Các nhà khoa học khám phá cách thực vật chống lại bệnh rễ nguy hiểm

WTS mã hóa kênh giải phóng Ca²⁺ được khoanh vùng ER, kích hoạt phản ứng miễn dịch để bảo vệ vùng rễ cọc khỏi sự xâm nhập của P. brassicae. Nguồn: Cheng Hangyuan.

Các nhà nghiên cứu do Chen Yuhang và Zhou Jianmin từ Viện Di truyền và Sinh học Phát triển của Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc dẫn đầu đã chỉ ra cách thực vật chống lại bệnh clubroot, một bệnh rễ nguy hiểm đe dọa năng suất của cây họ Cải như cải dầu.

Nghiên cứu phát hiện ra các cơ chế mới làm cơ sở cho khả năng miễn dịch của thực vật và hứa hẹn một con đường mới cho việc nhân giống cây trồng, đã được công bố trên tạp chí Cell.

Clubroot, một căn bệnh từ đất, là căn bệnh tàn phá nặng nề nhất đối với cây trồng thuộc họ cải bắp. Ở Trung Quốc, khoảng 3,2–4,0 triệu hm² đất nông nghiệp bị ảnh hưởng bởi bệnh clubroot mỗi năm, dẫn đến thiệt hại năng suất từ 20–30%. Các bào tử nghỉ của Plasmodiophora brassicae (Pb), tác nhân gây bệnh clubroot, có thể tồn tại trong đất tới 20 năm, làm cho đất bị ô nhiễm không thích hợp cho cây họ Cải.

Cho đến nay, chỉ có hai gen kháng bệnh clubroot đã được nhân bản và tính kháng của chúng đã bị phá vỡ do các chủng Pb độc lực mới tiến hóa.

Trong nghiên cứu này, gen kháng mới được xác định WTS quy định tính kháng đối với tất cả các chủng Pb đã được thử nghiệm, bao gồm cả các chủng có độc lực đối với các giống cải dầu kháng bệnh hiện có. Vì vậy, WTS là một gen kháng phổ rộng và mang lại tiềm năng lớn để nhân giống kháng bệnh clubroot ở cây trồng.

WTS không biểu hiện khi không có tác nhân gây bệnh. Tuy nhiên, khi bị nhiễm Pb, WTS được tạo ra mạnh mẽ trong trụ bì, một lớp tế bào gốc quan trọng bao quanh vùng rễ cọc. Rễ cọc là phần mạch dẫn trung tâm hình trụ của rễ chứa các mô quan trọng, bao gồm xylem và phloem cần thiết cho việc vận chuyển chất dinh dưỡng và nước.

Ở những cây mẫn cảm, Pb xâm nhập và sống ở rễ cọc, ngăn chặn sự vận chuyển chất dinh dưỡng và nước. Biểu hiện của WTS trong trụ bì kích hoạt khả năng phòng vệ của thực vật và ngăn Pb tấn công rễ cọc. Do đó, WTS xác định một cơ chế bảo vệ được kích hoạt cụ thể ở đúng nơi và đúng thời điểm để đảm bảo sự tăng trưởng và phát triển bình thường của cây trồng.

Ngoài ra, WTS mã hóa một loại protein mới. Phân tích cấu trúc bằng cryo-EM đã cho biết rằng WTS tự lắp ráp thành một kiến trúc ngũ giác chưa biết trước đây với một lỗ rỗng trung tâm.

Các nghiên cứu sâu hơn cũng chỉ ra rằng phức hợp protein WTS có chức năng như một kênh giải phóng canxi được định vị trong mạng lưới nội chất làm tăng các ion canxi tế bào, một tín hiệu thứ cấp quan trọng để kích hoạt khả năng phòng vệ của thực vật.

Các cơ chế kháng bệnh hấp dẫn được các nhà nghiên cứu phát hiện đại diện cho một mô hình mới trong khả năng miễn dịch của thực vật chống lại mầm bệnh từ đất. Gen WTS được nhân bản mang lại hy vọng mới cho việc nhân giống cây trồng Brassica chống lại một căn bệnh tàn phá khó kiểm soát.

Đỗ Thị Nhạn theo Phys.org