Câu 11. Phòng thủ chủ động sinh hóa của cây?

* Phytoalexin:

- Khái niệm: Phytoalexin là các hợp chất có trọng lượng phân tử thấp, có tính kháng vi sinh vật và được tạo ra bởi các cây do hậu quả của sự nhiễm bệnh hoặc các stress sinh học.

- Đăc điểm: Phytoalexin được tạo ra trên các tế bào khỏe xung quanh, nhằm phản ứng với các chất khuếch tán từ các tế bào bị xâm nhiễm hoặc tổn thương. Sự hình thành và tích lũy phytoalexin manbg tính cục bộ (có ý nghĩa phytoalexoin ko 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 khi lây nhiểm).

- Các nguồn kich thích hình thành phytoalexin: Các chất kích thích hình thành phytoalexin được gọi là các elicitor. Số lượng và nguồn gốc elicitor rất đang dạng. Nấm, vi khuẩn, virus, tuyến trùng (đặc biệt là nấm) là các tác nhân gây bệnh được biết là tạo ra các elicitor cảm ứng hình thành phytoalexin. Phần lớn các chất elicitor là các hợp chất cao phân tử như các chất cấu tạo vách tế bào nấm. Phần lớn các elicitor là ko đặc hiệu. Mặc dù phần lớn các elicitor có nguồn gốc từ tác nhân gây bậnh thì trong 1 số trường hợp các hợp chất này lại có nguồn gốc từ tế bào cây.

- Phytoalexin hình thành và tích lũy trên mô của giống kháng và giống nhiễm. Khi Phytoalexin tích lũy tới 1 nồng độ nào đó sẽ ức chế sự phát triểncủa v sinh vật (thường là nấm). Các loài/chủng nấm có tính gây bệnh có tính bệnh có xu hướng kích thích hình thành Phytoalexin với nồng độ thấp hơn nhiều so với các loài/ chủng ko có tính gây bệnh. Ngoài ra, các loài/chủng nấm ko có tính gây bệnh cũng dường như kém mẫn cảm với tính độc của Phytoalexin hơn so với các loài/chủng nấm có tính gây bệnh.

- Phytoalexin rất đa dạng về số lượng, cáu trúc. Khoảng 350 chất có tính chất giống Phytoalexin đã được phát hiện từ khoảng 30 họ thực vật, trong đó có khoảng 150 chất được phân lập trên cây họ đậu (Leguminosae). Phần lớn Phytoalexin được phân lập trên cây 2 lá mầm, 1 số được phân lập trên cây 1 lá mầm. Cấu trúc hóa học của Phytoalexin được phân lập từ 1 họ cây thường khá giống nhau. Các Phytoalexin thuộc nhóm phenylpropanoid phổ biến trong nhiều họ thực vật như Leguminosae, Solanaceae, Convolvulaceae, Umbelliferae và Gramineae; các Phytoalexin thuộc nhóm isoflavonoid phổ biến trong họ Leguminosae; các Phytoalexin thuộc nhóm sesquiterpenoid phổ biến trong họ Solanaceae.

* Các hợp chất phenolic:

- Các hợp chất phenolic đơn giản: Một số hợp chat phenolic phổ biến thường hình thành và tích lũy với tốc độ nhanh hơn trên cây bị bệnh, đặc bieetjtreen các giống kháng. Một số các hợp chất phenolic phổ biến là chlorogenic acid, caffeic acid, ferulic acid. VD 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 dung để phân hủy mô ký chủ.

- Các hợp chất phenolic độc hình thành từ các hợp chất phenolic ko độc: Nhiều cây chứa các chất glycoside liên kết với các phân tử phenolic. Ở trạng thái liên kết, các hợp chất này ko độc. Một số loại nấm và vi khuẩn có thể hình thành hoặc kích thích mô cây hình thành các enzyme glycosidae thủy phân các hợp chất trên và giải 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 truowgf hợp, trong mô nhiễm bệnh của các giống kháng bệnh, hoạt tính của các enzyme oxy hóa phenol nhìn chung được tăng cường. Các enzyme này sẽ oxy hóa các hợp chất phenolic thành các hợp chất quinine có tính độc mạnh hơn. Một cơ chế khác: Trong quả xanh thường chứa cá dien, có tính độc cáo đối với tác nhân gây bệnh. Khi quả chin, lượng lipoxygenase cũng gia tăng dẫn tới các dien bị bẻ gẫy, làm mất tính kháng của quả chin. Ở 1 số loại quả, elicitor từ nấm ko gây bệnh đã kích thích hình thành 1 hợp chất phenolic gọi là epicatechin. Epicatechin ức chế enzyme lipoxygenase dẫ tới luownhj dien ko bị giảm và quả chin vẫn có thể kháng được sự xâm nhiễm của nấm.

* PR-protein (pathogenesis related-protein):

- Định nghĩa: protein liên quan đến sự gây bệnh (PR protein) là các protein được cây tiết ra do sự gây bện bởi các tác nhân gây bệnh chủ yếu thuộc nhóm nấm, vi khuẩn, virus, tuyến trùng. Ngoài ra, sự tấn công của côn trùng cũng thích tạo ra PR protein. Hiện có khoảng 17 nhóm PR protein khác nhau, được ký hiệu từ PR1 đến PR17 (theo thiuws tự được phát hiện). Nhiều nhóm có hoạt tính kháng nấm.

- 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 lá). Protein của nhóm này đã được phát hiện thấy trên tất cả các loại cây được kiểm tra. Các protein chức năng tương tự PR-1 cũng được phát hiện thấy ở nhiều sinh vật khác nhau như nấm, côn trùng, động vật có sương sống (kể cả con người). Mặc dù chức năng sinh học và cơ chế hoạt động của nhóm này chưa rõ nhưng các PR-1 có hoạt tính kháng cả nấm invitro và invivo. Các  protein PR-1 có thể chia thành 2 nhóm hoặc kiềm hoặc acid. Trên thuốc lá, có ít nhất 16 protein kiềm hình thành khi cây bị nhiễm virus khảm thuốc lá Tobaco mosaic virus. Trên lúa có 23 gen mã hóa protein PR-1.

- PR-2: là nhóm protein có amwtj trong nhiều loại cây, động vật và vi sinh vật. Glucanase có thể chia thành 3 nhóm: Nhóm I là các glucanase có tính kiềm hình thành ở ko bào; nhóm II và III có tính acid và là các protein ngoại bào. Glucanase thuộc nhóm I có hoạt tính kháng nấm cả invitro. Glucanase thuộc nhóm II và III chỉ có hoạt tính kháng nấm nếu phối hợp với các glucanase nhóm I hoặc chitinase. Đặc tính kháng nấm của glucanase là khả năng phân hủy vách tế bào của nấm (cấu tạo bởi glucan).

- PR-3, PR-8 và PR-11. Các chitinase là loại protein chiếm số lượng lớn thứ 2 trong các PR protein. Các chitinase thực vật được chia làm 7 lớp (I, II,…VI) căn cứ vào cấu trúc protein, tính đặc hiệ cơ chất, cơ chế xúc tác và tính mẫn cảm với các chất ức chế. 7 lớp này lại được xếp vào 3 nhóm PR protein. Các chitinase có hoạt tính kháng nấm bằng các xúc tác cho phản ứng thủy phân để cắt liên kết β-1,4-glycoside của N-acetyl-D-glucosamine. Cần chú ý là phản ứng thủy phân này tạo ra các oligosaccharide có vai trò là elicitor cho các phản ứng phòng thủ khác.

- PR-4. Hoạt tính kháng nấm của các protein nhóm Pr-4 là do khả năng liên kết với chitin của vách tế bào nấm dẫn tới ức chế sinh trưởng của nấm. Loại PR-4 phổ biến nhất là legumin và vicilin. 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, Ustilago maydis,…Vicilin cũng được biết là có khả năng kháng cả côn trùng như 1 đậu.

- PR-5: Osmotin và thaimatin-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 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 dẫn truyền tín hiệu nhằm tăng cường tính ổn định của vách tế bào nấm. TL protein có mặt trong nhiều loài cây.

- PR-6 là họ các protein ức chế protease. Các protein PR-6 có thể ức chế protease nhóm aspartic, serine, cystein.

- PR-12 và PR-13. Defensin và thionin là các protein có trọng lượng phân tử nhỏ (~5 kD), kích thước khoảng 45-54 â. Các protein này là các protein hoạt động trên màng, pháhiện thấy ở tất cả các nhóm sinh vật và độc đối với nấm. Cơ chế gây độc đối với nấm của các loại protein này vẫn chưa rõ nhưng defensin đã được chứng tỏ là làm tăng vận chuyển ion K+ ra ngoài màng, tăng hấp thụ Ca2+ của nấm Neurospora crassa. Chất defensin Dm-AMP1 của cây thược dược có thể tương tác đặc hiệu với sphingolipid của nấm men Sacharomyces cerevisiae.

- PR-14 (protein vận 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 1 xoang ghét nước chạy 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 từ cây Arabidopsis đã được chứng minh có khả năng vận chuyển các phân tử từ tín hiệu trong phản ứng SAR.