Sphingobium liên quan đến rễ cà chua chứa gen để trung hòa hợp chất độc hại

Bất kể người ta nói 'cà chua' như thế nào thì chúng đều chứa tomatine, một chất độc có trong quả xanh, lá và rễ của cây cà chua. Cà chua sản sinh ra hợp chất có vị đắng đây là một chất chuyển hóa chính của thực vật được tiết ra từ rễ để bảo vệ chống lại mầm bệnh và côn trùng kiếm ăn.

Các chất chuyển hóa như vậy có chức năng như chất dinh dưỡng và tín hiệu hóa học, nó ảnh hưởng đến sự hình thành các cộng đồng vi sinh vật ảnh hưởng lớn đến sự phát triển của thực vật.

Các nghiên cứu trước đây đã phát hiện ra rằng các độc tố hữu cơ có nguồn gốc từ thực vật - saponin, chẳng hạn như tomatine - làm thay đổi quần thể vi sinh vật xung quanh rễ cà chua bằng cách tăng lượng vi khuẩn Sphingobium. Tuy nhiên, những gì vẫn chưa được biết là làm thế nào các quần thể vi khuẩn trong vùng rễ cà chua (rhizosphere) - vùng đất xung quanh rễ liên quan đến tomatine.

Giờ đây, một nhóm nghiên cứu do Đại học Kyoto dẫn đầu đã tiết lộ rằng Sphingobium sở hữu một loạt enzyme thủy phân cà chua, giải độc cho nó.

Akifumi Sugiyama thuộc Viện nghiên cứu về Nhân quyển Bền vững của KyotoU (RISH) cho biết: “Chúng tôi cũng xác định được các enzyme chuyển đổi tomatidine steroid thành các hợp chất nhỏ hơn, không độc hại”.

Masaru Nakayasu, cũng tại RISH, cho biết thêm: “Khám phá của chúng tôi về các chất chuyển hóa này giúp chúng tôi hiểu được cách các vi sinh vật trong đất đối phó với các hợp chất độc tố có nguồn gốc từ thực vật để cư trú thành công ở vùng rễ”.

Nhóm của Sugiyama đã phân lập được một số vi khuẩn từ rễ cà chua và đất trồng cà chua, đồng thời xác định chủng vi khuẩn RC1 có khả năng phân hủy cà chua và sử dụng nó làm nguồn carbon.

Các phân tích trình tự các gen của RC1 đã chứng minh rằng sự biểu hiện của một số gen thuộc họ glycohydrolase tăng lên khi có mặt tomatine. Sự biểu hiện của các protein được mã hóa bởi gen của vi khuẩn E Coli đã khẳng định khả năng phân hủy tomatine in vitro.

Kyoko Takamatsu tại Trường Đại học Nông nghiệp của Kyoto đã lưu ý: “Chúng tôi đã nghĩ rằng bốn loại đường gắn với tomatine bị phân hủy theo một thứ tự nào đó nhưng phát hiện ra rằng bốn gen tương ứng SpGH3-4, SpGH39-1, SpGH3-1 và SpGH3-3 cùng phối hợp để thủy phân tomatine thành tomatidine”.

 
Các tác giả dự đoán sẽ có những nỗ lực tiếp theo để phát triển saponin ngoài tomatine và phân tích xem các gen phân hủy saponin ảnh hưởng như thế nào đến sự tương tác giữa thực vật và cộng đồng vi khuẩn trong vùng rễ.

Bốn gen tương ứng SpGH3-4, SpGH39-1, SpGH3-1 và SpGH3-3 cùng phối hợp thủy phân tomatine thành tomatidine trong vùng rễ cà chua. Nguồn: KyotoU Global Comms/Jake Tobiyama.

Sugiyama kết luận: “Do nhiều chất chuyển hóa chuyên biệt của thực vật mang lại lợi ích cho sức khỏe con người, chúng tôi có thể thiết kế gen vi khuẩn dựa trên chức năng enzyme của chúng để tạo ra các hợp chất hoạt tính sinh học mới cho các ứng dụng của con người”.

Nguyễn Thị Quỳnh Thuận theo Đại học KYOTO.