Những hiểu biết sâu về sự tương tác giữa mầm bệnh và vật chủ cung cấp manh mối để bảo vệ cây trồng khỏi bệnh đạo ôn

Cấu trúc tinh thể của OsExo70F2 phức hợp với AVR-Pii cho thấy các chất lắng kỵ nước chiếm ưu thế trên giao diện tương tác. (A) Biểu diễn giản đồ của OsExo70F2 phức hợp với AVR-Pii. Cả hai phân tử đều được biểu diễn dưới dạng dải băng hình, với bề mặt phân tử được hiển thị với màu xanh lá cây và màu vàng tương ứng với OsExo70F2 và AVR-Pii. (B) Cận cảnh giao diện tương tác giữa OsExo70F2 và AVR-Pii. OsExo70F2 được trình bày dưới dạng bề mặt rắn, với bộ tạo hiệu ứng là các dải hình và chuỗi bên được hiển thị dưới dạng hình trụ cho các gốc tương tác AVR-Pii (Asp45, Tyr48, His49, Tyr64, Phe65 và Asn66) cùng với các gốc điều phối Zn2 + nguyên tử (Cys51, Cys54, His67 và Cys69). (C) Biểu diễn tính kỵ nước bề mặt OsExo70F2 tại giao diện tương tác AVR-Pii; chất lắng có màu tùy thuộc vào tính kỵ nước của chúng từ xanh nhạt (thấp) đến vàng (cao). (D) Biểu diễn điện thế tĩnh điện bề mặt OsExo70F2 tại giao diện tương tác AVR-Pii; chất lắng có màu phụ thuộc vào thế tĩnh điện của chúng từ xanh đậm (dương) đến đỏ (âm). Các dư lượng AVR-Pii từ 20 đến 43 không quan sát được trong biên độ điện tử được sử dụng để xác định cấu trúc. Nguồn: Kỷ yếu của Viện Hàn lâm Khoa học Quốc gia (2022). DOI: 10.1073 / pnas.2210559119.

Một cơ chế được sử dụng bởi nấm bệnh để thúc đẩy sự lây lan của bệnh đạo ôn, tàn phá cây ngũ cốc đã được tiết lộ rất chi tiết.

Nhóm Banfield tại Trung tâm John Innes, phối hợp với Trung tâm Nghiên cứu Công nghệ Sinh học Iwate ở Nhật Bản và Phòng thí nghiệm Sainsbury ở Norwich mô tả cách một loại protein tác nhân (AVR-Pii) được sử dụng bởi nấm đạo ôn Maganaporthe oryzae liên kết với protein thụ thể ký chủ trên lúa Exo70.

Từ kết quả phân tích cấu trúc protein, nghiên cứu cho thấy một cơ chế liên kết chặt chẽ, trong đó đáng kể nhất là bề mặt tác nhân tham gia vào tương tác với vật chủ mục tiêu.

Khi đi sâu vào cấu trúc của AVR-Pii, nhóm nghiên cứu cũng đã chỉ ra rằng chất tác nhân này thuộc một họ protein mới có trong mầm bệnh đạo ôn, được gọi là "Zifs", vì chúng dựa trên mô típ ngón tay kẽm.

Nghiên cứu được công bố trên Kỷ yếu Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).

Giáo sư Mark Banfield, trưởng nhóm nghiên cứu tại John Innes và các cộng tác viên của nghiên cứu cho biết: “Chúng tôi đã xác định được một họ mới của các chất gây hiệu ứng Zif, một phát hiện có ý nghĩa trong việc tìm hiểu các cơ chế phân tử của bệnh đạo ôn. Những protein này có thể hữu ích trong nhiệm vụ của chúng tôi để tạo ra các đặc tính kháng bệnh mới chống lại nấm bệnh đạo ôn”.

Trước đây, tất cả các cấu trúc của protein tác nhân trong mầm bệnh đạo ôn là từ một họ được gọi là nếp gấp MAX. Nhóm nghiên cứu đưa ra giả thuyết rằng AVR-Pii sẽ không phải là một hiệu ứng MAX và suy đoán rằng nghiên cứu có thể phát hiện ra một họ protein mới.

Tương tác AVR-Pii-Exo70 này hỗ trợ khả năng kháng bệnh ở cây lúa thông qua biểu hiện cặp protein thụ thể miễn dịch NLR là Pii. Nhưng tương tác làm cơ sở cho sự kháng bệnh vẫn chưa được biết.

Nghiên cứu trong tương lai sẽ khám phá mối liên hệ giữa AVR-Pii và Exo70 dẫn đến sự nhận biết miễn dịch của thụ thể NLR. Các thụ thể NLR thuộc về một họ protein cho phép thực vật cảm nhận sự hiện diện của các phân tử tác nhân gây bệnh và tạo ra phản ứng miễn dịch để kháng lại bệnh.

Bệnh cây phá hủy đến 30% sản lượng cây trồng hàng năm, góp phần gây mất an ninh lương thực toàn cầu và bệnh đạo ôn là một loại bệnh chính của cây ngũ cốc.

Khám phá cách các mầm bệnh nhắm vào vật chủ thực vật để thúc đẩy độc lực là điều cần thiết nếu chúng ta muốn hiểu cách bệnh phát triển, ngoài khả năng miễn dịch nhân tạo.

Lê Thị Kim Loan theo Phys.org