Hormone hé lộ cơ chế kháng bệnh ở cây trồng

Brigitte Poppenberger, Giáo sư chuyên ngành Công nghệ sinh học cây làm vườn tại Đại học Kỹ thuật Munich (TUM), cùng nhóm nghiên cứu của bà đã phát hiện ra cơ chế mới liên quan đến khả năng miễn dịch của cây trồng: các hormone steroid thực vật điều hòa phản ứng miễn dịch thông qua cơ chế di truyền biểu sinh. Nguồn: Andreas Heddergott / Technical University of Munich.

Các nhà nghiên cứu tại Đại học Kỹ thuật Munich (TUM) đã xác định được cơ chế di truyền biểu sinh điều hòa sự đánh đổi giữa sinh trưởng và khả năng phòng vệ miễn dịch ở cây trồng. Phát hiện này có thể hỗ trợ việc phát triển các giống cây trồng vừa có năng suất cao, vừa có khả năng chống chịu tốt hơn.

Khi cây trồng gặp phải tác nhân gây bệnh, chúng kích hoạt hệ thống miễn dịch đồng thời làm chậm quá trình sinh trưởng. Đối với các nhà sản xuất cây trồng, sự đánh đổi tự nhiên này có thể dẫn đến giảm năng suất và tạo ra thách thức trong quá trình chọn tạo các giống có khả năng kháng bệnh.

“Các nhà chọn tạo giống cây trồng đang nỗ lực phát triển những giống có thể chống lại các tác nhân gây bệnh một cách hiệu quả mà không làm giảm tiềm năng năng suất. Tuy nhiên, trong quá trình đó, họ phải đối mặt với những giới hạn sinh học: Khả năng miễn dịch tăng lên thường phải đánh đổi bằng sự suy giảm sinh trưởng”, Brigitte Poppenberger, giáo sư về Công nghệ sinh học cây làm vườn tại Đại học Kỹ thuật Munich (TUM) giải thích.

Poppenberger cùng nhóm nghiên cứu của bà hiện đã xác định được cơ chế có thể giúp các nhà chọn tạo giống vượt qua những giới hạn sinh học này. Các nhà nghiên cứu phát hiện rằng hormone steroid ở cây trồng điều hòa một “công tắc” phân tử kiểm soát phản ứng miễn dịch.

Hormone steroid ưu tiên sự sinh trưởng của cây trồng

Khi không có tác nhân gây bệnh, cây trồng ức chế các phản ứng miễn dịch và phân bổ nguồn lực cho quá trình sinh trưởng. Hormone steroid góp phần vào quá trình này bằng cách duy trì trạng thái bất hoạt của các thụ thể miễn dịch cần thiết để khởi động phản ứng phòng vệ.

Các hormone này hoạt động thông qua các yếu tố phiên mã - những protein có khả năng liên kết với DNA và ảnh hưởng đến cách thông tin di truyền được xử lý. Những yếu tố phiên mã này làm thay đổi cấu trúc của các thụ thể miễn dịch, giữ cho chúng ở trạng thái bất hoạt cho đến khi cây trồng thực sự cần đến chúng. Nhờ vậy, nhiều nguồn lực hơn có thể được dành cho sinh trưởng.

Sự tiếp xúc với tác nhân gây bệnh kích hoạt hệ thống phòng vệ của cây trồng

Khi cây trồng gặp phải tác nhân gây bệnh, chúng cần các thụ thể hoạt động bình thường để khởi động phản ứng phòng vệ. Khi đó, các yếu tố phiên mã được điều hòa bởi hormone steroid bị bất hoạt, cho phép các thụ thể gắn vào đúng cấu trúc.

Quá trình này kích hoạt phản ứng miễn dịch của cây trồng, đồng thời làm giảm tốc độ sinh trưởng. Các nhà nghiên cứu đã chứng minh cơ chế này ở cây mô hình Arabidopsis thaliana (cải xoong) sau khi cây bị nhiễm nấm gây bệnh phấn trắng.

Cơ chế di truyền biểu sinh kiểm soát các biến thể của thụ thể

Theo TUM, các nhà nghiên cứu là những người đầu tiên xác định được cơ chế được kiểm soát bởi hormone steroid này. Điều đặc biệt khiến họ bất ngờ là cách yếu tố phiên mã tác động lên các thụ thể miễn dịch.

“Yếu tố phiên mã không đơn thuần chỉ bật hoặc tắt các gen mã hóa thụ thể”, Brigitte Poppenberger giải thích. “Thông qua một cơ chế di truyền biểu sinh, nó ảnh hưởng đến việc tạo ra biến thể nào của thụ thể bằng cách thay đổi các biến đổi trên DNA, từ đó điều hòa quá trình xử lý của các gen bị ảnh hưởng”.

Khám phá có thể định hướng cho công tác chọn tạo giống trong tương lai

Việc hiểu rõ cách hormone steroid điều hòa khả năng miễn dịch của cây trồng có thể mang lại cho các nhà chọn tạo giống thêm hướng tiếp cận để phát triển những giống cây vừa duy trì năng suất, vừa có khả năng kháng bệnh tốt hơn.

“Nếu các chương trình chọn tạo giống trong tương lai thành công trong việc khai thác cơ chế này, những giống cây có năng suất cao có thể trở nên có khả năng chống chịu tốt hơn trước các tác nhân gây bệnh”.

Nguyễn Tiến Hải theo Seedworld.com