bệnh 18

4.5.1 Độc tố không chọn lọc ký chủ (NST) 18

4.5.2 Các độc tố chọn lọc ký chủ (HST) 20

4.6 Hocmon thực vật 20

4.6.1 Auxins 20

4.6.2 Gibberellins 21

4.6.3 Cytokinin 21

4.6.4 Ethylene 21

4.7 Khái niệm tính gây bệnh, tính độc của tác nhân gây bệnh 22

4.8 Phân loại tác nhân gây bệnh theo tính ký sinh 22

4.9 Phân loại tác nhân gây bệnh theo phương thức sử dụng nguồn dinh dưỡng 23

CHƯƠNG 3: CÁC BIỂU HIỆN CỦA TÍNH KHÁNG 25

1 Giới thiệu 25

2 Phòng thủ thụ động 25

2.1 Phòng thủ nhờ rào cản vật lý có sẵn 25

2.2 Phòng thủ nhờ các chất hóa học có sẵn 26

2.2.1 Các chất ức chế được cây tiết ra bên ngoài 26

2.2.2 Các chất ức chế có sẵn trong tế bào cây 26

3 Phòng thủ chủ động 27

3.1 Phòng thủ chủ động nhờ hình thành các cấu trúc bảo vệ 27

3.1.1 Phản ứng phòng thủ tế bào chất 27

3.1.2 Hình thành cấu trúc phòng thủ vách tế bào 27

3.1.3 Hình thành cấu trúc phòng thủ mô 27

3.2 Phòng thủ chủ động sinh hóa 28

3.2.1 Phytoalexin 28

3.2.2 Các hợp chất phenolic 29

3.2.3 PR protein (pathogenesis-related protein) 29

4 Sự chết tế bào được lập trình (Programmed Cell Death – PCD), Apostosis và phản ứng siêu nhạy (Hypersensitive Responnd – HR)31 4.1 Sự chết tế bào được lập trình (PCD) 31

4.2 Tự thực bào (Autophagy) 31

4.3 Apoptosis 31

4.4 Phản ứng siêu nhạy 32

CHƯƠNG 4: THUYẾT GEN ĐỐI GEN 33

1 Giới thiệu 33

2 Thí nghiệm về bệnh gỉ sắt cây lanh của Flor 33

2.1 Vòng đời nấm gỉ sắt Melampsora lini 33

2.2 Kỹ thuật phân tích lai nấm M lini 34

2.3 Đặc điểm cây ký chủ 34

2.4 Các thí nghiệm của Flor 35

3 Khái niệm gen - đối – gen 35

3.1 Khái niệm 35

3.2 Đặc điểm quan hệ gen-đối-gen 36

4 Đặc điểm của gen không độc (gen Avr) của ký sinh 36

5 Gen kháng R và protein R 38

5.1 Pto 38

5.2 CNL (CC-NB-LRR) 38

5.3 TNL (TIR-NB-LRR) 38

5.4 Cf 39

5.5 Xa21 39

6 Tương tác giữa protein R và Avr 39

6.1 Tương tác trực tiếp – mô hình Elicitor – Receptor 39

6.2 Tương tác gián tiếp – mô hình bảo vệ (Guard model) 40

7 Đồng tiến hóa giữa gen Avr và gen R 40

7.1 Sự đa dang trong quần thể tác nhân gây bệnh 40

7.1.1 Nấm - Sinh sản hữu tính 40

7.1.2 Nấm – chuyển gen theo chiều ngang 41

7.1.3 Nấm – Đột biến 41

7.1.4 Vi khuẩn – sinh sản hữu tính 41

7.1.5 Vi khuẩn – đột biến 42

7.1.6 Virus – tái tổ hợp 42

7.1.7 Virus – đột biến 42

7.2 Các yếu tố điều khiển sự tiến hóa của tác nhân gây bệnh 42

7.3 Đồng tiến hóa giữa gen Avr và gen kháng R 43

7.3.1 Đồng tiến hóa trong sản xuất nông nghiệp 43

7.3.2 Đồng tiến hóa trong hệ sinh thái tự nhiên 43

CHƯƠNG 5: MIỄN DỊCH BẨM SINH 46

1 Quan hệ giữa vi sinh vật và cây 46

2 Miễn dịch bẩm sinh (innate immunity) ở động vật máu nóng 46 3 Miễn dịch bẩm sinh (innate immunity) ở thực vật 46

3.1 Tính kháng không đặc hiệu (Non-specific resistance) 47

3.2 Tính kháng đặc hiệu (tính kháng đặc hiệu giống cây/chủng tác nhân gây bệnh 48

4 Các receptor nhận biết PAMP/MAMP/Avr protein 48

5 Nhận biết và tương tác giữa các protein R và PAMP/MAMP/Effector 48

6 Dẫn truyền tín hiệu trong miễn dịch thực vật 49

6.1 Đường hướng salicyclic acid (SA) 49

6.2 Đường hướng dẫn truyền JA và ET 49

6.3 Giao tiếp chéo (cross talk) giữa đường hướng SA và JA/ET 50

6.4 Dòng thác ion và sự đốt cháy oxy hóa 50

6.5 Đường hướng MAPK (Mitogen Activated Protein Kinases) 51

CHƯƠNG 6 TÍNH KHÁNG TẬP NHIỄM HỆ THỐNG 52

1 Định nghĩa 52

1.1 Các hóa chất ngoại bào có khả năng cảm ứng SAR 52

CHƯƠN 7 MIỄN DỊCH TV ĐỖI VỚI MỘT SÔ BỆNH 54

1 Bệnh đạo ôn (tham khảo giáo trình bệnh cây nông nghiệp) 54 1.1 Triệu chứng 54

1.2 Tác nhân gây bệnh: 54

1.3 Xâm nhiễm gây bệnh 54

1.4 R và Avr proteins 55

1.5 Đa dạng của nấm/ Bộ giống chỉ thị 55

1.6 Quần thể nấm P oryzae tại miền Bắc Việt Nam 56

1.7 Các giống kháng nhiễm 56

2 Bệnh bạc lá (tham khảo giáo trình bệnh cây nông nghiệp) 56

2.1 Tác nhân gây bệnh 56

2.2 Xâm nhiễm gây bệnh 57

2.3 R và Avr gen 57

2.4 Đa dạng của vi khuẩn Xoo 58

2.5 Đa dạng của Xoo tại Việt Nam 59

2.6 Các giống kháng nhiễm tại Việt nam 59

3 Bệnh xoăn lá cà chua (begomovirus) 59

3.1 Triệu chứng bệnh 59

3.2 Nguyên nhân gây bệnh 59

3.2.1 Tác nhân gây bệnh là một phức hợp loài 59

3.2.2 Hình thái của begomovirus gây bệnh xoăn vàng lá cà chua 60

3.2.3 Đặc điểm bộ gien của begomovirus gây bệnh xoăn vàng lá cà chua 60

3.3 Xâm nhiễm gây bệnh 61

3.3.1 Lan truyền của begomovirus 61

3.3.2 Tái sinh (sinh sản) của begomovirus 61

3.4 Tính kháng đối với begomovirus 61

3.4.1 Tính kháng của begomovirus thông qua gen kháng 61

3.4.2 RNA silencing và begomovirus 61

3.5 Bệnh xoăn lá cà chua ở Việt Nam 62

CHƯƠNG 8 CHỌN TẠO GIỐNG KHÁNG 63

1 Giới thiệu 63

2 Đa dạng của quần thể tác nhân gây bệnh 63

2.1 Đa dạng của tác nhân gây bệnh 63

2.2 Các kỹ thuật dùng để nghiên cứu mức độ đa dạng của tác nhân gây bệnh là: 64

2.2.1 Sử dụng giống chỉ thị (khái niệm và ví dụ: xem chương ) 64

2.2.2 Các phân tích phân tử 64

3 Xác định nguồn gen kháng 66

3.1 Sự đa dạng của thực vât 66

3.2 Nguồn gen kháng 66

4 Lựa chọn gen kháng 67

4.1 Vai trò của tính kháng ngang và kháng dọc trong tạo giống kháng 67

4.1.1 Tính kháng dọc 67

4.1.2 Tính kháng ngang 68

4.2 Lựa chọn gen kháng 69

5 Sử dụng marker phân tử trong chọn tạo giống kháng 69

6 Đánh giá tính kháng 70

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU VỀ MIỄN DỊCH THỰC VẬT

1 Định nghĩa và đối tượng nghiên cứu

1.1 Nguồn gốc từ miễn dịch (immunity)

Miễn dịch (immunity) có nguồn gốc từ từ la tinh “immunitas” có nghĩa là “ngoại lệ”chẳng hạn như “không phải phục vụ quân đội”, “không phải trả thuế và các dịch vụ côngcộng khác” Trong văn học Roman, “immunity” có nghĩa rộng hơn như khả năng sống sót khi

bị nhiễm độc hoặc là bị bệnh truyền nhiễm

1.2 Định nghĩa miễn dịch thực vật

Hiện nay, miễn dịch (immunity) là một thuật ngữ y học mô tả trạng thái có đủ sự phòngthủ sinh học nhằm chống lại sự nhiễm bệnh hoặc sự tấn công của các tác nhân sinh học.Tương tự, đối với thực vật, miễn dịch, cũng có thể được hiểu là khả năng của cây duy trì sựkhông bị bệnh trước sự tấn công của các tác nhân sinh học Cần chú ý là theo sự phân chiatruyền thống thì tác nhân gây bệnh bao gồm các vi sinh vật (ví dụ như nấm, vi khuẩn), virus,tuyến trùng và các tác nhân do môi trường bất lợi Tuy nhiên, hiện nay, một số ý kiến, căn cứvào định nghĩa bệnh cây, cho rằng côn trùng (đặc biệt là nhóm côn trùng chích hút) cũng cóthể gây ra bệnh

Miễn dịch trong môn học miễn dịch thực vật cần phải được hiểu rộng hơn là khả năng

của cây chống lại ở mọi mức độ sự tấn công của tác nhân gây bệnh nhờ các đặc điểm cấu trúc và di truyền Theo nghĩa rộng này, miễn dịch thực vật có thể được hiểu là tính kháng của

cây với tác nhân gây bệnh

1.3 Đối tượng nghiên cứu

Miễn dịch thực vật, do vậy, nghiên cứu sự tương tác giữa tác nhân gây bệnh và cây ký chủ trong quá trình gây bệnh nhằm hiểu và ứng dụng khả năng kháng bệnh của cây.

2 Lịch sử miễn dịch động vật

Miễn dịch động vật, vẫn thường được gọi là miễn dịch học, là một ngành khoa họcquan trọng trong y học và thú y học Nhiều khám phá lịch sử đã được phát hiện hoặc ngẫunhiên hoặc gắn liền với nhiều tên tuổi lớn trong khoa học sinh học

Phương pháp chủng đậu của người Trung Quốc và Ấn Độ Bệnh đậu mùa trên người

do Variola major virus (chi Orthpoxvirus) xuất hiện khoảng 10.000 năm trước công nguyên,

và là một trong nhưng bệnh nguy hiểm trên người, đặc biệt trên trẻ em Từ 20 – 60 % ngườinhiễm bệnh (trong đó 80% là trẻ em) có thể bị chết Bệnh đã gây ra khoảng 300-500 triệungười chết trong thế kỷ 20 Năm 1979, Tổ chức Y tế thế giới (WHO) đã tuyên bố xóa bỏđược bệnh nhờ các chiến dịch tiêm chủng vacxin trong suốt 2 thế kỷ 19 và 20 Từ nhiều thế

kỷ trước, người Trung Quốc và Ấn Độ (khoảng thế kỷ 16) đã biết chữa bệnh bằng cách

nghiền vảy đậu mùa từ người bệnh, sau đó nhỏ vào mũi hoặc bôi vào vết cắt trên da ngườikhỏe để phòng bệnh Vào khoảng 1720, bà Mary Montagu, vợ một đại sứ người Anh tại ThổNhĩ Kỳ đã giới thiệu phương pháp chủng đậu của người Thổ (tương tự như của người Ấn vàngười Trung Quốc) vào Tây Âu.

Phương pháp tạo miễn dịch chéo Cuối thế kỷ 18, Edward Jenner, một dược sĩ người

Anh, đã nghe được thông tin rằng có một cô gái không bị bệnh đậu mùa vì cô đã bị bệnh đậu

bò (do Cowpox virus, một virus cùng chi Orthpoxvirus với virus đậu mùa), một bệnh trên gia

súc và cả người nhưng triệu chứng nhẹ hơn nhiều Thông tin này đã gợi ý Jenner thực hiện thínghiệm chủng đậu người khỏe bằng cách sử dụng vết bệnh lấy trên da của người bị bệnh đậu

bò nhằm chống lại bệnh đậu mùa Phương pháp của Jenner, sau đó được sử dụng rộng rãi ởAnh Vào năm1838, chính phủ Anh thông qua luật chủng đậu miễn phí cho người dân, và 20năm sau (1858), chủng đậu là bắt buộc tại Anh

Phương pháp tạo miễn dịch dùng tác nhân gây bệnh nhược độc Phương pháp này

gắn liền với tên tuổi của Louis Pasteur, một nhà hóa học và vi sinh vật học người Pháp Ông

đã khám phá ra kỹ thuật tiêm chủng này nhờ các nghiên cứu về bệnh tả gà (Pasteurella

multocida), bệnh than (Bacillus anthracis) và bệnh dại (Rabies virus)

2.1 Lịch sử miễn dịch thực vật

1894, Ericksson đã phát hiện thấy nấm gỉ sắt cây cốc (Puccinia graminis) gồm các

chủng sinh lý không thể phân biệt được về hình thái nhưng khác nhau về tính gây bệnh trêncây ký chủ (ví dụ một số chủng nấm gây bệnh trên lúa mỳ nhưng không gây bệnh trên đạimạch và tiểu mach) Hiện nay, các chủng sinh lý này đã được xác định là:

- Puccinia graminis f.sp tritici gây hại lúa mỳ (wheat)

- P graminis f.sp avenae gây hại đại mạch (oat)

- P graminis f.sp secalis gây hại tiểu mach (barley)

1902, Ward và 1915, Stakman Khi nghiên cứu bệnh gỉ sắt lúa mỳ, các tác giả này đãghi nhận phản ứng chết hoại rất nhanh trên mô lúa mỳ do nấm và gọi phản ứng này là “phảnứng siêu nhạy, hypersensitive respond”

1964, Klement và đồng nghiệp ghi nhận rằng phản ứng siêu nhạy cũng xảy ra đối vớicây bị vi khuẩn tấn công Cần chú ý là vào năm 1972, phản ứng siêu nhạy cũng được pháthiện trên động vật và được gọi là phản ứng apoptosis Apotosis hiện đang là lĩnh vực nghiêncứu rất hấp dẫn trong sinh học (y học, thú y học và bệnh cây, xem chương )

1905, Biffen cho biết tính kháng bệnh gỉ sắt của 2 giống lúa mỳ (Michigan Bronze (S)

và Rivet (R)) di truyền được theo luật Mendel

1909, Orton, khi nghiên cứu bệnh héo Fusarium (Fusarium oxysporum) trên bông, dưa

hấu và đậu đã phân biệt các khái niệm kháng bệnh (resistance), thoát bệnh (escape), chịubệnh (tolerance)

1914, Stakman và đồng nghiệp đưa ra khái niệm rằng các chủng khác nhau của cùngmột loài tác nhân gây bệnh không thể phân biệt được về hình thái nhưng có thể phân biệtđược trên cở sở tính gây bệnh khác nhau trên các giống khác nhau của cùng một loài cây kýchủ Điều này giải thích tại sao (i) một giống cây kháng bệnh tại vùng này nhưng có thểnhiễm bệnh ở vùng khác, (ii) tính kháng bệnh thay đổi từ năm này sang năm khác và (iii) tạisao các giống kháng bỗng trở lên nhiễm bệnh bất thình lình Tất cả đều do sự có mặt hay sựthay đổi thành phần chủng sinh lý của tác nhân gây bệnh

1940-1965 Flor, một nhà bệnh cây Mỹ, khi nghiên cứu bệnh gỉ sắt cây lanh đã phát

hiện thấy rằng: đối với mỗi gen qui định tính kháng trong cây ký chủ thì 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” Ông

đặt tên mối quan hệ này là quan hệ gen-đối-gen (gene-for-gene) và thuyết do ông khám phá được gọi là thuyết gen-đối-gen Ông được xem là một trong những nhà khoa học có công

lao nhất và thuyết gen-đối-gen là một trong những thuyết quan trọng nhất trong lĩnh vực tínhkháng bệnh cũng như bệnh học thực vật Ngày nay, nhiều khía cạnh trong thuyêt gen-đối-gen

đã được chứng minh và bổ sung ở mức phân tử

1963, Vanderplank cho biết có hai loại tính kháng: (1) tính kháng dọc (verticalresistance) được điều khiển bởi một vài gen kháng chủ (“major” resistance gene), có tínhkháng cao nhưng chỉ chống một hay một vài chủng tác nhân gây bệnh; và (2) tính khángngang (horizontal resistance) do nhiều gen kháng thứ (“minor” resistance gene) có tính khángyếu nhưng chống được tất cả các chủng tác nhân gây bệnh Vanderplank cũng được xem lànhà khoa học có đóng góp lớn trong bệnh cây học

3 So sánh miễn dịch ở động vật và thực vật

Trong những năm gần đây, các nhà nghiên cứu thường so sánh tính kháng của thực vậtvới tính miễn dịch của động vật và đã áp dụng nhiều khái niệm của miễn dịch động vật vàonghiên cứu tính kháng thực vật Cơ chế miễn dịch động vật với tính kháng thực vật chia sẻnhiều điểm khác nhau nhưng cũng có nhiều điểm giống nhau

3.1 Sự khác nhau

Sự khác nhau dễ thấy nhất là động vật máu nóng có hệ miễn dịch còn thực vật không có Hệ miễn dịch của động vật máu nóng bao gồm các cơ quan có thẩm quyền miễn

dịch và các tế bào có thẩm quyền miễn dịch Các cơ quan có thẩm quyền miễn dịch (tuyến

ức, lách, tủy ) là nơi sản sinh, duy trì, biệt hoá và điều khiển sự hoạt động của các tế bào cóthẩm quyền miễn dịch Các tế bào có thẩm quyền miễn dịch (chủ yếu gồm 2 loại là lymphobào B và lympho bào T) tham gia vào quá trình đáp ứng miễn dịch của cơ thể nhằm chống lạicác tác nhân lạ xâm nhập Có 2 kiểu đáp ứng miễn dịch:

Kiểu đáp ứng miễn dịch dịch thể: Khi kháng nguyên xâm nhập vào cơ thể, bị đại thực

bào vây bắt, xử lý và trình diện cho lympho bào T Lympho bào T trở thành trợ bào T Trợ

bào T hoạt hóa lympho bào B thành tế bào plasma để sản xuất ra kháng thể dịch thể Các

kháng thể dịch thể chính là các globulin miễn dịch (Immuno globulin = Ig) bao gồm 5 lớp làIgG, IgM, IgA, IgD và IgE Kháng thể dịch thể tồn tại trong dịch cơ thể (huyết tương) và sẽkết hợp đặc hiệu với kháng nguyên Ở một số ít trường hợp, kháng nguyên có thể kích thíchtrực tiếp lympho bào B thành tế bào plasma

Kiểu đáp ứng miễn dịch tế bào: Khi kháng nguyên xâm nhập vào cơ thể, bị đại thực bào

vây bắt, xử lý và trình diện cho lympho bào T Lympho bào T được biệt hoá thành lympho

bào T mẫn cảm kháng nguyên và chính bản thân chúng là kháng thể tế bào Kháng thể cũng

kết hợp đặc hiệu với kháng nguyên

3.2 Sự giống nhau

Ở mức độ phân tử và tế bào, phản ứng phòng thủ của thực vật và động vật chia sẻ

nhiều đặc điểm chung mà quan trọng nhất là quá trình nhận biết và khởi động phản ứng

kháng hay miễn dịch.

Để có thể kích hoạt các phản ứng kháng hay miễn dịch, tế bào động vật cũng như thựcvật phải có khả năng nhận biết được các tác nhân vi sinh vật ngoại lai Các tác nhân vi sinhvật hình thành các phân tử chứa các vùng bào thủ (gọi là các mô hình phân tử) có nguồn gốc

vi sinh vật (gây bệnh hay không gây bệnh) Các phân tử này có ký hiệu là MAMP/PAMP

(Microbe/Pathogen-Associated Molecular Pattern) Một số ví dụ về các MAMP/PAMP của vi

sinh vật là lipopolysacharide (LPS) của vi khuẩn Gram (-), peptidoglycan của vi khuẩn Gram(+), flagellin của lông roi vi khuẩn; glucan, chitin của vách tế bào nấm Một trong những đặcđiểm quan trọng là các MAMP/PAMP khá bảo thủ; điều này dẫn tới các receptor nhận biếtcác phân tử này (PRR, viết tắt từ Pattern Recognition Receptor) tức là nhận biếtPAMP/MAMP khá giống nhau ở động vật và thực vật Các PRR của động vật là các proteinnhư Toll receptor của ruồi dấm, Toll-like receptor (TLR) của các động vật khác (kể cảInterleukin receptor của động vật máu nóng) Các PRR của thực vật là nhiều loại proteinkháng (gọi là các protein R = Resistance protein)

Các PRR này có đặc điểm cấu trúc giống nhau, chẳng hạn có vùng lặp giàu leucine ở

đầu carboxyl (gọi là vùng LRR, viết tắt từ Leucine Rich Repeats) – là nơi nhận biếtMAMP/PAMP; vùng TIR (viết tắt từ Toll – Interleukin 1 Receptor) ở đầu amin

Các PRR này có đặc điểm chức năng giống nhau là nhận biết MAMP/PAMP và khởi

động phản ứng miễn dịch/kháng kháng bẩm sinh

4 Các khái niệm cơ bản về tính kháng bệnh thực vật

Tính kháng (resistance) Là khả năng loại bỏ hoặc khắc phục hoàn toàn, hoặc ở mức

độ nào đó, ảnh hưởng của tác nhân gây bệnh hoặc các yếu tố gây hại

Miễn dịch (Immunity) Nghĩa hẹp là dạng cực kháng, có nghĩa tác nhân gây bệnh

không thể gây bệnh cho cây (chú ý phân biệt với nghĩa rộng của miễn dịch thực vật)

Bệnh là ngoại lệ chứ không phải qui luật Cây thường không bị bệnh mặc dù trong

suốt đời sống của mình cây có thể tiếp xúc với rất nhiều tác nhân gây bệnh Mỗi loài câytrung bình bị tấn công bởi khoảng 100 loại tác nhân gây bệnh khác nhau; và mỗi một cá thểcây có thể bị hàng trăm tới hàng trăm ngàn cá thể của 1 loại tác nhân gây bệnh Mặc dù có thểchịu thiệt hại nhưng cây vẫn tồn tại, và nhìn chung sinh trưởng và phát triển tốt

Nếu tác nhân gây bệnh có thể tiếp xúc nhưng hoàn toàn không gây bệnh cho cây thì cây

được gọi là cây phi ký chủ (non-host) của tác nhân gây bệnh và tính kháng của cây trong trường hợp này được gọi là tính kháng phi kí chủ (non-host resistance) hay còn được gọi là

tính kháng cơ bản (basic resistance) Tương tác giữa tác nhân gây bệnh và cây, trong trường

hợp này được gọi là tương tác không tương hợp (incompatible intereaction) Cây phi kí chủ

của một tác nhân gây bệnh đôi khi được gọi là miễn dịch đối với tác nhân gây bệnh đó

Ví dụ mối quan hệ giữa nấm đạo ôn lúa với cây cà chua

Nếu tác nhân gây bệnh tiếp xúc và có thể gây bệnh ở một mức độ nào đó đối với cây thì

cây, trong trường hợp này, được gọi là cây ký chủ (host) và tính kháng của cây được goi là

tính kháng ký chủ (host resistance) Tính kháng ký chủ được chia thành 2 loại: tính kháng

đặc hiệu chủng (race-specific resistance) và tính kháng không đặc hiệu chủng specific resistance)

(race-none-Tính kháng không đặc hiệu chủng (Race-non-specific resistance): (race-none-Tính kháng yếu

nhưng kháng được đối với tất cả kiểu gen của 1 tác nhân gây bênh Tính kháng không đặc

hiệu chủng còn được gọi là tính kháng ngang (horizontal resistance).

Tính kháng đặc hiệu chủng (Race-specific resistance): Tính kháng cao nhưng chỉ

kháng được một số kiểu gen (chủng, nòi) của tác nhân gây bệnh Tính kháng đặc hiệu chủng

còn được gọi là tính kháng dọc (vertical resistance).

Tính kháng bẩm sinh (Innate resistance): Tính kháng do tiềm năng di truyền qui định Tính kháng tạo được (Acquired resistance=induced resistance) Tính kháng hình thành

hoặc cục bộ hoặc hệ thống trên cây ký chủ mẫn cảm khi bị kích thích bởi tác nhân gây bệnhhoặc yếu tố vô sinh

Tính kháng cả đời (hay còn gọi là tính kháng cây con) (Seedling or overall resistance):

Tính kháng biểu hiện ở tất cả các giai đoạn của cây Việc chọn tính kháng thường làm ở giaiđoạn cây con Tính kháng này thường được điều khiển bởi các các gen chủ đặc hiệu chủng

Tính kháng mô trưởng thành (Mature tissue resistance): Ở một số loài cây, chỉ có mô

non mẫn cảm với bệnh còn các mô già hoàn toàn kháng

Tính kháng cây trưởng thành (Adult plant resistance): Tính kháng chỉ biểu hiện khi

cây trưởng thành, thường do các gen chủ đặc hiệu chủng điều khiển

Tính kháng gen chủ (Major gene resistance): Tính kháng được qui định bởi một hoặc

vài gen có ảnh hưởng lớn đến sự biểu hiện tính kháng Mức độ lớn này đủ để tạo ra các tínhtrạng kháng riêng rẽ không liên tục

Tính kháng gen thứ (Minor gene resistance): Tính kháng được qui định bởi các gen có

ảnh hưởng nhỏ đến biểu hiện tính kháng Mức độ nhỏ này tạo ra tính trạng kháng liên tục

Tính kháng đơn gen (Monogenic resistance): tính kháng được điều khiển bởi chỉ 1

gen, thường là gen chủ

Tính kháng đa gen (polygenic resistance): tính kháng được điều khiển bởi nhiều gen,

thường là các gen thứ

Tính kháng chất lượng (quanlitative resistance): Kiểu gen cây ký chủ không có sự

biến động liên tuc trong tính kháng Kiểu gen kháng và mẫn cảm có thể phân biệt dễ dàng

Tính kháng số lượng (Quatitative resistance-QR): Kiểu gen của cây ký chủ có sự biến

động liên tuc trong biểu hiện tính kháng từ kháng rất nhẹ tới khá kháng Hầu hết các giốngcây đều có tính kháng số lượng

Tính kháng đồng ruộng (Field resistance): Tính kháng biểu hiện tốt nhất trên đồng

ruộng, thường là tính kháng số lượng

Tính kháng bền vững (Durable resistance): Tính kháng duy trì trong thời gian lâu dưới

tác động của tác nhân gây bệnh

Tính kháng ổn định (Stable resistance): Đôi khi dùng sai theo nghĩa tính kháng bền

vững Nghĩa đúng là tính kháng được biểu hiện ở nhiều điều kiện sinh trưởng khác nhau Ví

dụ nhiều gen kháng bệnh gỉ sắt của cây ngũ cốc mẫn cảm với nhiệt độ nên có thể được xem

là có tính kháng không ổn định

Tính kháng biểu kiến (apparent resistance) Trong một số điều kiện nào đó, mặc dù tác

nhân gây bệnh và ký chủ là tương hợp với nhau (thậm chí ký chủ rất mẫn cảm) nhưng cây cóthể không bị nhiễm bệnh hoặc nhiễm bệnh nhưng không biểu hiện triệu chứng hoặc triệuchứng không đáng kể Trường hợp này được gọi là tính kháng biểu kiến Tính kháng biểukiến gồm 2 loại: sự thoát bệnh và chịu bệnh

- Sự thoát bệnh (Disease escape) Một cây (giống cây) ký chủ mẫn cảm có thể thoát bệnh

nếu 3 thành phần cần thiết cho sự hình thành và phát triển bệnh (ký chủ mẫn cảm, tác

nhân gây bệnh độc và môi trường thuận lợi) không trùng khớp và tương tác với nhau tạithời điểm thích hợp hoặc với thời lượng đủ

- Tính chịu bệnh (Tolerance) Tính chịu bệnh là khả năng của cây bị nhiễm bệnh nhưng

không bị ảnh hưởng nhiều đến sinh trưởng và sinh sản Cần chú ý là, mặc dù có ý kiếncho rằng chịu bệnh là một dạng của kháng bệnh, thì sự khác nhau căn bản ở đây là đối vớitính chịu bệnh, cây không biểu hiện bất cứ phản ứng kháng bệnh nào

Phản ứng siêu nhạy: là phản ứng của cây đối với sự nhiễm bệnh trong đó các tế bào bị

xâm nhiễm và các tế bào lân cận chết nhanh chóng tạo ra vết chết hoại, chết cục bộ Vết

chết hoại này sẽ ngăn không cho tác nhân gây bệnh phát triển tiếp

Tài liệu tham khảo đọc thêm

Nurnberger et al 2004 Innate immunity in plants and animals: striking similarities and

obvious differences Immunological Reviews Vol 198: 249–266 Nhằm tìm hiểu sự giốngnhau và khác nhau của MDĐV và MDTV

Marie-Pierre et al 2007 Resistance to pathogens and host developmental stage: a

multifaceted relationship within the plant kingdom New Phytologist 175: 405–416 Nhằmhiểu tính kháng giai đoạn

Vale et al 2001 Concepts in plant disease resistance Fitopatologia Brasileira

26:577-589 Nhằm hiểu các khái niệm tính kháng bệnh

Đọc thêm: http://nfs.unipv.it/nfs/minf/dispense/immunology/immun.html

CHƯƠNG 2 CƠ CHẾ GÂY BỆNH CỦA TÁC NHÂN GÂY

BỆNH

1 Cấu tạo tế bào thực vật

Tế bào thực vật bao gồm 3 phần: vách tế bào (cell wall), màng tế bào (cell membrane)

và tế bào chất (cytoplasm) Các tế bào liên hệ với nhau qua sợi liên bào Hai phần được trình

bày kỹ hơn ở đây là vách tế bào và màng tế bào

1.1 Vách tế bào

Một trong những chức năng sinh học quan trọng của vách tế bào thực vật là bảo vệ tếbào khỏi sự tấn công của các tác nhân gây hại Vách tế bào thực vật gồm 3 lớp, tính từ ngoàivào trong là: phiến giữa, vách sơ cấp và vách thứ cấp Đặc điểm quan trọng của vách tế bào

thực vật là được cấu tạo chủ yếu từ các loại polysaccharid khác nhau như pectin, cellulose,

hemicelulose Ngoài ra, vách tế bào cũng chứa một số các chất khác như glycoprotein, lignin Lignin lấp đầy khoảng không trong vách tế bào giữa các phân tử cellulose,

hemicellulose và pectin Lignin liên kết đồng hóa trị với hemicelulose và do đó tạo mối liênkết chéo giữa các phân tử polysaccharid và tạo sự vững chắc cơ học của vách tế bào

1.1.1.Phiến giữa (middle lamella)

Là lớp phía bên ngoài nhất, có chức năng gắn kết các tế bào với nhau và hình thành lỗ

liên bào Phiến giữa được cấu tạo chủ yếu bằng pectin

1.1.2.Vách sơ cấp (primary cell wall)

Phía dưới phiến giữa là vách sơ cấp Vách sơ cấp hình thành cùng với sự phân chia tế

bào Vách sơ cấp gồm một mạng lưới các vi sợi cấu tạo từ cellulose Hệ sợi này được bao bọc

bởi các chất giống như gel gồm các hợp chất pectic, hemicellulose, và glycoproteins

1.1.3.Vách thứ cấp (secondary cell wall)

Vách thứ cấp hình thành sau khi tế bào đã phát triển đầy đủ Vách thứ cấp rất rắn chắc,

thường phân lớp và được cấu tạo từ cellulose, hemicellulose và lignin

1.1.4.Các chất cấu tạo nên vách tế bào

Pectin Pectin là chuỗi polymer mạch thẳng của galacturonic acid (polygalacturonic

acid), trong đó có chứa một số ít các phân tử đường rhamnose, galactose và xylanose Pectin

là thành phần chủ yếu của phiến giữa vách tế bào nhưng cũng thấy ở vách sơ cấp

Cellulose Cellulose là chuỗi polymer của đường glucose

Hemicellulose Hemicellulose là polymer mạch ngắn, phân nhánh Xyloglucan (chứa

đường xylose) là loại hemicellulose phổ biến nhất gồm chuỗi chính là glucose với các chuỗi

bên là xylose và một số ít đường galactose, arabinose và fucose Hemicellulose hình thànhcác liên kết hydro để liên kết các sợi cellulose với nhau.

Lignin Lignin là polimer có cấu trúc 3 hướng với đơn vị cấu trúc cơ bản nhất là

phenylpropanoid với 1 hoặc nhiều phân tử carbon có 1 nhóm –OH, -OCH3 hoặc =O Ligninrất bền khó bị phân giải bởi vi sinh vật

1.2 Màng tế bào

Phía trong vách tế bào là màng tế bào Màng tế bào có tính thấm chọn lọc và có 2 chứcnăng chính: (i) là rào cản giữ các chất cần thiết bên trong tế bào và ngăn các chất không cầnthiết bên ngoài tế bào, và (ii) là kênh vận chuyển các chất cần thiết vào trong tế bào và thảicác chất không cần thiết ra khỏi tế bào

Màng tế bào (còn được gọi là màng plasma, màng kép phospholipids) là một lớp màng kép được cấu tạo bởi các phân tử phospholipid Phân tử phospholipid gồm 2 phần: phần đầu

phosphate phân cực, ưa nước và phần đuôi lipid không phân cực, ghét nước Các phân tửphospholipids của lớp màng kép xắp xếp sao cho đầu ưa nước hướng ra ngoài (về 2 phía củamàng) và đầu ghét nước hướng vào trong

Gắn vào màng là nhiều loại protein chức năng Các protein nằm vắt ngang màng được

gọi là các protein xuyên màng (transmembrane proteins); các protein gắn phía ngoài màng hướng ra môi trường được gọi là các protein bề mặt; còn các protein gắn trên màng về phía trong tế bào được gọi là các protein ngoại vi (peripheral proteins) Nhiều protein trên màng liên kết với các phân tử carbonhydrate và được gọi là glycoprotein Các protein trên màng có

nhiều chức năng sinh học Một số tham gia quá trình vận chuyển các chất vào và ra tế bào;một số là các phân tử receptor liên kết với các phân tử cung cấp thông tin và sau đó truyền tínhiệu tương ứng vào bên trong tế bào

 Phần lớn nấm có cơ quan sinh trưởng là sợi nấm có cấu tạo dạng sợi, hợp thành một tảnnấm

 Sợi nấm đa bào hoặc đơn bào, phân nhánh

 Không có diệp lục, dị dưỡng

 Sinh sản tạo ra bào tử ; q uá trình xâm nhiễm của nấm thường bắt đầu từ bào tử

 Tế bào sợi nấm có vách tế bào, nhân; tế bào chất có không bào và các bào quan

 Cấu tạo vách tế bào của nấm và các visinh vật giống nấm gồm :

 Nấm thật : vách tế bào gồm 1 lớp chitin (là các chuỗi N-acetyl-D-glucosamine không phân nhánh), 1 lớp β-1,3-glucan và 1 lớp mannoproteins (glycoprotein chứa

đường mannose)

 VSV giống nấm (vd các nấm sương mai): vách tế bào không có chitin nhưng được

cấu tạo bởi cellulose và glucan.

2.2 Vi khuẩn gây bệnh cây

 Hiện có khoảng 1600 loài vi khuẩn, phần lớn hoại sinh (có lợi)

 Khoảng 100 loài gây bệnh thực vật

 Hình thái : Phần lớn hình gậy, 2 đầu tù

 Kích thước : 1 - 3 x 0.3 - 0.5 µm

 Là vi sinh vật tiền nhân (không có nhân thật), đơn bào

 Cấu tạo: Tế bào vi khuẩn cũng gồm 3 phần là vách tế bào, màng tế bào và tế bào chất

o Thể nhân là nhiễm sắc thể (DNA dạng vòng), kích thước lớn

o Plasmid (DNA sợi đơn, dạng vòng, kích thước nhỏ và tái sinh độc lập vớinhiễm sắc thể)

Lông roi

o Phần lớn có lông roi, giúp vi khuẩn di động

o Có thể 1 lông roi (Xanthomonas), 1 chùm lông roi (Pseudomonas) ở đầu hoặc lông roi bao quanh tế bào (Erwinia).

2.3 Virus thực vật

 Hiện có khoảng hơn 2000 loài virus

 Khoảng 1000 loài gây bệnh thực vật

 Cá thể virus được gọi là phân tử virus (virion)

 Phân tử virus có kích thước rất nhỏ (vài chục tới vài trăm nm) nên chỉ có thể quan sát đượcbằng kính hiển vi điện tử (độ phóng đại tối thiểu 100.000 x)

 Hình thái : Hình sợi mềm, hình gậy, hình chùy, hình nhộng và hình cầu đa diện

 Tác nhân gây bệnh đặc biệt không có cấu tạo tế bào

 Thường chỉ gồm hai thành phần chính là acid nucleic và protein

 Axit nucleic của đa số virut thực vật là ARN, một số ít là ADN

 Acid nucleic nằm ở bên trong được bao bọc bằng một lớp vỏ ngoài protein

 Sinh sản : Sau khi xâm nhập tế bào ký chủ, sự tái sinh virus trải qua 4 giai đoạn:

o Tháo vỏ để giải phóng bộ gien virus

o Tổng hợp protein virus

o Tổng hợp bộ gien mới của virus

o Lắp ráp phân tử virus mới

Virus chỉ mã hóa một số ít gien nên sự sinh sản của virus trong tế bào cây phụ thuộchoàn toàn vào bộ máy tổng hợp axit nucleic và protein của ký chủ mặc dù các protein của

virus cũng có tham gia vào quá trình này Ví dụ: Papaya ringspot virus (gây bệnh đốm hình

nhẫn đu đủ có 9 gien

Tham khảo : giáo trình bệnh cây nông nghiệp (2001) hoặc giáo trình bệnh cây đạicương (2007)

3 Cơ chế gây bệnh của tác nhân gây bệnh

Để có thể gây bệnh cho cây, tác nhân gây bệnh nhìn chung cần phải:

 Tiếp xúc khả nhiễm trên bề mặt kí chủ

 Xâm nhập vào trong cây hoặc tế bào

 Thực hiện quá trình dinh dưỡng ký sinh để sinh trưởng và sinh sản

Trong quá trình tiếp xúc khả nhiễm trên bề mặt lá, thân, rễ (trước khi xâm nhập) và cảtrong quá trình dinh dưỡng bên trong mô và tế bào sau khi xâm nhập thì giữa tác nhân gâybệnh và ký chủ hình thành nhiều tương tác hóa học để một mặt tác nhân gây bệnh khắc phụctính kháng của cây và mặt khác cây hình thành tính kháng

Do cấu tạo của thực vật, nhìn chung, tác nhân gây bệnh sử dụng 2 kho vũ khí để xâmnhập và thực hiện quá trình dinh dưỡng là vật lý và hóa học

4 Quá trình xâm nhập của tác nhân gây bệnh vào trong cây và tế bào

4.1 Xâm nhập (penetration)của nấm vào trong cây

Nấm có thể xâm nhập vào trong cây bằng sợi nấm hoặc bào tử Phần lớn nấm xâm nhậpbằng bào tử Trước khi xâm nhập, bào tử phải tiếp xúc với bề mặt ký chủ Gặp điều kiệnthuận lợi (ẩm độ, nhiệt độ), bào tử nấm nảy mầm thành ống mầm Tùy thuộc loại nấm, nấm

có thể xâm nhập vào bên trong cây trực tiếp hoặc gián tiếp

4.1.1.Trực tiếp qua bề mặt ký chủ nguyên vẹn (chủ động)

Nhiều loại nấm có thể xâm nhập trực tiếp qua bề mặt nguyên vẹn (lá, rễ…) của cây kýchủ vào trong cây nhờ lực cơ học và enzyme

 Bào tử một số loại nấm, ví dụ bào tử động nấm Phytophthora (gây bệnh thối gốc rễ)

Plasmodiophora brassicae (gây bệnh sưng rễ bắp cải) nảy mầm thành ống mầm xâm

nhập trực tiếp qua bề mặt rễ Bào tử một số loại nấm, ví dụ bào tử phân sinh nấm

Alternaria (gây bệnh đốm vòng), nảy mầm thành ống mầm xâm nhập trực tiếp qua tầng

cutin của lá Trong quá trình xâm nhập trực tiếp, nấm luôn tiết ra các enzyme để làm mềm

bề mặt tạo điều kiện cho sự xâm nhập

 Đối với một số loại nấm, ví dụ nấm Pyricularia oryzae (gây bệnh đạo ôn lúa),

Colletotrichum (gây bệnh thán thư), Oidium (gây bệnh phấn trắng), bào tử nảy mầm

thành ống mầm Đầu ống mầm hình thành một cấu trúc đặc biệt gọi là giác bám hay còn gọi là vòi áp/vòi bám/đĩa áp (appressorium) Giác bám hình thành đế xâm nhập hay còn

gọi là vòi xâm nhập/móc xâm nhập (penetration peg) đâm xuyên qua mặt ký chủ gồmtầng cutin và vách tế bào Giác bám tích lũy nhiều carbonhydrate, chủ yếu là glycerol và

do áp lực thẩm tích cao sẽ hút nước từ bên ngoài vào trong giác bám và tạo ra một áp suấttrương rất lớn (giác bám của nấm phấn trắng có thể tạo áp suất trương 20-40 at, của nấm

đạo ôn lúa Pyricularia oryzae là khoảng 80 at; để so sánh: áp suất trong lốp xe hơi

khoảng 2-3 at) Áp suất trương cao sẽ cho phép nấm xâm nhập qua bề mặt ký chủ bằng đếxâm nhập dễ dàng Mặc dù sự xâm nhập bằng giác bám và đế xâm nhập là do lực cơ họcnhưng nấm cũng tiết ra các enzym để hỗ trợ sự xâm nhập như các cellulose và pectinase.Trong nhiều trường hợp, ví dụ như ở nấm đạo ôn, sự xâm nhập chỉ có thể xảy ra nếu váchgiác bám tích lũy melanin (sắc tố đen) Sự tích lũy melanin làm vách giác bám rắn cứng

4.1.2.Qua lỗ mở tự nhiên (thụ động)

Một số loại nấm sẽ xâm nhập vào cây qua lỗ mở tự nhiên như khí khổng, thủy khổng,

bì khổng Ví dụ, bào tử nấm Cercospora (gây bệnh đốm mắt cua), bào tử nấm gỉ sắt nảy mầm

thành ống mầm xâm nhập qua khí khổng

4.1.3.Qua các vết thương cơ giới, các vết nứt tự nhiên (thụ động)

Một số nấm có thể xâm nhập qua các vết tổn thương cơ giới hoặc các vết nứt tự nhiên

Ví dụ, bào tử nấm Fusarium oxysporum nảy mầm thành ống mầm xâm nhập qua vết nứt hình

thành khi rễ bên nhú ra từ rễ chính

Cần chú ý là đối với nhiều loài nấm, chúng có thể vừa xâm nhập chủ động, vừa xâmnhập chủ động

4.2 Xâm nhập của vi khuẩn

Mặc dù vi khuẩn có thể di động nhờ lông roi trong màng nước nhưng do không có khảnăng tự xuyên thủng bề mặt nguyên vẹn của ký chủ nên phần lớn vi khuẩn xâm nhập vào câyhoàn toàn thụ động qua lỗ mở tự nhiên như khí khổng, thuỷ khổng, và qua vết thương cơ giớitrên lá, rễ Trên lá, điều kiện có màng nước là cần thiết để vi khuẩn di chuyển tới lỗ mở.Một số vi khuẩn lan truyền nhờ vector sẽ xâm nhập vào cây nhờ vector như vi khuẩn

Erwinia tracheiphila (gây bệnh héo bầu bí) xâm nhập nhờ bọ cánh cứng (Acalymma vittata)

Một số loại vi khuẩn biệt dưỡng cũng xâm nhập vào cây nhờ vector như Candidatus

liberobacter asiaticus (bệnh greening cây có múi) xâm nhập nhờ rầy chổng cánh (Diaphorina citri).

4.2.1.Xâm nhập của virus, mollicute (phytoplasma, spiroplasma)

Mặc dù nhiều loài virus có thể xâm nhập vào cây nhờ tổn thương cơ giới thì ngoài tựnhiên, hầu hết virus xâm nhập vào cây nhờ vector

Tất cả mollicus xâm nhập vào cây nhờ vector côn trùng chẳng hạn Phytoplasma gây

bệnh trắng lá mía

4.3 Dinh dưỡng ký sinh của tác nhân gây bệnh

Sau khi đã hoàn thành quá trình xâm nhập qua bề mặt ký chủ, tác nhân gây bệnh thựchiện quá trình dinh dưỡng ký sinh Tùy thuộc nhóm mà tác nhân gây bệnh có các hình thứcdinh dưỡng khác nhau

Đối với nấm Để hấp thụ dinh dưỡng, nhiều loài, chủ yếu thuộc nhóm sinh dưỡng bắt

buộc (obligate biotroph) chẳng hạn các nấm sương mai, gỉ sắt, phấn trắng hoặc một số loài

thuộc nhóm bán sinh dưỡng (semibiotroph) như Pyricularia orizae tạo ra các cấu trúc gọi là

vòi hút (haustorium) bên trong tế bào ký chủ để hấp thụ dinh dưỡng Các nấm thuộc nhóm

sinh dưỡng (biotroph) thường không giết chết tế bào nhưng các nấm thuộc nhóm bán sinhdưỡng (semibiotroph) có thể giết chết tế bào ký chủ về sau Trái lại, các nấm thuộc nhóm

hoại dưỡng (necrotroph) chẳng hạn nấm Rhizoctonia, Sclerotium, thường không tạo thành vòi

hút và ngay trong quá trình xâm nhập, chúng đã tiến hành phân hủy tế bào và mô bằngenzyme và độc tố

Đối với vi khuẩn và mollicute Sau khi xâm nhập vào trong mô, vi khuẩn không hình

thành bất cứ cấu trúc đặc biệt nào để hấp thụ dinh dưỡng Do vậy, vi khuẩn sẽ sử dụng cácenzyme và độc tố để phân hủy tế bào ký chủ, vật chất hữu cơ để hấp thụ qua màng tế bào

Đối với virus Virus có hình thức dinh dưỡng đặc biệt hơn Vì số lượng gen mã hóa bởi

virus rất ít nên quá trình tái sinh virus phụ thuộc vào vật liệu (amino acid, nucleotide), bộmáy tổng hợp acid nucleic, năng lượng (chủ yếu dưới dạng các hợp chất cao năng như ATP),

và bộ máy dịch mã (ribosome, tRNA và các enzyme liên quan) của tế bào ký chủ Cần chú ý

là ngoài sử dụng tài nguyên của tế bào ký chủ thì quan trọng hơn, virus gây bệnh cho cây nhờ

sự tương tác giữa protein virus (mặc dù ít) với các chất chịu trách nhiệm cho chức năng sinh

lý của tế bào ký chủ Ví dụ (1) protein replicase của TMV tương tác với protein Aux/IAA của

tế bào ký chủ chịu trách nhiệm điều hòa các phản ứng sinh hóa qua đường hướng dẫn truyềnauxin và (2) protein Rep của các geminivirus tương tác với protein tương tự Retinoblastoma(pRBR) của tế bào ký chủ chịu trách nhiệm điều khiển chu kỳ tế bào

4.4 Các enzyme của tác nhân gây bệnh

Trong quá trình xâm nhiễm gây bệnh, các tác nhân gây bệnh như nấm, vi khuẩn và cảtuyến trùng thường tiết ra nhiều enzyme

4.4.1.Các enzyme phân hủy vách tế bào.

Cutinase Nhiều loài nấm có khả năng tiết cutinases để phân hủy lớp cutin trên bề mặt

lá và làm mềm mô giúp cho quá trình xâm nhập cơ học được thuận lợi Cutinase phân cắtphân tử cutin và tạo ra nhiều các phân tử nhỏ oligomer là các dẫn xuất của acid béo Các loạinấm có kiểu xâm nhập trực tiếp lúc đầu tiết ít cutinase và tạo ra một lượng nhỏ các phân tửmonomer (sản phẩm của quá trình phân hủy cutin) Các monomer này xâm nhập trở lại vào

cơ thể nấm, kích thích sự biểu hiện của các gen cutinase dẫn tới nấm tiết ra nhiều cutinasehơn (có thể tăng vài ngàn lần) Nhìn chung, cutinase được tiết ra nhiều nhất tại điểm xâmnhập của của ống mầm hoặc tại đế xâm nhiễm của các loại nấm tạo vòi áp Một số loại nấmvốn thường xâm nhập qua khí khổng không tạo cutinase nhưng sẽ có khả năng xâm nhập trựctiếp nếu bổ sung gen tạo cutinase vào cơ thể chúng Các chủng nấm tạo nhiều cutinasethường có độc tính cao hơn các chủng nấm tạo ít cutinase Ví dụ bào tử của một chủngFusarium độc tạo nhiều cutinase hơn bào tử của chủng không độc và chủng không độc trởthành chủng độc nếu bổ sung cutinase vào bào tử của nó

Pectinase Các tác nhân gây bệnh như nấm, vi khuẩn và tuyến trùng có thể tiết

pectinase bao gồm pectin methyl esterase (PME), polygalacturonase (PG) và pectin lyase hay

transeliminase PME loại bỏ nhóm methyl (CH3) dẫn tới làm biến đổi độ hòa tan của pectin

và do đó ảnh hưởng đến tốc độ phân cắt chuỗi pectin do PG và pectin lyase chịu trách nhiệm

PG cắt chuỗi pectin bằng cách thêm một phân tử nước còn pectin lyases cắt chuỗi bằng cáchloại bỏ một phân tử nước Giống như đối với cutinase, khả năng tiết các pectinase ngoại bàođược điều khiển bởi lượng pectin và lượng sản phẩm phân cắt của nó như các phân tửgalacturonan Các phân tử galacturonan, khi được hấp thụ bởi tác nhân gây bệnh sẽ kích thíchtác nhân gây bệnh tiết nhiều pectinase hơn nữa Khả năng tiết các enzyme pectinase cao là

đặc điểm quan trọng của các tác nhân gây các bệnh thối mềm như vi khuẩn Erwinia

carotovora pv carotovora (bệnh thối nhũn bắp cải) hoặc các nấm hoại dưỡng như Sclerotinia sclerotiorum, Rhizoctonia solani Tuyến trùng, ví dụ Meloidogyne, cũng tiết pectinase để tạo

điều kiện xâm nhập và di chuyển trong mô cây

Cellulase, hemicelulase Các tác nhân gây bệnh như nấm, vi khuẩn và tuyến trùng có

thể tiết các enzyme cellulase và hemicelluase để phân hủy vách tế bào ký chủ Các enzyme cụthể của nhóm này bao gồm xylanase, galactanase, glucanase, arabinase

Ligninase Lignin là hợp chất rất bền và chỉ có một số ít vi sinh vật có khả năng phân

giải lignin (khoảng 500 loài nấm, phần lớn là các nấm đảm, có thể phân hủy lignin nhờ tiếtenzyme ligninase)

4.4.2.Enzyme phân giải vật chất trong tế bào ký chủ.

Tất cả các nhóm tác nhân gây bệnh (ngoại trừ virus), trong quá trình gây bệnh đều tiếtcác enzym phân giải các hợp chất hữu cơ của tế bào: Protease, peptidase, amylase, maltase,lipase, phospholipase để phân hủy protein, các hợp chất carbonhydrate và chất béo

4.5 Độc tố của tác nhân gây bệnh

Trong quá trình gây bệnh, tác nhân gây bệnh có thể tạo ra một số các chất gây độc cho

tế bào và mô của cây gọi là độc tố Độc tố có một số đặc điểm chung sau:

1 Hai nhóm tác nhân gây bệnh tạo độc tố được nghiên cứu nhiều nhất là nấm và vi khuẩn,phần lớn là nhóm hoại dưỡng (necrotroph)

2 Độc tố không có bản chất enzyme nhưng đa dạng về thành phần và cấu trúc hóa học

7 Một số độc tố cũng có thể gây hại cho động vật

8 Chức năng: Giết chết tế bào để (1) giải phóng dinh dưỡng cần cho tác nhân gây bệnh

hoặc (2) ngăn cản tế bào thực hiện các phản ứng phòng thủ

Trong bệnh cây, độc tố của tác nhân gây bệnh được chia làm 2 nhóm chính: (1) độc tốkhông chọn lọc ký chủ (nonhost-selective hay nonhost-specific toxin, viết tắt là NST) và (2)

độc tố chọn lọc ký chủ (host-selective hay host-specific toxin, viết tắt là HST) Phần lớn độctốc thuộc nhóm 2.

4.5.1.Độc tố không chọn lọc ký chủ (NST)

Độc tố không chọn lọc ký chủ có các đặc điểm sau:

 Tác động không chọn lọc: tác động đến không chỉ loài cây ký chủ của tác nhân gây bệnh

mà còn tác động đến nhiều loài cây khác không phải là ký chủ của tác nhân gây bệnh

 Thường là yếu tố độc có nghĩa làm tăng tính độc của tác nhân gây bệnh (tăng mức độ biểu

hiện triệu chứng)

 Về cơ chế tác động: một số độc tố (vd tabtoxin, phaseolotoxin) ức chế enzyme của tế bào

ký chủ dẫn tới tích lũy các chất tới mức đầu độc tế bào hoặc dẫn tới làm thiếu hụt nghiêmtrọng các chất cần thiết cho tế bào

 Một số ví dụ điển hình:

Tabtoxin

Tabtoxin do vi khuẩn Pseudomonas syringae pv tabaci gây bệnh đốm cháy (wildfire)

thuốc lá Một số chủng (gọi là các chủng tạo độc tố) của vi khuẩn này tạo vết đốm với quầngvàng trên lá thuốc lá Dịch lọc vi khuẩn nuôi cấy trên môi trường nhân tạo hoặc độc tố tinhchiết tạo ra triệu chứng giống hệt với triệu chứng không chỉ trên thuốc lá mà còn trên nhiềuloài cây thuộc nhiều họ thực vật khác nhau Một số chủng bị đột biến mất khả năng tạotabtoxin (ký hiệu là chủng Tox-) có tính độc giảm và tạo ra vết đốm chết hoại nhng không cóquầng vàng

Tabtoxin là một dipeptide gồm 2 amino acid (threonin - tabtoxinin) Bản thân tabtoxinkhông độc nhưng ở trong tế bào, tabtoxin bị thủy phân thành threonin và tabtoxinin.Tabtoxinin là một chất độc vì nó làm bất hoạt glutamine synthetase (cần cho tổng hợpglutamine từ glutamate và NH3) dẫn tới suy giảm nghiêm trọng lượng glutamine trong tế bàođồng thời tích lũy quá nhiều NH3 Hậu quả của sự tích lũy NH3 là tế bào không kết hợp giữaquang hợp và quang hô hấp, phá hủy màng lục lạp dẫn tới tạo ra đốm biến vàng và cuối cùng

mô bị chết hoại (có quầng vàng bao quanh) Tabtoxin cũng làm giảm khả năng phản ứng chủđộng của cây đối với vi khuẩn

Phaseolotoxin

Phaseolotoxin do vi khuẩn Pseudomonas syringae pv phaseolicola gây bệnh đốm

quầng (halo blight) đậu đỗ Cây nhiễm bệnh hay được xử lý với Phaseolotoxin đều tạo triệuchứng giống nhau: giảm sinh trưởng của lá, phá vỡ mô đỉnh và tích lũy ornithin (một aminoacid)

Phaseolotoxin là một tripeptide gồm 3 amino acid (N-[N'-sulfo - ornithyl-alanyl-homoarginine) ornithin – alanine – và arginin) chá một nhómphosphosulfinyl Ngay khi vi khuẩn tiết ra phaseolotoxin, enzyme của cây sẽ cắt các liên kếtpeptid để giải phóng alanine, arginine và phosphosulfinylornithine Phosphosulfinylorthinin

diaminophosphinyl]-có hoạt tính sinh học

Độc tố ảnh hưởng đến tế bào bằng cách bất hoạt enzyme ornithinecarbamoyltransferase chịu trách nhiệm chuyển ornithine thành citrulline – tiền chất củaarginine Hậu quả là tế bào tích lũy quá mức ornithine và suy giảm nghiêm trọng citrulline vàarginine Phaseolotoxin còn ảnh hưởng tới tổng hợp pyrimidine, giảm hoạt tính ribosome,tương tác với quá trình tổng hợp lipid, thay đổi tính thấm của màng, tích lũy tinh bột tronglục lạp

Tentoxin do nấm Alternaria alternata tạo ra A alternata là loại nấm gây bệnh đốm và

biến vàng trên nhiều loại cây Tentoxin là một tetrapeptide vòng, tương tác với một proteinliên quan đến dẫn truyền năng lượng vào lục lạp (Chloroplast F(1)-ATPase (CF(1)) Độc tốcũng cũng ức chế quá trình quang phosphoryl hóa (photophosphorylation) Ở những loài câymẫn cảm, tentoxin ảnh hưởng đến sự phát triển bình thường của lục lạp dẫn tới mô bị biếnmàu do không thể tổng hợp được chlorophyll Ngoài ra, tentoxin còn ức chế hoạt tính của cácpolyphenol oxydase cần cho phản ứng phòng thủ của cây

Cercosporin

Cercosporin là độc tố do nấm Cercospora tiết ra Nấm Cercospora gây nhiều bệnh đốm

lá trên cây (Vd C nicotianae gây bệnh đốm mắt cua thuốc lá) Cercosporin là là 1

perylenequinon có đặc điểm khác so với nhiều độc tố khác là chỉ gây độc tế bào thực vật khiđược hoạt hóa bởi ánh sáng

Cercosporin hấp thụ năng lượng ánh sáng trở thành trạng thái hoạt hóa Cercosporinhoạt hóa phản ứng với oxy để tạo thành các lớp oxy hoạt hóa độc với tế bào (Vd nhưperoxide (O2-) sẽ oxy hóa lipid của màng tế bào)

4.5.2.Các độc tố chọn lọc ký chủ (HST)

Độc tố chọn lọc ký chủ có các đặc điểm sau:

 Tác động chọn lọc: chỉ tác động đến loài cây ký chủ của tác nhân gây bệnh.

 Thường là yếu tố gây bệnh nghĩa là tác nhân gây bệnh chỉ có thể gây bệnh cùng với sự có

mặt của độc tố do nó tiết ra

 Một số ví dụ

Victorin (HV toxin)

HV toxin do nấm Cochliobolus victoriae tổng hợp trên cây đại mạch Nấm bệnh xuất

hiện tại Mỹ nằm 1945, nhiễm bệnh trên giống đại mạch (oat) Victoria Chỉ có chủng nấm tạo

HV toxin mới có khả năng gây bệnh trên giống đại mạch này Victorin là một pentapeptide,gây hại màng tế bào ký chủ, ức chế enzyme glycin decarbolylase do đó ảnh hưởng đến quang

hô hấp của tế bào

T toxin.

T toxin do chủng T của nấm Bipolaris maydis (=Cochliobolus heterostrophus) tạo ra.

Nấm gây bệnh đốm lá nhỏ trên ngô Chủng T của nấm chỉ nhiễm trên giống ngô bất dục tếbào chất

T toxin là một họ các phân tử polyketide có từ 35-47 gốc carbon (chủ 39 hoặc 41 C),tấn công ty thể và ức chế tổng hợp ATP T toxin tương tác với một protein URF13 nằm phíatrong màng ty thể URF13 (do gen T-urf13) chỉ có ở dòng bất dục tế bào chất Khi có mặt Ttoxin, URF13 hình thành các lỗ của màng ty thể dẫn tới làm mất tính thấm của màng

Tham khảo: http://nu-distance.unl.edu/Homer/class/17/index.html

http://www.usask.ca/biology/345/pathogenesis.html

4.6 Hocmon thực vật

Tác nhân gây bệnh có thể gây bệnh trên cây thông qua các hormon thực vật Các tác

nhân gây bệnh có thể trực tiếp hoặc kích thích cây tổng hợp hormon thực vật Ngoài ra, tác

nhân gây bệnh cũng có thê tương tác với các chất tham gia quá trình tổng hợp hormon trong

tế bào cây và làm biến đổi cân bằng hormon dẫn tới hình thành triệu chứng.

4.6.1.Auxins.

Auxin thực vật, điển hình nhất là Indole – 3 – acetic acid (IAA), cần cho sự kéo dài vàbiệt hóa của tế bào cây IAA có thể ảnh hưởng đến tính thấm của màng tế bào, tăng hô hấp vàthúc đẩy tổng hợp protein Nồng độ IAA trong cây tăng lên do 3 lý do : (1) tác nhân gây bệnh

ức chế enzyme IAA oxidase dẫn tới IAA được hình thành tự nhiên trong cây không bị kiểmsoát về nồng độ ; (2) tác nhân gây bệnh kích thích cây tạo nhiều IAA ; và (3) tác nhân gâybệnh tự tổng hợp được IAA

Một số ví dụ

 Nấm Ustilago maydis gây bệnh ung thư ngô.

 Nấm Plasmodiophora brassicae gây bệnh sưng rễ cây thập tự.

 Vi khuẩn Ralstonia solanacearum gây bênh héo xanh cà chua, khoai tây Vi khuẩn cảm

ứng cây hình thành nhiều IAA (nồng độ có thể tăng tới 100 lần) Trong trường hợp này,mặc dù không có sự biến đổi nhiều về hình thái cây, nhưng hàm lượng IAA cao giúp cácenzyme của vi khuẩn dễ thâm nhập qua vách và màng tế bào cây

 Vi khuẩn Agrobacterium tumefaciens gây bệnh u sưng nhiều loại cây Vi khuẩn sẽ chuyển

gen tổng hợp auxin (và các chất sinh trưởng khác) nằm trên vùng T-DNA của Ti plasmidvào bộ genome của cây

 TMV : protein tái sinh (Rep protein) của TMV tương tác với các protein Aux/IAA (điềukhiển sự cân bằng auxin của cây) dẫn tới hình thành triệu chứng

4.6.2.Gibberellins

Gibberellin là hormone thực vật có tác dụng thúc đẩy ra hoa, kích thích sự kéo dài củathân và rế, tăng trưởng quả Gibberellin là một nhóm gồm khoảng 80 hợp chất trong đógibberellic acid (GA3) là quan trọng nhất

Một số tác nhân gây bệnh có thể tổng hợp được gibberellin Ví dụ nấm Gibberella

fujikuroi (Fusarium moniliforme) gây bệnh lúa von trên lúa.

Một số tác nhân có thể tương tác với thành phần của ký chủ làm biến đổi hàm lương

giberrellin trong cây Ví dụ Rice dwaft virus (RDV) là một virus gây triệu chứng lùn cây và lá xanh lục tối trên lúa Protein P2 (là một protein vỏ capsid) của RDV tương tác với ent- kaurene oxidase của cây lúa Ent-kaurene oxidase là một enzyme chính chịu trách nhiệm tổng

hợp gibberellin trong cây Cây lúa bị nhiễm RDV có hàm lượng GA1 giảm rõ rệt và xử lýGA3 có thể làm mất triệu chứng lùn cây

4.6.3.Cytokinin

Cytokinin (điển hình là zeatin và kinetin) là hormone thực vật chịu trách nhiệm kíchthích phân chia tế bào, chống già hóa, liên kết với ribosomes và điều khiển tổng hợp protein.Cytokinin cũng là receptor trên màng tế bào Cytokinin đã được biết là tham gia trong quá

trình hình thành các khối u do các tác nhân như ở nấm Taphrina deforman (gây ệnh xoăn lá

đào), nấm Plasmodiophora brassica (gây bệnh sưng rễ bắp cải).

Ethylene được tạo ra tự nhiên trong cây và có ảnh hưởng tới nhiều chức năng sinh lýcủa cây bao gồm biến vàng, rụng lá, kích thích hình thành rễ bên, thúc đẩy sự chín củaquả Trong bệnh cây, ethylene có một vai trò kép Một mặt ethylene là phân tử dẫn truyền tínhiệu để thúc đẩy tính kháng của cây; mặt khác, ethylene lại là một yếu tố độc chịu tráchnhiệm tăng cường triệu chứng hoặc khả năng phát triển của tác nhân gây bệnh Ví dụ dòng vi

khuẩn Pseudomonas syringae pv glycinea đột biến mất khả năng hình thành ethylene không

thể phát triển tốt trên lá đậu Nhiều tác nhân gây bệnh kích thích cây hình thành nhiềuethylene và tạo ra một số triệu chứng như epinasty (ngọn, thân, lá bị cuốn cong gập xuống),

ví dụ ethylene chịu trách nhiệm về triệu chứng epinasty và rụng lá trên cây bông bị nhiễm

nấm Verticillium dahliae, các triệu chứng biến vàng, còi cọc do nhiễm Cucumber mosaic

Yếu tố gây bệnh (pathogenic factor): là các chất hình thành bởi tác nhân gây bệnh qui

định tính gây bệnh Nói cách khác, các yếu tố gây bệnh liên quan đến các bước chủ chủ chốtcủa quá trình gây bệnh bao gồm: nhận biết ký sinh – ký chủ, gắn kết tác nhân gây bệnh trên

bề mặt ký chủ, nảy mầm và hình thành các cấu trúc xâm nhập (ví dụ giác bám) và xâm nhiễm(vòi hút), phân hủy tế bào Các ví dụ về yếu tố gây bệnh của một số nhóm tác nhân gây bệnhlà:

 Đối với nấm: (1) Các gen/sản phẩm điều khiển hình thành cấu trúc xâm nhiễm Vd gen

tạo melanin trong vòi áp của nấm Pyricularia oryzae Khi gen này bị phá hủy, nấm không

thể tạo melanin dẫn tới vòi áp mất sức trương và nấm không thể xâm nhập gây bệnh (2)Gen/độc tố đặc hiệu ký chủ (xem ví dụ độc tố chọn lọc ký chủ)

 Đối với vi khuẩn Gen/sản phẩm của hệ thống tiết Ở vi khuẩn có 5 hệ thống tiết I, II, II,

IV và V, trong đó hệ thống tiết loại III là quan trọng nhất với chức năng vận chuyển cácprotein cần cho sự tương tác vi khuẩn – ký chủ từ tế bào vi khuẩn vào tế bào ký chủ Ở vi

khuẩn, các gen hrp mã hóa cho các protein cấu tạo nên hệ thống tiết loại III Nếu các gen

này bị mất chức năng, vi khuẩn sẽ mất khả năng gây bệnh

 Đối với virus Virus nói chung mã hóa rất ít gen liên quan chủ yếu đến tái sinh, cấu trúc

phân tử, di chuyển (nhân-tế bào chất; tế bào – tế bào; hệ thống) và lan truyền qua vector.Một trong các gen liên quan đến tính gây bệnh là gen vỏ protein (CP gen) Gen CP củanhiều virus thường đa chức năng (ví dụ vừa là gen cấu trúc, vừa qui định khả năng lantruyền qua vector, vừa qui định khả năng lan truyền ) Do vậy nếu gen CP bị mất chứcnăng, virus sẽ mất tính gây bệnh

Tính độc (virulence/virulent): là mức độ của tính gây bệnh Đây là khái niệm số lượng

có nghĩa một tác nhân có tính gây bệnh với mức độ độc khác nhau

Các yếu tố độc (virulence factors): là các chất hình thành bởi tác nhân gây bệnh qui

định tính độc Sự có mặt của yếu tố độc không cần cho khả năng gây bệnh của cây nhưng ảnhhưởng đến mức độ gây bệnh (hay biểu hiện triệu chứng của bệnh) Một ví dụ về yếu tố độc làcác độc tố không đặc hiệu ký chủ của nấm và vi khuẩn (xem ví dụ độc tố không chọn lọc)

4.8 Phân loại tác nhân gây bệnh theo tính ký sinh.

Có thể xem mối quan hệ giữa tác nhân gây bệnh là quan hệ ký sinh (parasitic) Quan hệ

ký sinh là quan hệ mà một sinh vật sẽ được hưởng lợi còn sinh vật kia bị gây hại Dựa theomức độ ký sinh trên cây, tác nhân gây bệnh cây có thể được chia làm 3 nhóm là ký sinhchuyên tính, bán ký sinh và bán hoại sinh Một nhóm nữa, không gây bệnh cho cây nhưngcũng được xét là nhóm hoại sinh

1 Ký sinh chuyên tính (obligate parasite): chỉ có thể gây bệnh trên mô và tế bào sống Ví

dụ là nấm gỉ sắt, sương mai, phấn trắng, phytoplasma hoặc virus Các ký sinh chuyêntính, nhìn chung, không thể nuôi cấy được trên môi trường nhân tạo

2 Bán ký sinh (hoại sinh có điều kiện = facultative saprophyte): sống ký sinh trên tế bào

sống là chủ yếu nhưng vẫn có khả năng sống trên tàn dư, mô suy nhược hoặc đã chết Ví

dụ điển hình là nhiều loài nấm túi như Cercospora (gây các bệnh đốm lá)

3 Bán hoại sinh (ký sinh có điều kiện = facultative parasite): chủ yếu sống trên tế bào suy

nhược, đã chết, trên tàn dư cây trồng, trên đất, trên hạt, quả, nhưng có thể ký sinh trên tế

bào sống Ví dụ là nấm mốc đen Rhizopus; nấm chổi Penicillium, nấm Botrytis.

4 Hoại sinh (saprophyte): chỉ có thể sống ở các tế bào cây đã chết, tàn dư, đất Các loại

này ý nghĩa lớn trong phân giải vật chất hữu cơ trong đất trồng Một số là những vi sinhvật đối kháng, có thể được sử dụng trong việc phòng ngừa bệnh cây (biện pháp sinh học)

như nấm Trichoderma.

Tiến hóa về tính gây bệnh của nấm

Giả thiết tiến hóa về tính gây bệnh của nấm cho rằng sự tiến hóa xảy ra theo chiều từhình thức hoại sinh lên ký sinh chuyên tính Sự tiến hóa này bắt đầu bằng việc lợi dụng cơ hộitiếp xúc giữa nấm và (i) bề mặt cây ký chủ hoặc (ii) khoảng gian bào mà nấm đã xâm nhậpvào thông qua khí khổng hoặc tổn thương cơ giới Sự tương tác giữa cây và nấm dẫn tới sựtiến hóa về tính gây bệnh có thể đã trải qua 4 giai đoan sau:

 Đầu tiên nấm chỉ có thể sống hoại sinh trên vật liệu hữu cơ chết và không thể gây bệnhcho cây

 Nấm hoại sinh trở thành ký sinh cơ hội Nấm có thể xâm nhập vào cây và có thể sốngđược, đặc biệt trên các mô suy yếu do già cỗi hoặc do street bởi điều kiện bất lợi Tronggiai đoạn này, chúng chỉ có tính độc thấp Như một qui luật, sự xâm nhập xảy ra chủ yếuqua các tổn thương ngẫu nhiên trên bề mặt cây Khi tiến hóa hơn, chúng có thể xâm nhậpqua lỗ mở hoặc thậm chí trực tiếp bằng vòi áp (appressorium) Các nấm cơ hội này tiếtenzyme giết chết tế bào ký chủ và phân hủy mô chết hoại để hấp thụ dinh dưỡng Các tácnhân gây bệnh có ít tính đặc hiệu ký chủ và cây phòng thủ chống lại sự tấn công này nhờtính kháng cơ bản vốn đã bị giảm sút trên các mô suy yếu Các ví dụ đối với nấm ký sinh

cơ hội là Helminthosporium (hiện nay tách thành Bipolaris, Exerohilum và Dreschlera),

Alternaria, Fusarium và Botrytis.

 Nấm vẫn thuộc nhóm hoại dưỡng nhưng đã tiến hóa theo hướng hình thành các cấu trúcxâm nhiễm đặc biệt, tính đặc hiệu ký chủ và các cơ chế khắc phục tính kháng của cây.Nhiều loài tạo ra các enzyme như pectinase, cutinase, protease và các độc tố Tính độc củanấm thay đổi theo hoạt tính của độc tố, một số thuộc nhóm đặc hiệu ký chủ Một sô nấm

thuộc nhóm tiến hóa này là Cercospora, Bipolaris, Exerohilum và Dreschlera),

Alternaria, Fusarium.

 Nấm tiến hóa thành nhóm sinh dưỡng Một số nấm sinh dưỡng có thể nuôi cấy được trên

môi trường nhân tạo thích hợp (Vd Pyricularia oryzae) nhưng một số khác là ký sinh chuyên tính bắt buộc như nấm gỉ sắt, phấn trắng, Plasmopara viticola (sương mai nho) Cần chú ý các dạng chuyển tiếp chẳng hạn Phytophthora hoặc Peronospora: giai đoan

xâm nhiễm đầu tiên là biotroph nhưng sau đó chuyển sang pha necrotrph

4.9 Phân loại tác nhân gây bệnh theo phương thức sử dụng

nguồn dinh dưỡng.

Theo phương thức sử dụng nguồn dinh dương, tác nhân gây bệnh có thể được chiathành 3 nhóm:

(1)Nhóm sinh dưỡng (biotroph): sử dụng nguồn thức ăn từ mô ký chủ sống Các ví dụ điển

hình là nấm sương mai (Phytophthora parasitica), gỉ sắt và và phấn trắng (Erysiphe

cichoracearum) Nhóm sinh dưỡng, nhìn chung có phổ ký chủ hẹp, và không giết chết tế

bào ký chủ ngay sau khi xâm nhiễm; mà thay vào đó, chúng để tế bào sống càng lâu càngtốt vì chúng phụ thuộc vào quá trình trao đổi chất nguyên vẹn của tế bào ký chủ để thựchiện quá trình dinh dưỡng và sinh sản Điều này tạo cơ hội cho ký chủ có thể thiết lậpđược các phản ứng phòng thủ liên quan tới gen kháng Đối với nấm thuộc nhóm sinhdưỡng, phương thức hấp thụ dinh dưỡng thường được thực hiện nhờ vòi hút (haustorium)

Mô bị chết hoại hình thành chỉ sau khi nấm đã hoàn thành quá trình sinh sản

(2)Nhóm hoại dưỡng (necrotroph): sử dụng nguồn thức ăn từ mô chết hoặc đang chết Các

ví dụ điển hình là nấm Botrytis cinerea, Alternaria brassicicola, Rhizoctonia solani.

Nhóm hoại dưỡng, nhìn chung có phổ ký chủ rộng hơn nhiều và ngay sau khi xâm nhiễm,chúng ngay lập tức giết chết tế bào ký chủ rất sớm và tạo một loạt các độc tố mà chúngdường như thúc đẩy tế bào chết Vì tế bào ký chủ bị chết rất sớm nên nhìn chung tế bàokhông đủ thời gian để thiết lập các phản ứng phòng thủ thông qua gen kháng Tuy nhiêncác mô xung quanh vết chết hoại có thể tạo được phản ứng kháng nhờ các chất khuyếchtán ra từ vết bệnh

(3)Bán sinh dưỡng (semi-biotroph) Một số vi sinh vật có kiểu sinh dưỡng

hỗn hợp Ví dụ vi khuẩn Pseudomonas syringae có lúc được xem như

thuộc nhóm sinh dưỡng, có lúc lại được xem như thuộc nhóm hoạidưỡng Vi khuẩn xâm nhập vào cây qua tổn thương cơ giới hoặc khíkhổng Trong giai đoạn đầu của sự nhiễm bệnh, vi khuẩn không giếtchết tế bào ký chủ nhưng về sau vi khuẩn sẽ giết chết tế bào

Đối với nhóm biotroph, phản ứng siêu nhậy sẽ cô lập sự phát triểncủa tác nhân gây bệnh và là biểu hiện của tính kháng Trái lại, phản ứngnày dường như thuận lợi cho sự phát triển của tác nhân gây bệnh nhómnecrotroph Như vậy, dường như cơ chế kháng (dựa vào gen kháng R vàphản ứng siêu nhậy) là khác nhau giữa 2 nhóm Kết luận này đã được

chứng minh bằng thực nghiệm trên cây Arabidopsis (một cây mô hình cho

khoa học thực vật), trong đó nhóm biotroph có phản ứng phòng thủ dựavào đường hướng SA (salisilic acid) và nhóm necrotroph có phản ứngphòng thủ dựa vào đường hướng JA (jasmonic acid) và ET (ethylene) vì:

 Đột biến nr1 hoặc cây chuyển gen NahG (cả hai đều khóa đường hướng

dẫn truyền tín hiệu SA) dẫn tới mất tính kháng đối với nấm biotroph

Phytophthora parsitica nhưng không ảnh hưởng tới nấm necrotroph Alternaria brassicicola

 Trái lại, đột biến coi1 (khóa đường hướng dẫn truyền JA) làm giảm mạnh tính kháng đối với nấm necrotroph A.brassicicola nhưng không ảnh hưởng đến tính kháng đối với nấm biotroph P parsitica.

Tham khảo: Jane Glazebrook 2005 Annu Rev Phytopathol 43:205–27

1 Giới thiệu

Mỗi loài cây trung bình bị tấn công bởi khoảng 100 loại tác nhân gây bệnh khác nhau.Thông thường, mỗi một cá thể cây bị tấn công bởi hàng trăm đến hàng trăm ngàn cá thể củamột loại tác nhân gây bệnh Mặc dù phải chịu một thiệt hại nào đó thì phần lớn các cây vẫntồn tại và thường là vẫn sinh trưởng, phát triển tốt

Nhìn chung, cây chống lại tác nhân gây bệnh nhờ kết hợp các vũ khí từ 2 kho vũ khí là:

(1) các đặc điểm cấu trúc – có vai trò là các rào cản vật lý ngăn cản tác nhân gây bệnh xâm nhập vào và phát triển trong cây; và (2) các phản ứng sinh hóa xảy ra trong tế bào và mô

cây, hình thành các chất hoặc là độc đối với tác nhân gây bệnh hoặc tạo điều kiện ức chế sựsinh trưởng của tác nhân gây bệnh Sự kết hợp 2 kho vũ khí này khác nhau tùy tổ hợp ký sinh– ký chủ Ngoài ra, thậm chí cùng tổ hợp ký sinh – ký chủ, thì sự kết hợp này cũng khác nhautùy tuổi cây, loại cơ quan hoặc mô bị tấn công, điều kiện dinh dưỡng của cây và điều kiệnthời tiết

Các vũ khí cấu trúc và hóa học có thể có sẵn từ trước (phòng thủ thụ động, thườngkhông đặc hiệu) hoặc hình thành do tác động của tác nhân gây bệnh (phòng thủ chủ động,thường đặc hiệu), và đương nhiên được qui định bởi bộ gen cây ký chủ

2 Phòng thủ thụ động

2.1 Phòng thủ nhờ rào cản vật lý có sẵn

Nhìn chung, phòng tuyến đầu tiên là bề mặt cây ký chủ nơi tác nhân gây bệnh tiếp xúc

và xâm nhập Các đặc điểm cấu trúc bề mặt ảnh hưởng tới sự tiếp xúc và xâm nhập của tác

nhân gây bệnh gồm số lượng và chất lượng lớp sáp và cutin; vách tế bào biểu bì; số lượng,kích thước, vị trí và hình dạng khí khổng và lỗ thở ở thân (lenticel) và sự có mặt của tế bàovách dày (tế bào cương mô)

Lớp sáp Lớp sáp trên bề mặt lá, quả tạo ra bề mặt ghét nước, do đó ngăn sự hình thành

màng nước cần cho bào tử nấm tiếp xúc và nảy mầm và vi khuẩn nhân lên Mật độ lông ládày cũng có ảnh hưởng tương tự và có thể làm giảm sự nhiễm bệnh

Tầng cutin Tầng cutin dày có thể ngăn cản sự xâm nhập của các tác nhân gây bệnh có

kiểu xâm nhập trực tiếp Tuy nhiên, độ dày tầng cutin không luôn luôn quan hệ thuận với tínhkháng

Lớp tế bào biểu bì Độ dày và độ cứng của vách tế bào biểu bì dường như là yếu tố

quan trọng đối với tính kháng của một số tổ hợp ký sinh – ký chủ Vách dày và cứng của tếbào biểu bì có thể ngăn cản sự xâm nhập theo kiểu trực tiếp của tác nhân gây bệnh Cây vớiđặc điểm này thường kháng bệnh mặc dù nếu tác nhân gây bệnh được đưa vào mô bên dướinhờ tổn thương cơ học thì bệnh vẫn phát triển dễ dàng

Đặc điểm khí khổng Nhiều loại nấm và vi khuẩn chỉ xâm nhập qua khí khổng Mặc

dù phần lớn chúng có khả năng xâm nhập qua khí khổng đóng thì một số, chẳng hạn nấm gỉsắt thân lúa mỳ, chỉ có thể xâm nhập qua khí khổng mở Do vậy, một số giống lúa mỳ có khíkhổng mở muộn trong ngày là kháng bệnh vì ống mầm của bào tử nấm (hình thành nhờsương đêm) sẽ bị khô trước khi khí khổng mở Khí khổng với cấu tạo lỗ mở hẹp cũng có thểngăn cản sự xâm nhập của vi khuẩn

Tế bào bên trong Vách tế bào của mô đang bị xâm nhập thường thay đổi độ dày và độ

cứng và đôi khi cũng ức chế sự phát triển của bệnh Sự có mặt của nhiều tế bào cương mô ởthân nhiều cây ngũ cốc có thể hạn chế sự phát triển một số bệnh, chẳng hạn bệnh gỉ sắt hạithân Ngoài ra, các tế bào xylem, bó bẹ (bundle sheath), cương mô của gân lá cũng giới hạn

sự phát triển của một số bệnh đốm lá do nấm, vi khuẩn và tuyến trùng và tạo ra các vết bệnhgóc cạnh Tế bào mạch xylem dường như liên quan trực tiếp hơn đến mức độ kháng hay mẫncảm của các loại bệnh hại mạch dẫn Ví dụ, đường kính tế bào, tỷ lệ tế bào mạch xylem cókích thước lớn có mối tương quan thuận với độ mẫn cảm của cây du (elm) do nấm

Ophiostoma novo-ulmi.

2.2 Phòng thủ nhờ các chất hóa học có sẵn

Mặc dù rào cản vật lý có thể tạo ra một số mức độ phòng thủ nhưng nhìn chung khảnăng tấn công của tác nhân gây bệnh phụ thuộc không nhiều vào rào cản này Thực tế lànhiều tác nhân gây bệnh không thể xâm nhập dù không có trở ngại cấu trúc của ký chủ.Phòng thủ hóa học chắc chắn đóng vai trò quan trọng hơn trong cơ chế phòng thủ bị động củacây Một số nhóm hợp chất có sẵn phổ biến bao gồm:

- Phenolics (phenols, phenolic acids, quinones, flavonoids, flavonones, flavenols, tannins,

coumarins)

- Terpenoids (capsaicin).

- Alkaloids (berberine, piperine)

- Lectins và polypeptides (mannose, fabatin).

2.2.1.Các chất ức chế được cây tiết ra bên ngoài.

Cây có thể tiết ra một số hợp chất có tính độc đối với nấm bệnh Ví dụ lá cà chua và củ

cải đường tiết ra các chất kháng nấm ức chế sự nảy mầm bào tử nấm Botrytis và Cercospora;

củ hành tây vỏ trắng bị nhiễm bệnh thán thư (Colletotrichum circinans) còn củ có vỏ đỏ

không bị nhiễm do củ vỏ đỏ tạo ra các hợp chất phenolic (protocatechuic acid và catechol) có

khả năng ức chế sự nảy mầm của nấm Phun cây hướng dương bằng acibenzola-S-methyl(ASM) có thể chống bệnh gỉ sắt (Puccinia helianthi) do ASM kích thích cây tiết ra

courmarin và các hợp chất phenolic có khả năng ức chế sự nảy mầm và hình thành giác bám

của bào tử nấm

2.2.2.Các chất ức chế có sẵn trong tế bào cây

Một số hợp chất phenolic, tannin và các hợp chất giống acid béo (ví dụ diene) có sẵn

ở nồng độ cao trong tế bào lá non, quả non hoặc hạt có khả năng chống một số loại nấm nào

đó, chẳng hạn Botrytis Nhiều hợp chất tương tự có khả năng ức chế các enzyme thủy phân

kể cả enzyme phân hủy pectin của tác nhân gây bệnh Khi mô non trở nên già, nồng độ cácchất ức chế này giảm và tính kháng cũng giảm theo

Catechin (có nhiều trong lá dâu tây) có khả năng ức chế sự hình thành đế xâm nhiễm

của bào tử nấm Alternaria alternate Nhiều hợp chất khác, chẳng hạn như saponin (là các

hợp chất glycosid của triterpen và steroid; ví dụ điển hình là tomatin trong cà chua) ức chếcác nấm thiếu enzyme saponinase phân hủy saponin

Ngoài ra, ở một số cây còn có một số chất – là các protein có trọng lượng phân tử thấp

gọi là phytocystatin ức chế hoạt tính các enzyme proteinase nhóm cystein có trong hệ tiêu

hóa của tuyến trùng và cũng do một số nấm tiết ra

Một nhóm hợp chất nữa gọi là lectin – là các protein liên kết đặc hiệu với đường.

Lectin có nhiều trong hạt của nhiều loại cây và có thể dung tan hoặc ức chế sinh trưởng củanhiều loại nấm

3 Phòng thủ chủ động

3.1 Phòng thủ chủ động nhờ hình thành các cấu trúc bảo vệ

Cây phản ứng lại sự tấn công của tác nhân gây bệnh bằng cách hình thành 4 loại cấutrúc phòng thủ đặc biệt: (1) cấu trúc hình thành liên quan đến tế bào chất của tế bào bị tấn

công và được gọi là phản ứng phòng thủ tế bào chất; (2) cấu trúc liên quan đến vách tế bào

bị xâm nhập và được gọi là cấu trúc phòng thủ vách tế bào; (3) cấu trúc liên quan đến mô cây phía trước tác nhân gây bệnh (sâu hơn về phía cây) và được gọi là cấu trúc phòng thủ

mô; và (4) mô bị chết nhanh chóng nhằm ngăn chặn sự phát triển của bệnh và được gọi là phản ứng siêu nhạy

3.1.1.Phản ứng phòng thủ tế bào chất

Trong một vài trường hợp đối với các tác nhân ký sinh yếu, chẳng hạn môt số chủng

nấm Armillaria gây bệnh cây thân gỗ, thì tế bào chất của tế bào ký chủ bao quanh cụm sợi

nấm và nhân bị kéo căng và vỡ làm đôi Trong một số trường hợp khác, tế bào chất của tế bào

kí chủ trở nên đậm đặc, kết hạt Sợi nấm cuối cùng bị phân hủy

3.1.2.Hình thành cấu trúc phòng thủ vách tế bào

Vách tế bào có thể biến đổi về hình thái để phản ứng lại sự xâm nhiễm của tác nhân gâybệnh, mặc dù kiểu phản ứng này tương đối kém hiệu quả Có 4 loại biến đổi chính (1) Lớpngoài của vách tế bào nhu mô đang tiếp xúc với vi khuẩn gây bệnh sẽ phồng lên và tạo ra cácvật liệu dạng sợi, vô định hình; các vật liệu này sẽ bao quanh vi khuẩn và ngăn cản sự nhânlên của vi khuẩn (2) Vách tế bào hóa dày nhờ một chất có bản chất cellulose Cấu trúc nàythường liên kết với các hợp chất phenolic và ngăn cản sự xâm nhập của tác nhân gây bệnh.(3) Vách tế bào bị lignin hóa nhằm tăng cường chống sự xâm nhập của nấm tạo vòi áp; ngoài

ra, sự lignin hóa cũng kháng nước do đó giảm hoạt tính của các enzyme phân hủy vách tếbào (4) Hình thành các núm cấu tạo bởi callose (callose papillae; callose là 1 polysaccharide

thực vật, cẩu tạo bởi glucose, hình thành bởi callose synthases ở vách tế bào và bị phân hủybởi glucanases) Các núm này hình thành vài phút sau khi tế bào bị tổn thương và khoảng 2 –

3 giở sau khi lây nhiễm tác nhân gây bệnh Mặc dù chức năng chính của núm callose là sửachữa các tổn thương vách tế bào thì trong một số trường hợp, núm cũng có tác dụng ngăn cản

sự xâm nhập của tác nhân gây bệnh Trong một số trường hợp, các hợp chất callose baoquanh đỉnh sợi nấm xâm nhập, liên kết với các hợp chất phenolic và hình thành một ống baoquanh sợi nấm

3.1.3.Hình thành cấu trúc phòng thủ mô

(1) Hình thành lớp bần (cork layer) Sự xâm nhiễm của nấm, vi khuẩn, một số virus

và tuyến trùng thường kích thích sự hình các lớp bần phía trước điểm xâm nhiễm Bần là mô

vỏ (thân, rễ) cấu tạo chủ yếu bởi suberin Các lớp bần ngăn cản tác nhân gây bệnh phát triển

xa hơn, ngăn cản các độc tố của tác nhân gây bệnh khuyếch tán ra phần mô khỏe và ngăn cản

sự vận chuyển nước và dinh dưỡng từ phần mô khỏe vào mô nhiễm bệnh Mô bị chết hoại,cùng với tác nhân gây bệnh, bị giới hạn bởi các lớp bần, có thể vẫn ở nguyên vị trí và tạo racác vết bệnh kiểu vết đốm mà hình dạng, màu sắc và kích thước phụ thuộc vào tổ hợp ký sinh– ký chủ Đối với một số bệnh, phần mô chết hoại có thể bị mô khỏe phía dưới đẩy lên tạothành các vết ghẻ hoặc vết vẩy và do đó loại bỏ hoàn toàn tác nhân gây bệnh

(2) Hình thành tầng rời (abscission layer) Phiến giữa của 2 lớp tế bào bào bao xung

quanh vết bệnh tách khỏi nhau tạo thành một lớp trống gọi là tầng rời Sự hình thành tầng rời

sẽ cô lập phần mô bệnh và thông thường mô bệnh sẽ tách khỏi mô khỏe tạo ra các lỗ thủng

Sự hình thành tầng rời rất hay bắt gặp trên các lá non đang phát triển của cây quả hạch

(3) Hình thành tylose Tyloses hình thành trong mạch xylem của hầu hết cây bị strees

hoặc bị tác nhân gây bệnh hại mạch dẫn tấn công Tylose là sự sinh trưởng quá mức củaprotoplasm của tế bào nhu mô bao quanh tế bào xylem và nhô vào trong mạch xylem Tylose

có vách bằng cellulose và do kích thước cũng như số lượng nhiều của nó trong mạch xylemdẫn tới bịt kín mạch xylem ngăn không cho tác nhân gây bệnh phát triển tiếp Ở một số giốngkháng, tylose hình thành rất nhiều và nhanh ngay phía trước đường tiến của tác nhân gâybệnh ngay trong rễ non và do đó ngăn không cho tác nhân gây bệnh phát triển tiếp

(4) Hình thành gôm Nhiều loài cây, đặc biệt là các cây quả hạch, hình thành gôm ở

xung quanh vị trí xâm nhiễm và tạo ra một rào cản không thể vượt qua đối với tác nhân gâybệnh

3.2 Phòng thủ chủ động sinh hóa

3.2.1.Phytoalexin

Lịch sử Năm 1940, Muller và Borger đã công bố nghiên cứu trong đó củ khoai tây

được lây nhiễm trước với một chủng nấm Phytophthora infestans không tương thích (không gây bệnh) sẽ tạo tính kháng đối với chủng P infestans tương thích hoặc 1 chủng nấm

Fusarium gây bệnh trên củ Tiếp theo, trong vòng 15 năm, Muller đã làm các thí nghiệm và

quan sát thấy hiện tượng tương tự trên đậu Hà Lan và đã phân lập được các hợp chất có hoạttính kháng nấm mà ông gọi là phytoalexin

Định nghĩa Phytoalexin là các hợp chất có trong lượng phân tử thấp, có tính kháng vi

sinh vật, được tạo ra bởi cây do hậu quả của sự nhiễm bệnh hoặc các street sinh học

Đặc điểm.

Phytoalexin đươc tạo ra trên các tế bào khỏe xung quanh, nhằm phản ứng với các chấtkhuyếch tán ra từ các tế bào bị xâm nhiễm hoặc tổn thương Sự hình thành và tích lũy

phytoalexin mang tính cục bộ (có nghĩa phytoalexin không lưu dẫn xa khỏi vị trí xâm nhiễm

hoặc tổn thương), và xảy ra khá nhanh (khoảng vài giờ tới tối đa 2 ngày sau lây nhiễm)

Các nguồn kích thích hình thành phytoalexin Các chất kích thích cây hình thành

phytoalexin được gọi là các elicitor Số lượng và nguồn gốc elicitor rất đa dạng Nấm, vikhuẩn, virus, tuyến trùng (đặc biệt là nấm) là các nhóm tác nhân gây bệnh cây được biết tạo

ra các elicitor cảm ứng hình thành phytoalexin Phần lớn các chất elicitor là các hợp chất caophân tử như các chất cấu tạo vách tế bào nấm (glucan, chitosan, glycoprotein vàpolysaccharide; các chất này được giải phóng ra từ vách tế bào nấm nhờ enzyme của tế bào

ký chủ) Phần lớn elicitor là không đặc hiệu có nghĩa chúng có mặt trên các chủng tác nhângây bệnh khác nhau và kích thích tạo phytoalexin trên cả giống nhiễm và giống mẫn cảm.Mặc dù phần lớn elicitor có nguồn gốc từ tác nhân gây bệnh thì một số hợp chất lại có nguồngốc từ tế bào cây Ví dụ enzyme của tác nhân gây bệnh phân hủy galacturonic acid, một chấtcấu tạo nên vách tế bào cây, thành các oligomer có hoạt tính kích thích tế bào cây tạophytoalexin

Phytoalexin hình thành và tích lũy trên mô của cả giống nhiễm và giống kháng Khiphytoalexin tích lũy tới một nồng độ nào đó sẽ ức chế sự phát triển của vi sinh vật (thường

là nấm) Các loài/chủng nấm có tính gây bệnh có xu hướng kích thích hình thành phytoalexinvới nồng độ thấp hơn so với các loài/chủng không có tính gây bệnh Ngoài ra, các loài/chủngnấm có tính gây bệnh cũng dường như kém mẫn cảm với tính độc của phytoalexin hơn so vớicác loài/chủng nấm có tính gây bệnh

Phytoalexin rất đa dạng về số lượng và cấu trúc Khoảng 350 chất có tính chất giốngphytoalexin đã được phát hiện từ khoảng 30 họ thực vật; trong đó khoảng 150 chất đượcphân lập trên cây họ đậu (Leguminosae) Phần lớn phytoalexin được phân lập trên cây 2 lámầm, một số được phân lập trên cây một lá mầm Cấu trúc hóa học của phytoalexin đượcphân lập từ một họ cây thường khá giống nhau Các phytoalexin nhóm phenylpropanoid phổ

biến trong nhiều họ thực vật như Leguminosae, Solanaceae, Convolvulaceae, Umbelliferae và Gramineae; các phytoalexin nhóm isoflavonoid phổ biến trong họ Leguminosae; nhóm sesquiterpenoid phổ biến trong họ cà (Solanaceae).

Một số phytoalexin được nghiên cứu nhiều là pisatin (trên đậu Hà Lan), glyceolin (trênđậu tương, cỏ 3 lá, cỏ alfafa), rhisitin (khoai tây); capsidiol (ớt); cammaxin (Arabidopsis).Tham khảo: Phytoalexin: What have we learned after 60 years Annu Rev.Phytopathol 1999 37:285–306

3.2.2.Các hợp chất phenolic

Các hợp chất phenolic đơn giản Một số hợp chất phenolic phổ biến thường hình thành

và tíc lũy với tốc độ nhanh hơn trên cây bị bệnh, đặc biệt trên các giống kháng Một số cáchợp chất phenolic phổ biến là chlorogenic acid, caffeic acid, ferulic acid Ví dụ quả đào xanh

và quả đào trên giống kháng hình thành nhiều chlorogenic acid khi bị nhiễm nấm Monilinia

fructicola Hợp chất phenolic này ngoài gây độc trực tiếp đối với nấm thì quan trọng hơn còn

ức chế các enzyme của nấm dùng để phân hủy mô ký chủ

Các hợp chất phenolic độc hình thành từ các hợp chất phenolic không độc Nhiều

cây chứa các chất glycoside (ví dụ như đường glucose) liên kết với các phân tử phenolic Ởtrạng thái liên kết, các hợp chất này không độc Một số loại nấm và vi khuẩn có thể hìnhthành hoặc kích thích mô cây hình thành các enzyme glycosidase thủy phân các hợp chất trên

và giả phóng các hợp chất phenolic độc

Vai trò của các enzyme oxy hóa các hợp chất phenolic Nhiều hợp chất phenol trong

cây có độc tính thấp đối với tác nhân gây bệnh Trong nhiều trường hợp, trong mô nhiễm

bệnh của các giống kháng bệnh, hoạt tính của các enzyme oxy hóa phenol (Vd polyphenoloxydase) nhìn chung được tăng cường Các enzyme này sẽ oxy hóa các hợp chất phenolicthành các hợp chất quinone có tính độc mạnh hơn Một cơ chế khác: Trong quả xanh thườngchứa dien (là các hợp chất hydrocarbon có chứa 2 liên kết kép), có tính độc cao đối với tácnhân gây bệnh Khi quả chín, lượng lipoxygenase cũng gia tăng dẫn tới dien bị bẻ gẫy dẫn tớilàm mất tính kháng của quả chín Ở một số loại quả, elicitor từ nấm không gây bệnh đã kíchthích hình thành một hợp chất phenolic là epicatechin Epicatechin ức chế enzymelipoxygenase dẫn tới lượng dien không bị giảm và quả chín vẫn có thể kháng được sự xâmnhiễm của nấm (đặc biệt là nấm thán thư)

3.2.3.PR protein (pathogenesis-related protein)

Định nghĩa Protein liên quan đến sự gây bệnh (PR protein) là các protein được cây tạo

ra do sự gây bệnh bởi các tác nhân gây bệnh chủ yếu thuộc các nhóm nấm vi khuẩn, virus,

tuyến trùng Ngoài ra sự tấn công của côn trùng cũng kích thích cây tạo ra PR protein

Hiện có khoảng 17 nhóm (còn được gọi là họ) PR protein khác nhau, được ký hiệu từPR1 đến PR17 (theo thứ tự được phát hiện Nhiều nhóm có hoạt tính kháng nấm Dưới đây làđặc điểm của một số nhóm quan trọng nhất :

PR-1 Là nhóm protein có số lượng nhiều nhất; thường hình thành trong cây với hàm

lượng rất cao sau khi bị nhiễm bệnh (có thể đạt tới 1-2% tổng lượng protein của lá) Proteincủa nhóm này đã được phát hiện thấy trên tất cả các loại cây được kiểm tra Các protein cóchức năng tương tự PR-1 cũng được phát hiện thấy ở nhiều sinh vât khác như nấm, côn trùng,đọng vật có xương sống (kể cả người) Mặc dù chức năng sinh học và cơ chế hoạt động củanhóm này chưa rõ nhưng các protein PR-1 có hoạt tính kháng nấm cả invitro và invivo Cácprotein PR-1 có thể chia thành 2 nhóm hoặc kiềm hoặc acid Trên thuốc lá, có ít nhất 16protein PR-1 đã được khám phá, trong đó 3 protein loại acid (PR-1a, -1b,-1c) và 1 protein

(PR-1g) hình thành khi cây bị nhiễm Tobacco mosaic virus Trên lúa có 23 gen mã hóa

protein PR-1 Trên ớt, sự biểu hiện của gen PR-1 loại kiềm được cảm ứng bởi TMV đã tạo

tính kháng đối với tolerance to P parasitica var nicotianae, Ralstonia solanacearum, và P.

syringae pv tabaci.

PR-2 (β-1,3- glucanase) Là nhóm protein có mặt trong nhiều loài cây, động vật và vi

sinh vật Glucanase có thể chia thành 3 nhóm: nhóm I là các glucanase có tính kiềm hìnhthành ở không bào; nhóm II và III có tính acid và là các protein ngoại bào Glucanase thuộcnhóm I có hoạt tính kháng nấm cả invitro và invivo Glucanase thuộc nhóm II và III chỉ cóhoạt tính kháng nầm nếu phối hợp với glucanase nhóm I hoặc chitinase Đặc tính kháng nấmcủa glucanase là khả năng phân hủy vách tế bào của nấm (cấu tạo bởi glucan)

PR-3 (chitinase lớp I, II, IV, VI, VII), PR-8 (chitinase lớp III) và PR-11 (chitinase lớp

V) Các chitinase là loại protein chiếm số lượng lớn thứ 2 trong các PR protein Các chitinasethực vật được chia làm 7 lớp (I, II VI) căn cứ vào cấu trúc protein, tính đặc hiệu cơ chất, cơchế xúc tác và tính mẫn cảm với các chất ức chế 7 lớp này lại được xếp vào 3 nhóm PRprotein Các chitinase có hoạt tính kháng nấm bằng cách xúc tác cho phản ứng thủy phân đểcắt liên kết β-1,4-glycoside của N-acetyl-Dglucosamine (chitin, thành phần của vách tế bàonấm) Cần chú ý là phản ứng thủy phân này tạo ra các oligosacharid có vai trò là elicitor chocác phản ứng phòng thủ khác

PR-4 (protein liên kết chitin) Hoạt tính kháng nấm của các protein nhóm PR-4 làdo

khả năng liên kết với chitin của vách tế bào nấm dẫn tới ức chế sinh trưởng của nấm LoạiPR-4 phổ biến nhất là legumin và vicilin (chiếm tới 80% hàm lương protein của hạt đậu).Vicilin đã được chứng minh có khả năng ức chế sinh trưởng và nảy mầm bào tử của nhiều

loại nấm như Fusarium solani, F oxysporum, Collectotrichum musae, Phytophthora capsici,

Neurospora crassa, Ustilago maydis Vicilin cũng được biết là có khả năng kháng cả côn

trùng như một đậu (Callosobruchus maculatus).

PR-5 (Thaumatin-like proteins) Osmotin và thaumatin-like (TL) protein là các protein

có tính kiềm và có mức tương đồng chuỗi aa đáng kể với thaumatin (một protein có vị ngọt,

phân lập từ cây Thaumatococcus danielli Osmotin và TL tương tác với màng tế bào nấm và

hình thành các lỗ thủng xuyên màng Hai loại protein này cũng có hoạt tính 1,3-glucanase,liên kết với actin Osmotin trên thuốc lá kích thích MAPK do đó phá vỡ 1 đường hướng dẫntruyền tín hiệu (dựa vào MAPK) nhằm tăng cường tính ổn định của vách tế bào nấm TLprotein có mặt trong nhiều loài cây

PR-6 Là họ các protein ức chế protease Các protein PR6 có thể ức chế các protease

nhóm aspartic, serine, cystein

PR-12 (Defensins) và PR-13 (thionins) Defensin và thionin là các protein có trọng

lượng phân tử nhỏ (~5 kD), kích thước khoảng 45-54 aa Các protein này là các protein hoạtđộng trên màng, phát hiện thấy ở tất cả các nhóm sinh vật và độc đối với nấm Cơ chế gâyđộc đối với nấm của các loại protein này vẫn chưa rõ nhưng defensin đã được chứng tỏ là làmtăng vận chuyển ion K+ ra ngoài màng, tăng hấp thụ Ca+2 của nấm Neurospora crassa Chấtdefensin Dm-AMP1 của cây thược dược có thể tương tác đặc hiệu với sphingolipid của nấm

men Sacharomyces cerevisiae.

PR-14 (Protein vân chuyển lipid-LTP) Các LTP là các protein nhỏ, có tính kiềm LTP

vận chuyển phospholipid qua màng Phân tử LTP có cấu hình gồm một xoang ghét nướcchạy dọc phân tử Phân tử LTP khi tương tác với màng tế bào nấm sẽ tự gắn xuyên qua màng

tế bào và xoang ghét nước sẽ tạo ra các lỗ dò trên màng tế bào nấm và nấm sẽ chết Ngoài ra,một LTP tờ cây Arabidopsis dã đươch chứng minh có khả năng vận chuyển các các phân tửtín hiệu trong phản ứng SẢR

4 Sự chết tế bào được lập trình (Programmed Cell Death – PCD), Apostosis và phản ứng siêu nhạy

(Hypersensitive Responnd – HR)

4.1 Sự chết tế bào được lập trình (PCD)

PCD là quá trình tự chết của tế bào, có những biến đổi hình thái đặc trưng, diễn ra theo

một trình tự nhất định, được điều khiển bởi di truyền, nhằm đạt được và duy trì trạng thái cânbằng trong quá trình phát triển và chống lại các street môi trường và sự tấn công của tác nhângây bệnh

PCD xuất hiện thường xuyên trong suốt đời sống thực vật, trong quá trình biệt hóa cơquan, mô và tế bào Các ví dụ là:

 Sự hình thành và phát triển hoa: hoa đực hình thành do PCD ở các tế bào vòi nhụy, noãnhình thành trước đó; và ngược lại, hoa cái hình thành do PCD ở các tế bào nhị đực

 Các tế bào chóp rễ bị chết do PCD trong qua trình phát triển; hoặc các rễ bên hình thànhmới tại vị trí có dinh dưỡng hoặc nước còn các rễ già không chức năng sẽ chết do PCD

 Tầng aleuron sẽ chết do PCD sau khi phôi phát triển

Hai dạng chính của PCD là tự thực bào (autophagy) và apoptosis Ngoài ra, nhằmchống lại sự tấn công của tác nhân gây bệnh, thực vật còn phát triển một loại PCD nữa làphản ứng siêu nhạy (Hypersensitive Resopnse – HR)

4.2 Tự thực bào (Autophagy)

Tự thực bào là quá trình phân hủy các thành phần tế bào nhờ lysosome và không bào.Lysosome sẽ dung hợp với không bào và tiết enzyme vào không bào Tự thực bào có nhiềukiểu nhưng quan trọng nhất là đại tự thực bào (macroautophagy) trong đó phần tế bào chất(kể cả các cơ quan tử) cần phân hủy sẽ bị cô lập bởi một màng kép và tạo thànhautophagosome Autophagosome sẽ bị hấp thụ theo kiểu thực bào bởi không bào/lysosome và

bị phân hủy Autophagy có 2 chức năng chính là (i) cứu tế bào khỏi chết trong trường hợpthiếu hụt dinh dưỡng và (ii) phân hủy các thành phần tế bào trước khi chết

Người ta đã phát hiện thấy một số độc tố nấm như fumonisinB (do nấm Fusarium

moniliforme) và AAL toxin (do nấm Alternaria alternate) có khả năng ức chế các enzyme

ceramidase dẫn tới hoạt hóa phản ứng apoptosis

4.4 Phản ứng siêu nhạy

Một trong các dấu hiệu của tính kháng bệnh là phản ứng siêu nhạy Phản ứng siêu nhạy

(HR) được định nghĩa là sự chết nhanh chóng và cục bộ của tế bào thực vật tại vị trí nhiễm

bệnh

HR có thể được cảm ứng bởi nhiều nhóm tác nhân gây bệnh (nấm sinh dưỡng, vikhuẩn, virus và tuyến trùng) HR thường xuất hiện trong nhiều tính kháng: tính kháng phi kíchủ/kí chủ, tính kháng thông qua gen R, tính kháng đơn gen/đa gen

HR là hậu quả của một dòng thác các phản ứng dẫn truyền tín hiệu và phòng thủ tại các

tế bào bị xâm nhiễm hoặc lân cận dẫn tới hình thành các chất độc (ví dụ các hợp chấtphenolic bị oxy hóa) đầu độc cả tế bào lẫn tác nhân gây bệnh Ngoài ra, nếu tác nhân gâybệnh không chết thì mô bị chết hoại cũng ngăn không cho tác nhân gây bệnh lan truyền tiếp.Cần chú ý là, trong nhiều trường hợp, HR không hình thành vết chết hoại có thể nhìn thấybằng mắt thường vì HR xuất hiện chỉ ở tế bào nhiễm bệnh hoặc ở vài tế bào xung quanh

HR của tế bào ký chủ có một số đặc điểm khá khác biệt so với các dạng PCD khác, nhất

là về biến đổi hình thái của tế bào ký chủ Nghiên cứu phản ứng siêu nhạy giữa nấm

Uromyces vignae và đậu đũa, giữa nấm Erysiphe graminis f.sp hordei và tiểu mạch thấy các

sự kiện sau: (1) nhân tế bào ký chủ di chuyển tới vị trí xâm nhiễm, dòng tế bào chất mất linhđộng, trở nên căng; (ii) tế bào chất ngừng chuyển động, các cơ quan tử chuyển động Brown,nhân hóa đậm đặc, tích lũy các thể hạt ở ngoại vi tế bào chất, nguyên sinh chất trở nên nhăn;

và (iii) tế bào chất sụp đổ, tế bào chết Các nghiên cứu gần đây còn cho thấy trong phản ứng

HR, các loại màng bị mất chức năng, tế bào chất hóa không bào mạnh (vacuonization), pháhủy không bào và hình thái ty thể bị biến đổi toàn diện (ty thể bị phồng lên và rãnh ty thể bịphá hủy) Ngoài ra một đặc điểm để phân biệt khác là tốc độ phản ứng Nhìn chung, HR diễn

ra rất nhanh: khi nghiên cứu tổ hợp nấm Phytophthora infesstans/ khoai tây và sử dụng kính

hiển vi video, người ta đã quan sát thấy tế bào ký chủ sụp đổ và chết sau 26 giây và nấm chếtsau đó khoảng 20 giây; vết chết hoại có thể quan sát thấy bằng mắt sau nhiều giờ (ví dụ sau

8-12 giờ sau khi lây nhiễm vi khuẩn Erwinia carotovora mang gen HrpEcc trên thuốc lá).

Việc phân biệt HR và các dạng PCD khác không dễ dàng Trong một số trường hợp,

HR có biểu hiện biến đổi hình thái giống như apoptosis chẳng hạn như: khi nhiễm nấm gỉ sắt

Uromyces vignae trên giống đậu đũa kháng bênh đã tao ra phản ứng HR, trong đó nDNA của

các tế bào chết hoại đã bị phân cắt thành thang DNA, một dấu hiệu của apoptosis Hơn nữacác đường hướng nhận biết, dẫn truyền tín hiệu và các đặc trưng sinh hóa khá giống nhaugiữa HR và apoptosis, chẳng hạn đều có sự liên quan đến dòng thác ion (Ca+2, K+1) vào/ra tếbào, các lớp oxy hoạt hóa (O2-, H2O2), nitơ hoạt hóa (NO), các protein kinase…

Tham khảo

Mol Pla Pathol 2007 8 ( 5 ) , 677–700

Annu Rev Phytopathol 2006 44:135–62

CHƯƠNG 4: THUYẾT GEN ĐỐI GEN

1 Giới thiệu

Trong quần thể cây ký chủ mẫn cảm đối với một loài/chủng tác nhân gây bệnh, mộthiện 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 thể chọn tạo ra các giống kháng bệnh chống lại một chủng nào

đó Giống cây tạo được 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 bị mất Người ta đã nhận thấy rằng trong quần thể chủng tác nhân gây bệnh đãhình thành các đột 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 chủ dường như tồn tại một mối quan hệđồng tiến hóa dẫn tới sự tồn tại lâu dài của cả tác nhân gây bệnh và ký chủ Mối quan hệ đồngtiến hóa này có thể được giải 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 của Harol Henry Flor (1900-1991), một nhà bệnhcây 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 biểu hiện bệnh là hậu quả mối tương tác của cảtác nhân gây bệnh và ký chủ và di truyền được

Flor đã xây dựng thuyết gen-đối-gen dựa trên nhiều thí nghiệm di truyền về tính gây

bệnh và tính độc của các tổ hợp lai giữa các chủng sinh lý của nấm Melampsora lini gây bênh

gỉ sắt cây lanh (Linum usitatissimum) trên các giống lanh có tính kháng và mẫn cảm khác

nhau với nấm Các thí nghiệm này chủ yếu được 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 Urediniomycetes, ngành

nấm đảm Basidiomycota 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 nấm 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 bội (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 bềmặt lá cây lanh Trong điều kiện đủ ẩm, bào tử đảm nảy mầm và xâm nhập qua biểu bì trêncủa lá và hình thành sợi nấm đơn bội trong mô lá Trong mô lá, sợi nấm phát triển trong gianbào và hình thành vòi hút bên trong tế bào để hấp thụ dinh dưỡng Ở pha đơn bội 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 nấm đơn bội hình thành 2 cơ quan sinh sản khác nhau

(1) ở phía biểu bì trên, nấm tạo 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 nấm hữu thụ, 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 giống khác kiểu ghép cặp (ví dụ là +)tiếp xúc và dung hợp (fusion) với sợi tiếp nhận (ví dụ 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 +) Tiển ổ bào tử 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 nhiều bào tử hạ 2 nhân Bào tử hạ tiếp

tục phát tán và tạo ra nhiều chu kỳ xâm nhiễm mới 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 biệt nhưng trong thời gian ngủ nghỉ, 2 nhân sẽ tiến hànhhợp nhân (karyogamy) để tạo thành 1 nhân lưỡng bội (2n) Như vậy bào tử đông thành thục

là bào tử đơn nhân lưỡng bội 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 sợinấm hay bào tử 2 nhân chứa kiểu gen của cả bố và mẹ nên di truyền tính gây bệnh và tính độccủa nấm có thể được phân tích theo các qui luật di truyền Mendel

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 giữa các chủng Kỹ thuật lai như sau: Bào tửđông được cảm ứng để tạo đảm và bào tử đảm Các bào tử đảm được nhiễm riêng rẽ trên kýchủ 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 được cho giao phối vớisợi nấm tiếp nhận (có kiểu ghép cặp -) của chủng B Việc lai chéo này khá dễ dàng vì nấmkhông thể tự thụ nếu cùng kiểu ghép cặp Con cháu của 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 tửxuân (hoặc bào tử hạ) F1 được nhiễm riêng rẽ trên cây mẫn cảm và bào tử đông sẽ được thuthập vào mùa thu Vào mùa xuân, các bào tử đông của mỗi dòng nấm F1 lại được cảm ứng đểtạo bào tử đảm và lây nhiễm trên ký chủ mẫn cảm Trên mỗi dòng F1, bào tử giống (+) đượccho giao phối với sợi nấm tiếp nhận (-) để nhận được bào tử xuân (hoặc 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 (hoặc bào tử hạ) của cácthế hệ F1 hoặc F2 được nhiễm trên các giống lanh đồng hợp tử mang các gen kháng khácnhau Biểu hiện triệu chứng trên các giống này sẽ 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 xácđịnh được cây lanh có thể kháng được bệnh gỉ sắt và tính kháng được điều khiển bởi ditruyền với kiểu hình kháng là trội so với kiểu hình nhiễm Cho tới nay, 31 gen kháng bệnh gỉsắt đã được phát hiện trên lanh Các gen này nằm trên 5 loci được ký hiệu là K (2 gen), L (13gen), M (3 gen), N (6 gen) và P (13 gen) Trong những năm 40 và 50, Flor đã sử dụng nhiềugiống lanh kháng bệnh để nghiên cứu di truyền về tính kháng bệnh của cây lanh Các giốnglanh này là các giống thuần, đồng hợp tử về tính trạng kháng nhiễm và được gọi là các giốngchỉ thị

2.4 Các thí nghiệm của Flor

 Năm 1942, Flor lai chủng nấm số 6 với số 22 Khi thử tính gây bệnh của 67 con cháu F2trên 12 giống chỉ thị ông đã:

 Xác định được 57 kiểu hình không độc/độc khác nhau (ông gọi là các chủng) Kếtquả này gợi ý rằng trên mỗi giống chỉ thị thì kiểu hình độc và không độc là khácnhau giữa chủng 6 và chủng 22

 Kiểu hình không độc là trội so với kiểu hình độc vì trên mỗi giống chỉ thị, 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 concháu 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 giống Tỷ lệ phân ly khácnhau tùy thuộc số gen kháng cây chỉ thị: 3/1 trên 9 giống mang 1 gen kháng; 15/1trên 2 giống mang 2 gen kháng, và 63/1 trên 1 giống mang 3 gen kháng

 Năm 1955, Flor sử dụng lại 67 con lai F2 của chủng số 6 và chủng số 22 để thử tính gâybệnh trên 32 giống chỉ thị, phần lớn chúng chỉ có một 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 lytrên 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 của nấm M lini trên câylanh do sự tương tác của các gen kháng/nhiễm của cây ký chủ và gen không độc/độc của nấmgây bệnh; (2) Mối tương tác này là đặc hiệu nghĩa là một gen qui đinh tính không độc/độccủa nấm tương tác với chỉ một gen qui định tính kháng/nhiễm của cây ký chủ; và (3) các genqui định tính kháng của cây và tính không độc của nấm các gen trội

3 Khái niệm gen - đối – gen.