Câu 30. R và Avr protein nấm đạo ôn, đa dạng của nấm và bộ giống chỉ thị; Quần thể nấm Pyricularia oryzae tại miền Bắc Việt Nam. Đa dạng của quần thể tác nhân gây bệnh. Đa dạng của tác nhân gây bệnh.

a. R và Avr proteins

Hiện có khoảng 40 gen kháng chủ đối với nấm P.oryzae đã được xác đinh trên lúa với khoảng gần 10 gen đã được clon. Trong số các gen này, Pi-ta là gen kháng được nghiên cứu nhiều nhất.

Pi-ta là gen nằm ở vùng trung tâm của nhiễm sắc thể số 12. Protein Pi-ta là một protein (928 aa) kháng R thuộc lớp CNL (CC-NB-LRR) hoạt động tại tế bào chất. Vùng lặp giàu leucine (LRR) của Protein Pi-ta tương tác trực tiếp với AvrPi-ta để tạo tính kháng. Các allen pi-ta (lặn) ở các giống nhiễm bệnh mã hóa cho một protein chỉ khác 1 aa so với allen Pi-ta (trội). Các gen kháng như Pi-ta2 là gen allen của Pi-ta

Nấm M. oryzae tao ra 3 nhóm Avr protein có thể được nhận biết ở mức đặc hiệu giống, trong đó quan trọng nhất là AvrPita protein. AvrPita gen nằm ở gần đầu nhiễm sắc thể của nấm và mất đỉnh nhiễm sắc thể nấm (chứa AvrPita gen) là một cơ chế dẫn tới nấm có khả năng gây bệnh. AvrPita có bản chất protease và tương tác với protein kháng tương ứng của ký chủ là Pita protein. Tương tác giữa AvrPita và Pita là tương tác trực tiếp.

b. Đa dạng của nấm/ Bộ giống chỉ thị

Nấm Pyricularia oryzae được xem là một quần thể không đồng nhất. Dựa trên các phân tích phân tử, nhìn chung nấm được phân nhóm trên cở sở phân bố địa lý (vd nhóm châu Mỹ, châu Âu, Nhật bản, Iran…). Nhìn chung, các quần thể nấm thuộc các khu vực khởi nguyên cây lúa (chẳng hạn ở khu vự dãy Hymalaya, hoặc Đông Nam Á) có mức độ đa dạng cao hơn.

Thông tin về mức độ đa dạng di truyền của bất kỳ quần thể tác nhân gây bệnh nào đều cần thiết cho các chương trình chọn tạo giống kháng bệnh. Đối với nấm đạo ôn, vào năm 1967, IRRI đã thiết lập một hệ thống phân biệt các chủng sinh lý race/pathotype của nấm dựa trên một bộ giống chỉ thị gồm 8 giống, theo thứ tự là: Raminad, Zenith, NP-125, Usen, Dular, Kanto 51, Sha-tiao-tsao, Caloro. Hệ thống phân biệt các race nấm này vẫn được sử dụng tại nhiều nước trên thế giới.

Các race nấm, được thử tính gây bệnh trên bộ giống này, sẽ được ký hiệu như sau: I (từ international); tiếp theo là 1 trong các chữ A, B, C, D, E, F, G, H, (mỗi chữ đại diện cho một giống chỉ thị và tương ứng với giống mẫn cảm đầu tiên khi thử trên tám giống theo thứ tự ở trên); cuối cùng là một số chỉ kiểu tính độc. Ví dụ một isolate nấm có phản ứng S, R, R, R, R, R, R, R (S = susceptible, R = resistant) có ký hiệu là IA. Dựa vào hệ thống này, tối đa 256 nhóm chủng (28) có thể được phân biệt, trong đó lần lượt 128, 64, 32, 16, 8, 4, 2 và 1 nhóm chủng ở các nhóm chủng IA, IB, IC, ID, IE, IF, IG và IH.

Tuy nhiên vì bộ giống chỉ thị này chỉ chứa ít gen kháng (khoảng 5 gen) nên không thể đánh giá được mức độ đa dạng của nấm. Hiện nay, ngoài bộ giống chỉ thị trên, các nước đều phát triển bộ giống chỉ thị riêng, đặc biệt sử dụng các dòng gần đẳng gen (near isogenic lines) chứa 1 hoặc vài gen kháng.

c. Quần thể nấm P. oryzae tại miền Bắc Việt Nam

Sử dụng kỹ thuật AFLP, Nguyễn Thị Ninh Thuận (2006) đã nghiên cứu mức độ đa dạng và tính gây bệnh của 114 isolates nấm thu thập tại nhiều tỉnh thuộc đồng bằng sông Hồng. Nghiên cứu này cho thấy:

- Quần thể nấm P. oryzae tại đồng bằng sông Hồng có tính đa dạng cao gồm 7 nhóm VNG1, VNG2,..., VNG7.

- Quần thể nấm phân lập trên các giống lúa tẻ khác quần thể nấm phân lập trên các giống lúa nếp. Quần thể nấm trên lúa tẻ gồm 4 nhóm VNG1, VNG2, VNG3 và VNG4, còn trên lúa nếp gồm 3 nhóm VNG 5, VNG6 và VNG7.

- Các nhóm VNG1, VNG3, VNG 4 chiếm ưu thế với VNG1 chiếm tới hơn 50%.

- Nhiều giống chỉ thị mang nhiều gen kháng có thể chống được quần thể nấm P. oryzae của miền Bắc (ví dụ giống Morobenekan mang các gen kháng Pi-7(t), Pi-10(t), Pi-12(t), Pi-44(t), Pi-157), tuy nhiên không thể biết được gen nào điều khiển tính kháng.

Dựa trên phản ứng của đại diện các nhóm đối với các giống chỉ thị có số lượng gen kháng ít, các gen kháng sau nên được sử dụng để tạo giống kháng nấm đạo ôn ở miền Bắc: Pi-1, Pi-2, Pi-33, Pi-ta2, Pi-k.

d. Đa dạng của tác nhân gây bệnh

Các cá thể của loài tác nhân gây bệnh tại 1 vùng địa lý thường không đồng nhất. Chúng có thể tồn tại dưới dạng các chủng (race, strain), type sinh học (biotype), nòi sinh học (biovar, pathovar = pv.), dạng chuyên hóa (forma specialist = f.sp.)... Cần chú ý là các khái niệm race, strain....nêu trên là các khái niệm phân loại không chính thức ở mức dưới loài và thường rất khác nhau cũng như không tương đương nhau giữa các nhóm/loài tác nhân gây bệnh (thường do các nhà khoa học nghiên cứu một nhóm/loài tác nhân nào đó qui định). Ngoài ra, dựa vào các nghiên cứu phả hệ (phylogenetic), thường là các nghiên cứu phân tử, quần thể của tác nhân gây bệnh còn có thể được xếp vào các nhóm phả hệ khác nhau (phylogenetic group).

Các nhóm đa dạng trên có thể rất khác nhau về tính gây bệnh/tính độc trên một loài/giống cây ký chủ tương ứng. Do vậy, để tạo ra một giống cây kháng bệnh áp dụng cho một vùng nào đó, đầu tiên, người ta cần phải biết được mức độ đa dạng của tác nhân gây bệnh.

* Một số ví dụ về mức độ đa dạng:

1. Nấm Pyricularia oryzae (bệnh đạo ôn lúa): xem chương 6

3. Nấm Fusarium oxysporum. Đây là loài nấm đa dạng, gây bệnh héo mạch dẫn trên rất nhiều loài thực vật có hoa. Loài này gồm khoảng 100 dạng chuyên hóa (formae speciales = số nhiều) căn cứ trên tính gây bệnh trên các loài cây trồng khác nhau. Mỗi dạng chuyên hóa lại có thể bao gồm các chủng khác nhau dựa trên tính gây bệnh trên giống khác nhau.

Ví dụ: Fusarium oxysporum f.sp. cubense gây hại trên các cây thuộc 2 họ Musaceae và Heliconeaceae (bộ Zingiberales). Dạng chuyên hóa này, căn cứ tính gây bệnh trên các giống chuối lại được chia thành 4 race là race 1, race 2, race 3 và race 4. Trong 4 race này, race 4 nhiễm chủ yếu trên các giống Cavendish (AAA) = nhóm chuối tiêu, và lại được chia tiếp thành race 4 nhiệt đới (tropical race 4) và race 4 cận nhiệt đới (subtropical race 4).