Tuần tin khoa học 1005 (17-23/8/2026)

KINASE đóng vai trò thụ thể trong cây cải xà lách ghi nhận mô típ “heptapeptide” trong họ protein vi sinh vật Nep1 (1)

Hiểu rõ được cơ chế nhận diện mầm bệnh (pathogen) trong cây trồng là chìa khóa  để cải tiến quản lý tính kháng bệnh. Nghiên cứu này xác định được một thụ thể miễn dịch ở bề mặt của tế bào trong cây cải xà lách thụ thể ấy đóng vai trò trung gian để nhận diện nlp24 dẫn xuất từ  NLPs (secreted proteins: protein được tiết ra) của sinh vật prokaryote và mầm bệnh gây bệnh trên eukaryote. Không giống với thụ thể được định tính trước đây trên cây mô hình Arabidopsis (RLP23), thụ thể cùa xà lách nlp24 (thụ thể LNR) biểu thị sự chuyên tính đặc biệt với mô típ protein heptapeptide có tính bảo thủ rất sâu trong họ protein NLP mà protein như vậy rất cần để làm phân rã tế bào chủ. Biểu hiện của kinase LNR đóng vai trò thụ thể trong các loài cây trồng họ Solanaceae (họ Cà) liên quan đến tính kháng di truyền số lượng đối với mầm bệnh (oomycete pathogen) nấm Phytophthora capsici. Những phát hiện của tác giả góp phần nâng cao hiểu biết miễn dịch được kích hoạt  PTI (pattern-triggered immunity) của loài cây trồng ăn lá rất quan trọng này và  minh chứng đượchiện tượng tiến hóa có tính chất hội tụ (convergent evolution) trong cơ chế nhận biết NLP  giữa các loài thực vật có khoảng cách họ hàng khá xa.

Thực vật dựa vào các thụ thể miễn dịch ở mặt ngoài tế bào để phát hiện vi sinh vật xâm nhiễm và  khởi động các phản ứng tự vệ vô cùng hiệu quả. Cho dù họ Asteraceae là một trong những nhóm loài cây trồng lớn nhất có hiệu quả kinh tế vô cùng quan trọng, nhưng người ta biết rất ít về sự truyền tín hiệu PTI của nó (pattern-triggered immunity: PTI. Loài cải xà lách trồng trọt (Lactuca sativa L.) nhận biết được peptide có chuỗi trình tự 24-amino acid (ký hiệu: nlp24) từ các proteins NLPs (Nep1-like proteins) kích hoạt necrosis và ethylene. NLPs được tìm thấy trong in vi khuẩn, nấm, và oomycetes. Các tác giả phân tích toàn diện đặc điểm của phản u71ngmie64n dịch bị kích hoạt bởi nlp24 trong cây xà lách và xác định được LETTUCE nlp24 RECEPTOR (LNR) qua trung gian kinase có chức năng thụ thể với bản chất leucine-rich repeat (LRR) để nó nhận diện mầm bệnh xâm nhiễm. Chú ý, sự nhận diện của nlp24 trong xà lách và hoạt động ngay sau đó thuộc hệ thống tự vệ bị lệ thuộc rất mạnh vàomô típ có tính chất bảo thủ heptapeptide (GHRHDWE). Những thí nghiệm gây đột biến hướng theo mô phỏng đều gợi ra rằng nlp24 heptapeptide tương tác với một gốc kỵ nước trong cấu trúc của LNR solenoid. Tính đặc hiệu của “ligand” (trong tương tác ligand-receptor) và sự vắng mặt của trình tự đồng dạng giữa LNR và thụ thể nhận biết nlp24 của cây  Arabidopsis  là RLP23. Điều này chỉ ra rằng sự nhận biết NLP trong cây xà lách và cây Arabidopsis là độc lập hoàn toàn, thông hoa tiến hóa có tính chất hội tụ (convergent evolution). Kết quả phân tích di truyền huyết thống cho thấy LNR quan hệ rất gần với Arabidopsis MALE DISCOVERER 1-INTERACTING RECEPTOR-LIKE KINASE 2 (MIK2) mà thuộc về một riêng biệt rất khác xa, nhóm phụ kiểu “monophyletic” đặc thù họ Cúc đã và đang trải qua sự phát triển đáng kể trong chi Lactuca. Kết quả cung cấp lý luận về cơ chế PTM (pattern-triggered immunity) của xà lách và nêu một ví dụ điển hình về tiến hóa hội tụ của thụ thể nhận diện mầm bệnh đặc thù trong thực vật (1).

Xem https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2532196123

Điều tiết trong di truyền biểu sinh và tín hiệu ROS khi cây thích nghi với stress ngoại cảnh: một khung tích hợp (2)

Cây phản ứng với stress do ngoại cảnh nhờ tích hợp được sự điều tiết của di truyền biểu sinh với truyền tín hiệu ROS (reactive oxygen species). Bài tổng quan này đánh giá những tương tác có tính chất hai chiều giữa cơ chế biểu sinh và sự bảo hóa ROS (ROS homeostasis) khi cây thích nghi với stress, nhấn mạnh đặc biệt là khô hạn. Có 4 cơ chế biểu sinh, bao gồm sự cải biên histone, methyl hóa DNA, mô phỏng lại chromatin, và phân tử RNAs không mã hóa, kiểm soát sự biểu hiện của gen có liên quan đến tính trạng ROS, ngược lại, ROS còn  làm thay đổi cấu trúc chromatin và phần nào đó của methyl hóa phân tử DNA. Tác giả đề nghị những tương tác như vậy mang hình thức hệ thống điều hòa rất cơ động thay vì các lộ trình truyền tín hiệu một chiều, trong khi thay đổi men “DNA methyltransferases” và thay đổi những yếu tố demethyl hóa thông qua ROS làm tạo ra các trạng thái di truyền biểu sinh ngược. Sự điều tiết song phương như vậy có thể tạo nên các mạch tự củng cố làm mạnh lên chính nó, mà mạch ấy có thể cung cấp những phản ứng ngay lập tức đối với stress hiện hữu. Tuy nhiên, vẫn còn thiếu những kiến thức để minh chứng, đó là tính chất lập lại thiếu nhất quán về quy trình mồi (priming) trong nghiên cứu, sự hiểu biết chưa đầy đủ về làm thế nào mà stress ô xi hóa kích hoạt được các thay đổi biểu sinh ấy tại địa điểm cụ thể nào đó; và khả năng rất hạn chế để truyền tải qua nhiều thế hệ của kết quả cải biên khi bị stress. Tác giả tổng kết minh chứng của bộ nhớ mang tính chất biểu sinh (epigenetic memory) của phản ứng với stress trong loài thực vật, phân biệt tính mềm dẽo thích nghi hiện hữu với sự biến dị di truyền ngẫu nhiên, và nhấn mạnh đến các xu hướng nghiên cứu căn bản và linh hoạt phục vụ cho phát triển giống cây trồng chống chịu theo mùa vụ nhờ chiến lược biểu sinh có mục tiêu rõ ràng (2).

Xem: https://link.springer.com/article/10.1007/s00122-026-05344-0

Phương pháp sử dụng ảnh siêu phổ và phương pháp máy thông minh để chẩn đoán nhanh và không xâm lấn rapid and non-invasive diagnosis bệnh CBB (cháy lá sắn do vi khuẩn) (3).

Nghiên cứu này khai thác hiệu quả tích cực của chụp ảnh siêu phổ HSI (hyperspectral imaging) kết hợp với máy thông minh để phát hiện những thay đổi sinh lý của lá sắn bị nhiễm vi khuẩn  Xanthomonas phaseoli pv. manihotis 

(Xpm), gây bệnh cháy lá sắn nổi tiếng, làm thiệt hại năng suất sắn trên toàn thế giới. Do đó, sử dụng phương pháp HSI kết hợp với machine learning (thuật toán và mô hình toán học để phân tích dữ liệu và đưa ra kết quả) có thể cho ra thông tin nhanh và chính xác, nhằm mục đích hỗ trợ cho “quyết định” xử lý vấn đề. HSI thu thập dữ liệu phổ phản ánh các thay đổi có tính chất hóa sinh trong mô cây bị nhiễm bệnh. Một bộ ảnh gồm các 402 lá sắn khỏe mạnh và 450 lá có triệu chứng đã được chụp bằng camera siêu phổ trên các dải bước sóng 400 đến 1000 nm, có điều chỉnh hình ảnh (image calibration) và chuẩn hóa phổ (spectral normalization) để hoàn thiện được chất lượng dữ liệu. Thông số phổ, ví dụ chỉ số “mean reflectance” và chỉ số “spectral differences” (giữa cây mạnh và cây bệnh) đã được phân tích. Sáu mô phỏng toán (machine learning) được khảo nghiệm để tách nhóm: Decision Tree (DT), Random Forest (RF), Support Vector Machine (SVM), K-Nearest Neighbors (KNN), Extreme Gradient Boosting (XGBoost), và Multi-Layer Perceptron (MLP). Mô phỏng SVM là tốt nhất, đạt chính xác cao nhất (91.41%), theo sau là mô phỏng MLP (87.89%), XGBoost (79.69%), và RF (77.34%). DT và KNN có độ chính xác thấp nhất (71.88% và 70.31%, theo thứ tự). Kết quả cho thấy HSI, đaặc biệt khi kết hợp với SVM, có kết quả chính xác và nhanh trong chẩn đoán bệnh CBB, có tiềm năng ứng dụng trên ruộng đại trà.

Xem https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC12884324/

Hệ transcriptome so sánh ở mức độ “subfamily” của các phân tử “regulators miễn dịch” và các tế bào huyền phù cho thấy rõ hơn “gen kháng mới” đối với đạo ôn lúa (4)

Cây lúa làm tăng hoạt cơ chế PTI (pattern-triggered immunity) thông qua các yếu tố chủ chốt trong hệ miễn dịch, đó là PRRs (pattern recognition receptors: thụ thể nhận biết), RLCKs (receptor-like cytoplasmic kinases), và TFs (transcription factors: protein đóng vai yếu tố phiên mã), để chống lại mầm bệnh xâm nhiễm. Tuy nhiên, cái nhìn toàn diện về phiên mã  của những phân tử “regulators miễn dịch” này ở mức độ “subfamily” (họ phụ protein) khi cây lúa bị nấm đạo ôn xâm nhiễm hiện nay vẫn còn thiếu. Mục đích nghiên cứu này là định tính được phổ biểu hiện gen mã hóa TF của Oryza sativa (Os)PRRs, OsRLCKs, và OsTFs, xây dựng nên một hệ thống vững chắc nhằm phục vụ sàng lọc các gen ứng cử viên mới trong hệ miễn dịch của cây lúa. Tác giả xác định được các gen DEGs (differentially expressed genes) trong các họ gen với cơ sở dữ liệu mang tính chất phiên mã từ cây lúa bị xâm nhiễm bởi nấm Magnaporthe oryzae và tế bào lúa treo trong huyền phù có khống chế bằng chitin.

Kết quả cho thấy sự điều tiết phiên mã của những gen thuộc subfamilies nổi tiếng trong miễn dịch là OsPRRs, OsRLCKs, và OsTFs, như là receptor-like kinase-leucine-rich repeat XII (RLK-LRR-XII) và RLCK-VII, chúng được phân lập nhiều subfamilies mới với tỷ lệ cao gen DEGs mà các gen như vậy có thể tham gia vào nhận diện được mầm bệnh và bảo vệ cây lúa.

Tác giả chứng minh được sàng lọc các gen ứng cử viên từ sự chồng lấp của DEGs giữa cây lúa bệnh và hệ thống tế bào huyền phù (suspension cell systems) là chiến lược rất hiệu quả để sàng lọc gen bao gồm gen điều khiển tính trạng miễn dịch của cây lúa. Sử dụng hệ thống ấy, những “regulators” mới, miễn dịch được xác định, chức năng của gen được thẩm định. Hai phân tử RLCKs, i.e. OsRLCK298 và OsBSR1, hoạt động như những “regulators” rất tích cực trong miễn dịch chống lại nấm gây bệnh đạo ôn lúa, trong khi, hai TFs, i.e. OsERF65 và OsERF96.2, hoạt động như những “regulators” tiêu cực. Nghiên cứu này cung cấp một nguồn transcriptome rất có giá trị và xây dựng nên một hệ thống phục vụ “gene discovery” (tìm kiếm gen đích). Phương pháp này có thể được áp dụng với nhiều phản ứng khác khi cây bị stress và áp dụng cho loài cây trồng khác ca7y lúa.Xem:

https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41665283/

Hình: Phân bố gen DEG mà cụ thể là OsRLCK thông qua phổ biểu hiện “subfamily” và gen đích của DEGs trong cây lúa, trong thí nghiệm tế bào huyền phù and. OsRLCK DEG subfamilies và heatmap biểu thi gen thể hiện ở mức độ có ý nghĩa log2-fold thay đổi trongthí nghiệm này.

Dấu hoa thị (*) là overlapping DEGs và tên gen ứng cử viên.

Mũi tên hướng lên trên là upregulated DEGs; Mũi tên hướng xuống dưới là downregulated DEGs.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1. Iñigo Bañales, Sarah L. Mehrem, Samara Almeida Landman, Marrit Alderkamp, Max Pijfers, Stan Baijens, Alix von Bredow, Peter Schutte, Sander Prevoo, Gijs van Asselt, Sagayamary Sagayaradj, Basten Snoek, Richard Michelmore, Dmitry Lapin, and Guido Van den Ackerveken. 2026. A lettuce receptor-like kinase recognizes the highly conserved heptapeptide motif within microbial Nep1-like proteins. PNAS August 4 2026; 123 (32) e2532196123

2. Nadeem Bhanbhro, Qadir Bakhsh, Shengdixin Shi, Jia-Jun Ma, Mian Fazli Basit, Hong-Jin Wang, Zhao Yun, Ali Murad Jakhar, Uzair Ullah, Abdullah Shalmani, Jing-Jing Wen & Kun-Ming Chen. 2026. Epigenetic regulation and ROS signaling in plant stress adaptation: an integrated framework. Theoretical and Applied Genetics; August 13 2026; vol. 139; article 229

3. Ian Carlos Bispo Carvalho, Luciellen da Costa Ferreira, Ana Régia de Mendonça Neves, Alice Maria Silva Carvalho, Henrique Póvoa Rodrigues Lima, Maurício Rossato. 2026. A hyperspectral imaging and machine learning approach for rapid and non-invasive diagnosis of cassava bacterial blight. Front Plant Sci.; 2026 Jan 26:16:1707646. doi: 10.3389/fpls.2025.1707646. 

4. Wanqing Wang, Fumi Fukada, Tomoyuki Furuta, Alfino Sebastian, Kiwamu Hyodo, Natsuko Ono, Hideki Nishimura, Pingyu Wang, Yoji Kawano. 2026. Subfamily-level comparative transcriptomics of key immune regulators in plants and suspension cells reveals novel rice blast resistance genes. Plant Cell Physiol.; 2026 Jun 30; 67(6):976-1001. doi: 10.1093/pcp/pcag019.

Biên tập: BÙI CHÍ BỬU