Kiểm tra việc thúc đẩy các phản ứng miễn dịch của cây arabidopsis bởi một loại nấm vùng rễ

Các loại nấm gây bệnh côn trùng như Metarhizium robertsii có thể hình thành mối quan hệ vùng rễ với các loại cây như Arabidopsis thaliana trong hệ thống thủy canh rễ vô trùng để cung cấp axit pipecolic yếu tố kích thích miễn dịch cho cây trồng. Việc cấy bào tử nấm có thể thúc đẩy khả năng phòng vệ của thực vật chống lại mầm bệnh vi khuẩn và rệp tấn công. Nguồn: Giáo sư Chengshu Wang.

Thực vật có thể hình thành các mối quan hệ mật thiết đa dạng với các loại nấm rễ cộng sinh, nội sinh và hoặc nấm vùng rễ có lợi để trao đổi chất dinh dưỡng. Hiện nay người ta đã biết rằng thực vật có thể chuyển các nguồn carbon như axit béo sang nấm trong khi nấm làm trung gian cung cấp phốt phát và/hoặc nitơ cho thực vật. Những lợi ích từ nấm cũng bao gồm việc thúc đẩy tăng trưởng thực vật và bảo vệ chống lại các bất lợi sinh học và phi sinh học khác nhau. Tuy nhiên, việc nấm thúc đẩy các phản ứng miễn dịch thực vật vẫn còn khó nắm bắt về mặt cơ học.

Axit pipecolic (PIP), một sản phẩm của quá trình dị hóa lysine, có thể được sản xuất bởi nhiều loại sinh vật từ vi khuẩn đến nấm và thực vật. Bằng chứng tích lũy đã chỉ ra rằng PIP và axit N-hydroxy pipecolic dẫn xuất của nó (NHP) là những chất điều chỉnh quan trọng đối với khả năng miễn dịch thực vật cảm ứng. Ngoài việc là một chất trung gian nội sinh trong thực vật, trước đây người ta vẫn chưa nghi ngờ liệu PIP có thể được trao đổi giữa các giới hay không.

Giáo sư Chengshu Wang và các đồng nghiệp của ông từ Viện Sinh lý học và Sinh thái Thực vật Thượng Hải, Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc, báo cáo rằng PIP được tạo ra bởi một loại nấm vùng rễ Metarhizium robertsii có thể được Arabidopsis thaliana hấp thụ để thúc đẩy phản ứng miễn dịch của thực vật chống lại vi khuẩn gây bệnh và rệp tấn công. M. robertsii là một loại nấm gây bệnh côn trùng thuộc lớp nấm nang mà nó cũng có thể hình thành mối quan hệ nội sinh hoặc vùng rễ với các loại cây khác nhau.

Trước đây, họ đã thu được một thể đột biến biểu hiện quá mức SwnA (OE) của M. robertsii có thể tạo ra lượng PIP và chất chuyển hóa thứ cấp có liên quan của nó cao hơn so với chủng dại (WT). Trong việc này, họ đã thiết lập một hệ thống thủy canh rễ vô trùng thanh lịch cho việc cấy hệ vi sinh vật của Arabidopsis với các chủng WT và OE.

Họ đã phát hiện ra rằng Metarhizium có thể xâm chiếm vùng rễ của rễ cây và PIP có thể được thể hiện rõ ràng ở các cây ald1 không sản xuất PIP sau khi cấy nấm. Mức PIP của cây Col-0 cũng có thể tăng lên đáng kể sau khi cấy chủng nấm OE. Tuy nhiên, NHP đã được tăng cường đáng kể trong Col-0 nhưng không phải trong ald1 sau khi cấy một trong hai chủng. Do đó, PIP từ nấm có thể được chuyển vào và/hoặc chuyển đổi thành NHP trong thực vật.

Tương tự như việc bổ sung PIP ngoại sinh, họ đã phát hiện ra rằng cấy nấm có thể thúc đẩy khả năng phòng vệ miễn dịch của cả Col-0 và ald1 chứ không phải fmo1 (không thể tạo ra NHP) của cây Arabidopsis chống lại sự lây nhiễm của mầm bệnh vi khuẩn Pseudomonas syringae pv. cà chua (Pst). Họ cũng phát hiện ra rằng việc cấy nấm có thể thúc đẩy đáng kể sự tích lũy phytoalexin trong cây Arabidopsis, như camalexin và 4-methylsulfinylbutyl glucosinolate.

Phát hiện này được ủng hộ từ các báo cáo trước đây rằng NHP có thể tạo ra camalexin ở A. thaliana. Họ cũng đã phát hiện ra rằng việc cấy nấm, đặc biệt là việc sử dụng chủng OE, có thể ngăn chặn sự sinh sôi nảy nở của rệp đào xanh trên cây trồng.

Ngoài việc chứng minh sự chuyển PIP từ nấm sang thực vật mà trước đây không nghi ngờ gì, phát hiện trong công trình này cho thấy rằng việc sàng lọc và sử dụng các vi khuẩn sản xuất PIP cao tương thích có thể mang lại lợi ích cho cây trồng chống lại các thách thức sinh học.

Phát hiện được công bố trên tạp chí Science China Life Sciences.

Đỗ Thị Nhạn theo Phys.org