Hệ miễn dịch ở thực vật

Từ Thư viện Khoa học VLOS
Bước tới: chuyển hướng, tìm kiếm
Phản ứng miễn dịch của thực vật được kích hoạt nhờ protein NB-LRR khi các vật xâm nhiễm tạo ra một tín hiệu sinh hóa không bình thường

1) Thế giới các loài gây bệnh thực vật rất phong phú, chúng sử dụng các chiến lược khác nhau để tấn công vào cơ thể cây trồng. Những loài vi khuẩn gây bệnh xâm nhập qua đường khí khẩu (lỗ khí, stomata) hoặc thủy khẩu (hydathodes) hoặc qua các vết thương để rồi sinh sôi nảy nở trong khoảng gian bào (apopblast). Các loài sâu (Nematodes), bọ cây (aphids) thì dùng miệng chích hút (stylet) sử dụng trực tiếp chất dinh dưỡng từ các tế bào thực vật. Nấm lại có khả năng xâm nhập trực tiếp qua các lớp tế bào biểu mô thực vật, hoặc bao phủ, xen cài hoặc xuyên sâu lớp biểu mô bằng hệ thống khuẩn ty (hyphae) của mình. Các loài nấm oomycetes cộng sinh gây bệnh có thể phát triển "cái miệng" (haustoria) của mình áp lên lớp màng tế bào vật chủ. Một cấu trúc giao tiếp được tạo thành từ sự tiếp xúc của lớp màng haustoria, chất nền ngoài bào và màng tế bào vật chủ để thực hiện các trao đổi trực tiếp giữa vật chủ và thể cộng sinh này. Ngoài ra, tất cả những nhóm gây bệnh thực vật này đều tiêm vào tế bào thực vật những chất có độc lực để phù hợp với nhu cầu sinh trưởng của chúng.

2) Không giống như động vật, các cây cối không có những tế bào bảo vệ linh hoạt và một hệ thống miễn dịch thích ứng nhanh nhạy. Thay vào đó, thực vật chủ yếu dựa vào đặc tính miễn dịch thụ động của từng tế bào và các chất truyền tin hệ thống được phát sinh từ những vị trí bị xâm nhiễm (1-3). Nhóm tác giả này đã thống kê về tính đa dạng của các protein bảo vệ (R protein), về mức độ đa hình di truyền tại locus R giữa cây trồng và loài hoang dại, cũng như về cơ chế phản ứng nội bảo khi những protein R được hoạt hóa (1). Họ đưa ra giả thuyết rằng nhiều loài protein R của thực vật có thể được hoạt hóa gián tiếp nhờ những chất độc lực do vật xâm nhập tạo ra. Nhưng phản ứng này không phải là một cơ chế nhận biết trực tiếp. Thuyết bảo vệ này giả định rằng những protein R đã gián tiếp nhận biết chất xâm nhiễm khi những chất này biến đổi hoạt động nội bào của vật chủ (1, 4). Ý kiến cho rằng R protein cảm nhận được những thay đổi trong cơ thể thực vật do vật xâm nhiễm cũng tương tự như cơ chế nhận biết của phản ứng tín hiệu nguy hiểm từ bản thân trong hệ miễn dịch động vật (5).

3) Như vậy, về cơ bản thực vật có thể sử dụng hai hệ thống miễn dịch. Hệ thống thứ nhất là những thụ thể nhận biết cấu trúc xuyên màng (transmembrane pattern recognition receptors, PRRs). Phân tử PRR có khả năng liên kết với những cấu trúc phân tử bảo thủ của các loài vi khuẩn / vật gây bệnh (microbial-/ pathogen-associated molecular patterns, MAMPS/ PAMPs), ví dụ là các protein cấu trúc tiên mao (flagellin). Hệ thống thứ hai hoạt động chủ yếu bên trong tế bào, liên quan đến các protein NB-LRR đa hình được mã hóa bởi các gene R (1). Những protein này được gọi là NB-LRR là do chúng có các domain liên kết nucleotide (nucleotide binding, NB) và vùng lặp lại giàu leucine (leucine rich repeat, LRR). Các NB-LRR protein có độ tương đồng nhất định đối với các protein CATERPILLER/NOD/NLR và các STAND ATPase ở tế bào động vật. Các chất xâm nhiễm từ các giới sinh vật gây bệnh khác nhau đều được nhận biết bởi protein NB-LRR và do đó kích hoạt cùng một loại phản ứng tự vệ. Khả năng kháng bệnh nhờ NB-LRR chỉ có hiệu quả đối với những vật gây bệnh ký sinh trong mô vật chủ (biotroph hoặc hemi-biotroph) nhưng không có tác dụng đối với những sinh vật phân hủy cấu trúc mô vật chủ trong quá trình xâm thực (necrotrophs).

4) Tóm lại, các sinh vật gây bệnh thực vật đã tiến hóa theo nhiều cách khác nhau để gây hại đến quá trình sinh trưởng và sinh sản của cây cối. Để chống lại, thực vật sử dụng 2 hệ thống miễn dịch khác nhau. Cách thứ nhất là nhận biết và đáp ứng lại các phân tử phổ biến ở nhiều loại vi sinh vật khác nhau bao gồm cả những sinh vật không gây hại. Cơ chế thứ hai là phản ứng lại các nhân tố gây độc xâm nhiễm một cách trực tiếp hoặc thông qua hoạt động của chúng. Những nghiên cứu về hệ thống miễn dịch thực vật, và các phân tử xâm nhiễm mà thực vật đáp ứng đã làm sáng tỏ thêm những hiểu biết về lĩnh vực tế bào học, về phương thức nhận biết phân tử, và về quá trình tiến hóa giữa các giới sinh vật. Những kiến thức về đáp ứng miễn dịch thực vật sẽ có thể ứng dụng để cải thiện năng suất cây lương thực, cây công nghiệp cũng như sản xuất biofuel.

Tài liệu tham khảo

  1. Dangl, J. L. & Jones, J. D. G. Plant pathogens and integrated defence responses to infection. Nature 411, 826-833 (2001)
  2. Ausubel, F. M. Are innate immune signaling pathways in plants and animals conserved?. Nature Immunol. 6, 973-979 (2005)
  3. Chisholm, S. T., Coaker, G., Day, B. & Staskawicz, B. J. Host-microbe interactions: shaping the evolution of the plant immune response. Cell 124, 803-814 (2006)
  4. van der Biezen, E. A. & Jones, J. D. G. Plant disease resistance proteins and the gene-for-gene concept. Trends Biochem. Sci. 23, 454-456 (1998)
  5. Matzinger, P. The danger model: a renewed sense of self. Science 296, 301-305 (2002)

Nguồn

Liên kết ngoài

Liên kết đến đây