Miễn dịch thực vật - Các biểu hiện của tính kháng

Chương 3. Các biểu hiện của tính kháng Thụ động: vật lý & hóa học Chủ động: vật lý & hóa học Sự chết tế bào được lập trình Miễn dịch thực vật Sinh hóa Phòng thủ của ký chủ Cấu trúc Sinh hóa Cấu trúc Thụ động (có sẵn) Chủ động (tạo được) Cấu trúc bề mặt Lớp sáp Tầng cutin Biểu bì Khí khổng Tế bào bên trong Sinh hóa Tiết ra bên ngoài Phenolic.. Có sẵn trong tế bào Phenolic Protein Lectin.. Phòng thủ của ký chủ Cấu trúc Thụ động (có sẵn) THỤ ĐỘNG: Cấu trúc THỤ ĐỘNG: Hóa học Hành trắng không có catechol => nhiễm bệnh Hành tím có catechol => kháng bệnh Bệnh thán thư hành tây (nấm Colletotrichum circinans) THỤ ĐỘNG: Hóa học phenolic, tannin, diene => bộ phận non => kháng nấm Botrytis (hại nông sản sau thu hoạch) Catechin (lá dâu tây) => nấm Alternaria alternate. Saponin (vd tomatin/cà chua) => kháng các nấm thiếu saponinase Phytocystatin (protein có MW thấp) =>ức chế các enzyme proteinase nhóm cystein có trong hệ tiêu hóa của tuyến trùng Lectin (protein liên kết đặc hiệu với đường), nhiều trong hạt => tiêu diệt hoặc ức chế sinh trưởng của nhiều loại nấm. Một số chất khác có sẵn trong tế bào ký chủ Tế bào chất Vách tế bào Mô PCD Phytoalexin Phenolic PR protein Phòng thủ của ký chủ Sinh hóa Cấu trúc Chủ động (tạo được) CHỦ ĐỘNG: Cấu trúc Vách tế bào: hình thành papillae CHỦ ĐỘNG: Cấu trúc Vách tế bào: hình thành papillae Nấm Colletotrichum graminicola Bệnh thán thư cây lúa miến (sorghum) Giống nhiễm Giống kháng Mô: hình thành lớp bần CHỦ ĐỘNG: Cấu trúc Mô: hình thành lớp bần CHỦ ĐỘNG: Cấu trúc Nấm Streptomyces scabies Bệnh ghẻ khoai tây Mô: hình thành tầng rời CHỦ ĐỘNG: Cấu trúc Sơ đồ tầng rời của lá đào bị vết đốm (Xanthomonas arboricola pv. pruni) CHỦ ĐỘNG: Cấu trúc Mô: hình thành tầng rời Vết đốm (Xanthomonas arboricola pv. pruni) trên cây anh đào cảnh (A), đào (B) và mận (C). CHỦ ĐỘNG: Cấu trúc Hình thành tylose Tylose hình thành trong rễ cây nho (nấm Phaeomoniella chlamydospora) CHỦ ĐỘNG: Cấu trúc Hình thành gôm (gummosis) Chảy gôm cây có múi (Phytophthora spp.) CHỦ ĐỘNG: Hóa học Phytoalexin Phytoalexin Định nghĩa. 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. CHỦ ĐỘNG: Hóa học Đặc điểm đươc tạo ra trên các tế bào khỏe xung quanh gần điểm xâm nhiễm mang tính cục bộ (không lưu dẫn) Phytoalexin CHỦ ĐỘNG: Hóa học Nguồn kích thích Đa dạng Chủ yếu từ tác nhân gây bệnh: các sản phẩm cấu tạo nên vách tế bào Một số từ cây: các sản phẩm phân hủy vách tế bào cây Không đặc hiệu Phytoalexin CHỦ ĐỘNG: Hóa học Số lượng 350 chất 30 họ thực vật, phần lớn 2 lá mầm 150 chất từ cây họ đậu Phytoalexin CHỦ ĐỘNG: Hóa học Phytoalexin CHỦ ĐỘNG: Hóa học Ví dụ một số phytoalexin pisatin (trên đậu Hà Lan) glyceolin (trên đậu tương, cỏ 3 lá, cỏ alfafa) rhisitin (khoai tây) capsidiol (ớt) camaxin (Arabidopsis). Phytoalexin CHỦ ĐỘNG: Hóa học CHỦ ĐỘNG: Hóa học Các hợp chất phenolic CHỦ ĐỘNG: Hóa học Các hợp chất phenolic đơn giản. Vd 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. (chlorogenic acid => gây độc trực tiếp đối với nấm + ức chế các enzyme của nấm dùng để phân hủy mô ký chủ). Các hợp chất phenolic CHỦ ĐỘNG: Hóa học Các hợp chất phenolic độc hình thành từ các hợp chất phenolic không độc Trong cây, glycoside (vd glucose) liên kết với các phân tử phenolic => không độc Một số loại nấm và vi khuẩn có thể hình thành hoặc kích thích mô cây hình thành các enzyme glycosidase thủy phân các hợp chất trên và giải phóng các hợp chất phenolic độc Các hợp chất phenolic CHỦ ĐỘNG: Hóa học PR protein (pathogenesis-related protein) Protein liên quan đên sự gây bệnh PR protein Định nghĩa: Là các protein được cây tạo ra do sự gây bệnh bởi các tác nhân gây bệnh Các nhóm cảm ứng cây hình thành PR protein: nấm vi khuẩn, virus, tuyến trùng (và cả côn trùng) Hiện có khoảng 17 nhóm (họ) PR protein khác nhau Nhiều nhóm có hoạt tính kháng nấm. Các họ Pathogenesis Related Protein PR protein PR-1 có số lượng nhiều nhất thường đạt hàm lượng rất cao sau khi bị nhiễm bệnh có hoạt tính kháng nấm cả invitro và invivo (mặc dù chưa rõ cơ chế) Trên thuốc lá: ít nhất 16 protein PR-1 Trên lúa: 23 gen mã hóa protein PR-1 PR protein PR-2 (glucanase). Có mặt trong nhiều loài cây, động vật và vi sinh vật. Glucanase gồm 3 nhóm: nhóm I có tính kiềm, hình thành ở không bào, tự hoạt động nhóm II và III có tính acid và là các protein ngoại bào, hoạt động phối hợp. Cơ chế: phân hủy vách tế bào của nấm (cấu tạo bởi glucan). PR protein PR-3, PR-8, PR-11 (chitinase) Chiếm số lượng lớn thứ 2 Chitinase 3 nhóm (PR-3, -8, -11) và 7 lớp (I,....VI) Cơ chế: cắt liên kết β-1,4-glycoside của N-acetyl-Dglucosamine (chitin, thành phần của vách tế bào nấm). SỰ CHẾT TẾ BÀO ĐƯỢC LẬP TRÌNH (PROGRAMMED CELL DEATH – PCD); APOSTOSIS PHẢN ỨNG SIÊU NHẠY (HYPERSENSITIVE RESPONSE – HP) Sự chết tế bào được lập trình (Programmed cell death – 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 cân bằng trong quá trình phát triển và chống lại các street môi trường và sự tấn công của tác nhân gây bệnh. Sự chết tế bào được lập trình (Programmed cell death – 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 cân bằng trong quá trình phát triển và chống lại các street môi trường và sự tấn công của tác nhân gây bệnh. Sự chết tế bào được lập trình (Programmed cell death – PCD) Ví dụ về PCD ở thực vật Tế bào bị chết trong quá trình biệt hóa mô, cơ quan Sự hình thành và phát triển hoa Các tế bào chóp rễ bị chết do PCD trong qua trình phát triển Tầng aleuron sẽ chết do PCD sau khi phôi phát triển Sự chết tế bào được lập trình (Programmed cell death – PCD) Các dạng PCD ở thực vật Tự thực bào (autophagy) Apoptosis Phản ứng siêu nhạy (Hypersensitive Resopnse – HR). Có ý nghĩa trong tính kháng bệnh (PCD - Apoptosis) Đặc điểm: tế bào chất bị nhăn màng tế bào chất bị phồng mất tiếp xúc giữa các tế bào, nDNA (DNA nhân) bị phân cắt DNA tại các vị trí bên trong nhiễm sắc thể, tăng cường luồng ion Ca vào tế bào, hoạt hóa một số enzyme đặc biệt và giải phóng cytochrome c khỏi ty thể. ceramide là tác nhân dẫn truyền tín hiệu (PCD - Apoptosis) Các biến đổi tế bào trong apoptosis (PCD - Apoptosis) nDNA bị phân cắt tạo thành thang DNA Bệnh gỉ sắt yến mạch (nấm Puccinia coronata) Race 226 (AV) là chủng không độc (avirulent) => cây kháng thông qua apoptosis (PCD - Apoptosis) Sự chết hoại của ký chủ có lợi cho các tác nhân gây bệnh kiểu sinh dưỡng (biotroph)=>apoptosis có lợi cho nhóm này Vd: Nấm Alternaria alternata tiết AAL toxin, nấm Fusarium moniliforme tiết độc tố fumonisinB. Cả 2 độc tố này có khả năng ức chế các enzyme ceramidase dẫn tới hoạt hóa phản ứng apoptosis (PCD – Phản ứng siêu nhạy, HP) 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. (PCD – Phản ứng siêu nhạy, HR) HR => tế bào chết + tác nhân gây bệnh chết HR => tế bào chết + tác nhân gây bệnh không chết nhưng không thể phát triển tiếp (PCD – Phản ứng siêu nhạy, HR) Chú ý: Trong nhiều trường hợp, HR không hình thành vết chết hoại có thể nhìn thấy bằng mắt thường vì HR xuất hiện chỉ ở tế bào nhiễm bệnh hoặc ở vài tế bào xung quanh (PCD – Phản ứng siêu nhạy, HP) Các đặc điểm biến đổi hình thái chính của tế bào ký chủ có HR: nhân tế bào ký chủ di chuyển tới vị trí xâm nhiễm, dòng tế bào chất mất linh động, trở nên căng. 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; tế bào chất sụp đổ, tế bào chết. (PCD – Phản ứng siêu nhạy, HP) Thời gian diễn ra HR rất nhanh: Phytophthora infesstans / khoai tây: tế bào ký chủ sụp đổ và chết sau 26 giây và nấm chết sau đó khoảng 20 giây Erwinia carotovora mang gen HrpEcc / thuốc lá: vết chết hoại có thể quan sát thấy bằng mắt sau 8-12 giờ Các giai đoạn tế bào khoai tây bị chết trong phản ứng siêu nhạy do nấm Phytophthora infestans. N= nhân, PS= sợi sinh chất, H=sợi nấm, G= hạt (PCD – Phản ứng siêu nhạy, HP) Cây thuốc lá chuyển gene HrpNNEcc phân lập từ vi khuẩn Erwinia caotovora chủng Ecc771 tạo phản ứng siêu nhạy. PMPI. 10. 461 47 (PCD – Phản ứng siêu nhạy, HP) Thuốc lá chứa gen kháng N được lây nhiễm với Tobacco mosaic virus (TMV) biểu hiện phản ứng siêu nhạy => virus không thể di chuyển hệ thống Thuốc lá không kháng N nhiễm TMV biểu hiện triệu chứng khảm hệ thống (PCD – Phản ứng siêu nhạy, HP) (PCD – Phản ứng siêu nhạy, HP) Chú ý Việc phân biệt HR và Apoptosis là không dễ HR + Apoptosis có lợi cho nhóm necrotroph HR + Apoptosis là 1 trong biểu hiện tính kháng của nhóm biotroph