Phân tích transcriptomic cơ chế phát sinh bệnh chết nhanh hồ tiêu do Phytophthora capsici

Nguồn: Saranya Vijayakumar, Gayathri G Saraswathy, Manjula Sakuntala. 2024. Transcriptomic analysis reveals pathogenicity mechanisms of Phytophthora capsici in black pepper. Front Microbiol.; 2024 Nov 18: 15:1418816. doi: 10.3389/fmicb.2024.1418816.

Bệnh tàn khốc “chết nhanh” hay “thối gốc” do nấm Phytophthora capsici Leonian (oomycete) gây ra. Bệnh ảnh hưởng đáng kể đến giá trị kinh tế của vùng trồng cây gia vị hồ tiêu (Piper nigrum L.) trên thế giới. Những chi tiết về cơ chế tương tác giữa nấm P. capsici với giống cây chủ vẫn còn được biết rất ít, cản trở mọi nổ lực làm sao tăng cường tính kháng bệnh này. Để giải quyết lỗ hổng kiến thức như vậy, người ta tiến hành phân tích RNA-seq nhằm nghiên cứu phổ biểu hiện gen của nấm P. capsici xâm nhiễm vào cây hồ tiêu. Phân tích hệ transcriptome mang tính chất so sánh giữa kỹ thuật “axenic”, giai đoạn xâm nhiễm của nấm sớm và muộn (P. capsici) cho thấy có một số lượng đáng kể gen DEGs (differential expressed genes). Kết quả minh chứng rằng sự cảm ứng của các chu trình biến dưỡng, những hệ thống cascades truyền tín hiệu, những tiến trình cần thiết liên quan đến phát sinh bệnh trong giai đoạn nấm xâm nhiễm vào cây hồ tiêu bởi P. capsici. Đặc biệt là, người ta thấy có biểu hiện sự lập trình của các enzymes phân giải thành tế bào, những protein “effectors”, những transporters giải độc ở từng thời điểm xâm nhiễm của nấm, tất cả chỉ ra được vai trò của chúng trong phát sinh bệnh. Các thành phần biểu hiện của những gen chủ chốt liên quan đến phát sinh bệnh, bao gồm effectors, được người ta minh chứng qua phương pháp “quantitative real-time PCR” có tính phiên mã ngược. Hiệu quả của biểu hiện “transient” qua kỹ thuật “agroinfiltration” cây hồ tiêu được sử dụng để nghiên cứu chức năng của các “effectors”. Tóm lại, nghiên cứu đã tạo ra kết quả làm nền tảng cho các nghiên cứu tiếp theo, giải th1ch rõ cơ chế phát sinh bệnh bởi nấm P. capsici  và phát triển được các chiến lược quản lý bệnh này một cách hiệu quả. Tương lai, người dựa trên những phát hiện cần thiết này để hiểu rõ hơn hệ thống “bệnh học” và thực hiện các phương pháp tương thích làm giảm thiểu hậu quả của bệnh “foot rot” trên cây hồ tiêu.

Xem https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/39624727/

Nghiên cứu sinh lý, sinh hóa ảnh hưởng đến chỉ số đường huyết (GI) in vitro trong tập đoàn giống lúa thuộc loại hình indica

Nguồn: Indira Govindaraju, Anusha R Das, Ishita Chakraborty, Sib Sankar Mal, Bhaswati Sarmah, Vishwa Jyoti Baruah, Nirmal Mazumder. 2025. Investigation of the physicochemical factors affecting the in vitro digestion and glycemic indices of indigenous indica rice cultivars. Sci Rep; 2025 Jan 17; 15(1):2336. doi: 10.1038/s41598-025-85660-5.

Lúa (Oryza sativa) là cây trồng cung cấp lương thực thiết yếu và ổn định cho hầu hết dân sống trên toàn thế giới. Lựa chọn chế độ ăn uống thiếu hiểu biết đã và đang có một vai trò đang kể trong phát triển bệnh tiểu đường type-2 của nhân loại mà gạo và thực phẩm từ bột gạo có tác động nhất định. Nghiên cứu của tác giả xem xét in vitro sự tiêu hóa và chỉ số đường huyết (glycemic indices: GI) của bất cứ giống lúa bản địa nào,  các yếu tố ảnh hưởng đến chỉ số này. Đặc điểm phẩm chất cơm của giống lúa trồng được dự đoán. Hơn nữa, nghiên cứu sinh hóa như hàm lượng amylose đã được dự báo thông qua phương pháp “iodine-blue complex”, và hàm lượng tinh bột kháng (resistant starch) bằng “megazyme kit”. Kết quả giá trị GI in vitro được dự báo bằng phương pháp GOPOD. Các giống lúa xét nghiệm được chia thành nhóm có amylose thấp, trung bình, và cao. Các giống lúa này được xác định đặc tính hóa lý bằng FTIR (Fourier transform infrared spectroscopy) và DSC (differential scanning calorimetry). Phân tích quang phổ FTIR cho thấy các bằng nổi bật ở giá trị 3550-3200, 2927-2935, 1628-1650, 1420-1330, và 1300-1000 cm^-1, tương ứng với nhóm -OH, C=O, C=C, sự kéo dài C-OH và H-O-H, sự rung động uốn -CH, xác định được sự có mặt của tinh bột, proteins, và lipids. Hơn nữa, tỷ lệ FTIR đạt giá trị R(1047/1022) xác nhận cấu trúc vô cùng trật tự của dây amylopectin. Phân tích DSC cho thấy biến thiên của các thông số gelatinization (độ trở hồ), giá trị này biểu thị sự biến thể trong cấu trúc amylopectin cực mịn và mức độ phân nhánh dây này bên trong hạt tinh bột. The percentage of resistant starch (RS) ranged from 0.50-2.6%. Lực phồng lên hạt cơm SP (swelling power) biến thiên giữa giá trị 4.1 và 24.85 g/g. Hơn nữa, hầu hết các giống lúa nằm trong nhóm có giá trị GI cao trên cơ sở dự đoán in vitro GI (eGI), biến trong trong quãng giá trị 73.74-90.88. Phẩm chất nấu cơm của các giống này cũng được nghiên cứu tiếp. Vì hàm lượng amylose (AC) là một trong những yếu tố then chốt xác định phẩm chất cơm, ăn ngon và phẩm chất tiêu hóa, cho nên, người ta đã nghiên cứu mối liên quan giữa amylose và những đặc tính sinh hóa khác của giống. Giá trị SP và GI tương quan nghịch với AC, trong khi đó, RS tương quan thuận với AC. Đây là kết quả rất có lợi làm sáng tỏ phổ dinh dưỡng và xác định các yếu tố ảnh hưởng đến tiêu hóa của giống lúa truyền thống, thúc đẩy nhu cầu tiêu dùng, canh tác, góp phần đảm bảo an ninh lương thực.

Xem https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/39824900/

Phân tích bản chất bên trong loài của hồ tiêu kháng nấm “Phytophthora capsici”

Nguồn: Yupeng Hao, Rui Fan, Yongyan Zhao, Ke Nie, Luyao Wang, Ting Zhao, Zhiyuan Zhang, Xiaoyuan Tao, Hongyu Wu, Jiaying Pan, Chaoyun Hao, Xueying Guan. 2024. Intra species dissection of phytophthora capsici resistance in black pepper. J Adv Res.; 2024 Oct 21: S2090-1232(24)00469-7. doi: 10.1016/j.jare.2024.10.015. 

Hồ tiêu, một loài cây trồng nhiệt đới có ý nghĩa kinh tế, giữ vai trò then chốt trong nông nghiệp toàn câu bởi vị hương liệu gia vị đặc trưng của nó. Tuy nhiên, sự tăng trưởng và năng suất hồ tiêu đang đối mặt với thách thức nghiêm trọng do sự tấn công có tính chất tàn phá của nấm Phytophthora capsici, gây bệnh thối gốc hoặc bệnh chết nhanh. Nghiên cứu tìm nguồn gen kháng bệnh cho hồ tiêu rất có lợi cho sản lượng tiêu toàn thế giới. Nguồn vật liệu di truyền bao gồm các biến thể có trong chuỗi trình tự mật mã DNA, khả năng phiên mã và những cải biên có tính chất di truyền biểu sinh (epigenetics), trong đó, chúng tạo ra thứ bậc ảnh hưởng đến khả năng tự vệ của cây chủ chống  lại pathogen. Tuy nhiên, người ta hiện biết rất ít nguồn vật liệu di truyền tính kháng bệnh này trên cây hồ tiêu.

Loài tiêu hoang dại Piper flaviflorum (P. flaviflorum, Pf) được biệt có nguồn gen kháng bệnh chết nhanh, trong khi, giống tiêu trồn thuộc loài  P. nigrum nhiễm bệnh. Phân tích nguồn gen kháng với đồi tượng pathogen này, người ta chú ý sự cải tiên chromatin trên H3K4me3 và hệ phiên mã (transcriptome) của loài hồ tiêu hoang dại được phân tích phổ biểu hiện để nghiên cứu mang tính so sánh trên toàn hệ thống genome, người ta áp dụng phương pháp CUT&Tag và RNA sequencing.

Sự khác biệt có tính chất “intraspecies” giữa loài P. flaviflorum và P. nigrum theo “body region” của gen đích dẫn đến kết quả 5137 gen trên cơ sở biến thể mật mã di truyền, bao gồm: 359 gen có khả năng phản ứng với stress sinh học và điều tiết cây P. flaviflorum biểu hiện một phản ứng kháng toàn diện với nấm Phytophthora capsici trên cơ sở transcriptome. Phiên mã đáp ứng lại của pathogen có ý nghĩa liên quan đến dấu hiệu cải biên histone của H3K4me3 trong cây tiêu. Cơ sở dữ liệu đầy đủ về biến thể của chuỗi trình tự DNA, hoạt động phiên mã và cấu trúc chromatin dẫn đến kết quả làm ra chu trình phản ứng của jasmonic acid rất thừa thải để kháng bệnh trong cây P. flaviflorum. Kết quả cung cấp một công việc nghiên cứu toàn diện xác định nguồn vật liệu di truyền tinh tế phục vụ tính kháng nấm gây bệnh từ loài hồ tiêu hoang dại.

Xem https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/39442874/

Khác biệt hệ gen tại vùng mã hóa di truyền của tính trạng kháng bệnh chết nhanh của Piper flaviflorum. Sự phân bố của chỉ thị phân tử SNPs trên bộ nhiễm sắc thể Pf. Giá trị heatmap biểu thị mật độ chỉ thị SNPs. Chỉ thị SNP và cấu trúc gen ứng cử viên. Pn viết tắt tên khoa học loài tiêu trồng  Piper nigrum;  Pf viết tắt loài tiêu hoang dại Piper flaviflorum.

Tương tác giữa vi khuẩn Serratia và harmonine của bọ rùa Harlequin liên quan đến lợi thế cạnh tranh giữa các loài

Nguồn:Chaowei Zhang, Hang Zhou, Kang He, Yiqi Xiao, Mengyao Chen, Zhangqi Zuo, Runguo Shu, Yuhang Geng,

 Shuo Jin, Yang Mei, Bingbing He, and Fei Li. 2024. The interaction of Serratia bacteria and harmonine in harlequin

ladybird confers an interspecies competitive edge. PNAS December 30, 2024; 122 (2) e2417873121;

https://doi.org/10.1073/pnas.2417873121

Từng được đánh giá cao trong đấu tranh sinh học chống sâu hại cây, bọ rùa “harlequin ladybird” (Harmonia axyridis) đã và đang trở thành một loài gây hại xâm lấn ở vùng mà chúng không phải là bản địa, cạnh tranh mạnh hơn loài bọ rùa địa phương. Người ta tìm thấy bọ rùa “harlequin ladybird” mang trong mình nó một cách an toàn vi khuẩn “Serratia harmoniae”, một ký sinh gây chết cực trọng cho các loài bọ rùa khác. Sự chống chịu của bò rùa “harlequin ladybird” với pathogen này, nhờ nó có chất tự bảo vệ là “alkaloid harmonine”. Làm câm ba gen trong lộ trình sinh tổng hợp harmonine: gen Spidey, Sca2, và Desat;  kết quả là suy giảm việc sản sinh ra harmonine, làm cho mức độ xâm nhiễm của vi khuẩn tăng, tỷ lệ bọ rùa chết tăng. Xử lý penicillin đảo ngược hiệu ứng này, làm giảm S. harmoniae, làm tăng tỷ lệ bọ rùa sống sót. Tương quan có tính chất cộng sinh giữa ký chủ và pathogen mang lại lợi thế săn mội có tính chất “intraguild” của bọ rùa “harlequin ladybird”.

Bọ rùa “Harmonia axyridis” là côn trùng ăn mồi, được người ta sử dụng làm thiên địch bảo vệ cây trồng chống sâu hại như rầy mềm và rệp sáp. Nó có nguồn gốc từ Đông Á, bọ rùa này trở nên có tính xâm lấn cao khi người ta du nhập nó vào vùng canh tác từ cuối thế kỷ 19 vào châu Âu và Bắc Mỹ, đe dọa đa dạng sinh học địa phương. Thuật ngữ “intraguild predation” (ăn mồi trong nội bang) được giả thiết rằng sẽ thúc đẩy thành công của loài xâm lấn nói trên, nhưng người ta vẫn chưa biết rõ cơ chế. Trong nghiên cứu này, người ta bố trí nghiệm thức ăn mồi cho thấy trong khi bọ rùa “harlequin” sống được nhờ ăn trứng của bọ rùa bảy đốm, thì kết quả ngược lại không đúng. Tuy nhiên, bọ rùa bảy đốm đã ăn trứng bọ rùa harlequin đã có thể diễn ra để chúng sống trong nghiệm thức có xử lý penicillin. Giải trình tự “microbiome” và phân tích toàn hệ gen của trừng bọ rùa “harlequin ladybird” cho thấy có một chủng nòi vi khuẩn ký sinh Serratia harmoniae. Nồng độ gây chết trung bình (LC50) của S. harmoniae trong bọ rùa “harlequin ladybird” là 2.1 × 10⁵ lần cao hơn trong con bọ rùa bảy đốm. Tính chống chịu nào này trong bọ rùa harlequin  nhờ có harmonine, đặc biệt sản sinh ra trong “fat body” của loài này. Nghiệm thức làm câm 3 gen chủ chốt trong tiến trình tổng hợp harmonine; đó là gen Spidey, Sca2, Desat làm giảm việc tạo ra hợp chất này, làm cho mức độ S. harmoniae tăng, tỷ lệ bọ rùa chết tăng. Xử lý cá thể bị thay đổi bởi  “RNAi” với thuốc penicillin làm đảo ngược kết quả, giảm đáng kể S. harmoniae và tăng đáng kểbọ rùa sống sót. Kết quả minh chứng được S. harmoniae, một vi khuẩn mới phát hiện được bọ rùa “harlequin ladybirds” mang trên mình, tương tác với harmonine mang lại lợi thế cạnh tranh giữa các loài bọ rùa bản địa ở vùng không phải vùng của chúng.

Xem https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2417873121

Cơ chế bảo vệ “harmonine” chống lại xâm nhiễm của S. harmoniae. Tiền chất C16 được nhận vào thông qua sự thủy phân  của các giọt lipid và ngay sau đó, xâm nhập vào mạng võng nội chất khi có sự hiện diện của Malonyl-CoA, làm cho phân tử acid béo kéo dài ra và hình thành stearic acid. Điều này được xác tác bởi “HaDesat-mediated enzyme” nhằm tạo nên oleic acid, acid ấy trải qua một loạt các quá trình oxi hóa, khử nước, phản ứng amin hóa; kết quả là sản sinh ra được harmonine. Harmonine sau đó được phóng thích vào không gian ngoại bào nằm dọc theo dịch cơ thể để kháng được S. harmoniae.