Câu 25. Nhận biết và tương tác giữa các protein R và PAMP/MAMP/Effector

Vai trò của Effector (chất hiệu ứng): Effector là phân tử có nguồn gốc từ tác nhân gây bệnh tác động lên tế bào ký chủ, nhờ đó tạo điều kiện cho sự nhiễm bệnh.

Đối với cây, sự nhận biết các elicitor chung (MAMP/PAMP) đã hình thành tính kháng cơ bản. Tính kháng này còn được gọi là tính kháng khởi động bởi MAMP/PAMP. Tính kháng này có thể hiệu quả dẫn tới cây không bị bệnh.

Tuy nhiên, tác nhân gây bệnh có thể khắc phục tính kháng cơ bản bằng cách tiết vào tế bào cây các effector. Một vi khuẩn gây bệnh (vd Pseudomonas syringae) trong quá trình gây bệnh có thể tiết vào trong tế bào thực vật từ 20 -30 effector khác nhau thông qua hệ thống tiết loại III. Tương tự, các loại nấm biotroph cũng tiết vào tế bào cây nhiều effector thông qua vòi hút (haustorium) hình thành bên trong tế bào (vd nấm gỉ sắt cây lanh M. lini tiết vào tế bào tới 21 loại effector khác nhau). Nhiều effector của tác nhân gây bệnh có hoạt tính enzym, có vai trò biến đổi các protein của ký chủ nhằm tạo điều kiện cho sự gây bệnh và làm mất khả năng nhận biết của cây. Một trong các vai trò của các effector này là ức chế phản ứng phòng thủ của cây thông qua nhận biết PAMP/MAMP. Một số các protein của virus thực vật (Vd HP = Helper Component) của các potyvirus) có khả năng ức chế phản ứng phòng thủ của cây thông qua cơ chế gene silencing cũng có thể được xem là effector của virus. Nếu hoạt động của các effector này hiệu quả, cây sẽ bị nhiễm bệnh.

Các effector của tác nhân gây bệnh được nghiên cứu nhiều nhất là các Avr protein. Nếu cây có gen R có thể nhận biết được các Avr protein thì một lớp phản ứng kháng thứ 2 sẽ hình thành và  được gọi là tính kháng khởi động bởi effector. Tính kháng khởi động bởi effector hiển nhiên là đặc hiệu và thường tuân theo quan hệ gen-đối-gen.

Câu 26. Dẫn truyền tín hiệu trong miễn dịch thực vật: Đường hướng salicyclic acid (SA), Đường hướng dẫn truyền JA và ET

Phản ứng phòng thủ tạo được của cây điều khiển bởi một mạng lưới các đường hướng dẫn truyền tín hiệu chồng chéo lên nhau. Nhiều phân tử tham gia các đường hướng dẫn truyền tín hiệu.

a. Đường hướng salicyclic acid (SA)

Salicyclic acid (SA) là một phytohocmon thưc vật, có vai trò quan trọng trong phát triển, quang hợp, hô hấp… của thực vật.

SA cũng là một phân tử tín hiệu nội sinh tham gia cảm ứng tính kháng tạo được của thực vât. Vai trò của SA trong dẫn truyền tính kháng đã được chứng minh trong một số thí nghiệm:

- Xử lý SA trên cây thuốc lá đã dẫn tới giảm triệu chứng bị nhiễm bởi TMV và  tích lũy nhiều PR protein (thí nghiệm của White, 1970).

- Lây nhiễm TMV trên thuốc lá dẫn tới hàm lượng SA tăng cục bộ (tại vị trí lây nhiễm) và hệ thống (toàn cây).

- Cây Arabidopsis chuyển gen NahG (naphthalene hydroxylase G) của vi khuẩn Pseudomonas putida (là gen mã hóa salicylate hydroxylase, một enzyme chuyển SA thành dạng bất hoạt là catechol) đã biểu hiện tính mẫn cảm cao đối với nhiều loại tác nhân gây bệnh khác nhau như nấm, vi khuẩn và virus.

- Cây chứa các đột biến mất khả năng tích lũy SA như eds4, eds5 (enhanced disease susceptibility), sid1, sid2 (SA induction-deficient), pad4 (phytoalexin-deficient) biểu hiện tính mẫn cảm cao với tác nhân gây bệnh.

SA tương tác với catalase – là một enzyme xúc tác cho sự phân hủy H2O2 thành H2O và O2. H2O2  là phân tử hoạt động phía thượng lưu của quá trình dẫn truyền tín hiệu. Phía hạ lưu của đường hướng dẫn truyền tín hiệu (phía sau SA) là một protein gọi là NPR1 (non-expressor of PR1 protein) cần cho dẫn truyền SA. Sản phẩm cuối cùng của đường hướng dẫn truyền SA là các loại PR protein (xem bài 3), trong đó quan trọng nhất là protein nhóm PR1.

Đường hướng dẫn truyền SA thường do các tác nhân gây bệnh nhóm biotroph gây ra (bài 3). Nhìn chung các tác nhân gây bệnh này sinh trưởng trong gian bào và nhân lên trong mô nhiều ngày trướ khi gây chết hoại mô.

b. Đường hướng dẫn truyền JA và ET

Jasmonic acid (JA) và ethylen (ET) cũng là các phytohormon. Cả JA và ET đã được chứng minh có vai trò trong tính kháng bệnh như trong các ví dụ sau:

- Cây Arabidopsis mang đột biến mất khả năng hình thành JA như fad3/fad7/fad8 (3 đột biến gen fatty acid desaturase) hoặc mất khả năng tiếp nhận JA như coi1 (coronatine insensitive1) hoặc kháng JA như jar1 (jasmonic acid resistant1) biểu hiện tính mẫn cảm dối với một loạt tác nhân  gây bệnh như nấm Alternaria brassicicola, Botrytis cinerea, Pythium, vi khuẩn Erwinia carotovora.

- Cây Arabidopsis mang đột biến trơ với ET như ein2 (ethylene insensitive2) biểu hiện tính mẫn cảm với nấm  B. cinerea và vi khuẩn  E. carotovora.

- Xử lý JA hoặc ET đã dẫn đến là cây biểu hiên gen PDF1-2 (mã hóa protein phòng thủ là defensin) và Thi2-1 (mã hóa protein phòng thủ là thionin), hel (hevein-like protein) và chib (chitinaseB). Các gen này được xem là dấu hiệu phổ biến của đường hướng dẫn truyền JA/ET.

Đường hướng JA/ET có nhiều điểm khác với đường hướng SA: (1) JA/ET hình thành chủ yếu do nhóm necrotroph như nấm Alternaria brassicicola, Botrytis cinerea, Pythium, vi khuẩn Erwinia carotovora. Các tác nhân này giêt chết nhanh chóng tế bào cây để hấp thu dinh dưỡng (xem bài 2); (2) sự tích lũy JA và ET có thể hình thành do tác nhân gây bệnh, nhưng cũng có thể hình thành từ các tổn thương do côn trùng .

* Giao tiếp chéo (cross talk) giữa đường hướng SA và JA/ET.

Đã có nhiều bằng chứng cho thấy 2 đường hướng SA và JA/ET không hoàn toàn độc lập với nhau mà có tương tác với nhau. Cả 2 đường hướng đều có ảnh hưởng thuận và nghịch nhưng nhìn chung, mối quan hệ nghịch (đối kháng) là phổ biến. Ví dụ cây Arabidopsis mang gen kháng eds1 và pad4 (giảm tích lũy SA) đã làm tăng khả năng biểu hiện của đường hướng JA/ET.

Quan hệ đối kháng này cần được xem xét khi ứng dụng thực tế vì khi tạo SAR để chống bệnh theo đường hướng SA thì SAR theo đường hướng JA/ET có thể bị ức chế dẫn tới cây dễ bị nhiễm côn trùng gây hại.