Một nhóm các nhà sinh vật học đã xác định rằng loài nấm gây bệnh Verticillium dahlia gây ra bệnh héo rũ ở nhiều loại cây trồng, tiết ra một phân tử tác động nhằm vào hệ vi sinh vật của thực vật để thúc đẩy sự lây nhiễm.
Tác nhân gây bệnh thực vật Verticillium dahliae gây bệnh héo rũ trên nhiều loài cây trồng.
Nghiên cứu được thực hiện bởi nhóm của Giáo sư Alexander von Humboldt, Tiến sĩ Bart Thomma tại Đại học Cologne (UoC) phối hợp với nhóm của Tiến sĩ Michael Seidl và nhóm tin sinh học của Đại học Utrecht ở Hà Lan. Nghiên cứu được đăng tải trong Kỷ yếu của Viện Hàn lâm Khoa học Quốc gia (PNAS).
Các nhà khoa học nhận ra rằng hệ vi sinh vật của một sinh vật - tổng số vi khuẩn và các vi sinh vật khác sống trong và trên nó - là một thành phần quan trọng đối với sức khỏe của sinh vật đó. Đối với con người cũng như các động vật khác, các vi sinh vật đặc biệt sống trong ruột và da có những tác dụng hữu ích. Điều này cũng đúng với thực vật. Hơn nữa, người ta đã chứng minh rằng thực vật có thể tiếp nhận các vi sinh vật có lợi từ môi trường của chúng, chẳng hạn như từ đất xung quanh rễ, để giúp chúng chống chọi với dịch bệnh.
Tại UoC, cùng với Tiến sĩ Nick Snelders, tác giả chính của nghiên cứu, Tiến sĩ Thomma đã đưa ra giả thuyết rằng nếu thực vật có thể làm được điều này có lẽ là do một số mầm bệnh đã làm rối loạn hệ vi sinh vật của thực vật để thúc đẩy sự xâm nhập. Do đó, ngoài việc ức chế trực tiếp các phản ứng miễn dịch của vật chủ thực vật, các mầm bệnh này có thể ức chế miễn dịch gián tiếp bằng cách ảnh hưởng đến hệ vi sinh vật khỏe mạnh của cây trồng.
Nấm Verticillium dahliae là tác nhân gây bệnh nổi tiếng cho nhiều loại cây, bao gồm cây trồng trong nhà kính như cà chua và rau diếp, cả cây ô liu, cây cảnh và hoa, bông, khoai tây, và những loại cây khác. Nghiên cứu hiện tại cho thấy nấm này tiết ra protein kháng khuẩn VdAMP3 để điều khiển hệ vi sinh vật của thực vật như một tác nhân gây hiệu ứng.
Nói chung, các phân tử hiệu ứng nhằm mục tiêu vào các thành phần của hệ thống miễn dịch vật chủ, dẫn đến ức chế miễn dịch. Các tác giả đã chỉ ra rằng những mục tiêu này mở rộng đến các cư dân của quần xã vi sinh ở vật chủ: trong quá trình xâm chiếm vật chủ, phân tử VdAMP3 ngăn chặn các sinh vật có ích trong hệ vi sinh vật của thực vật, dẫn đến rối loạn hệ vi sinh vật hoặc rối loạn sinh học, để nấm có thể hoàn thành vòng đời của mình và tạo ra thế hệ con cháu có thể lây lan và bắt đầu quá trình nhiễm bệnh mới.
Thomma cho biết: Có vẻ như nấm Verticillium đã sử dụng phân tử này để khai thác trong quá trình phát triển bệnh trên vật chủ. Điều thú vị là phân tử này không hoạt động giống như một loại kháng sinh phổ rộng nhằm vào bất kỳ vi khuẩn nào, mà đặc biệt chống lại các loại nấm đối thủ cạnh tranh có khả năng cản trở Verticillium.
Ban đầu, các nhà nghiên cứu muốn tìm hiểu xem liệu Verticilium có chất tạo hiệu ứng và có hoạt tính kháng khuẩn hay không. Các ứng viên khác nhau sau đó được kiểm tra khả năng ức chế sự phát triển của vi khuẩn thử nghiệm trong phòng thí nghiệm. VdAMP3 là một trong những ứng cử viên tiềm năng. Các thí nghiệm tiếp theo sau đó cho thấy rằng không có tác nhân gây ảnh hưởng, các loại nấm khác - chất đối kháng - có thể phát triển mạnh và ngăn chặn sự hình thành cấu trúc sinh sản của Verticillium. VdAMP3 chủ yếu hoạt động trong các giai đoạn phát triển sau của bệnh, khi Verticillium cần tạo ra các cấu trúc sinh sản mới này để bắt đầu lây nhiễm các vật chủ mới. Tuy nhiên, đây không phải là phân tử đầu tiên mà các nhà khoa học xác định được. Một năm trước, họ đã tìm thấy một phân tử không hoạt động chống lại các loại nấm cạnh tranh, như VdAMP3, mà chống lại các đối thủ cạnh tranh là vi khuẩn.
Thomma nói thêm: Những phát hiện này chứng minh rằng các tác nhân gây bệnh sử dụng các phân tử khác nhau ở các giai đoạn khác nhau của quá trình bệnh để điều khiển hệ vi sinh vật khỏe mạnh của vật chủ để gây bệnh. Điều này cho thấy rằng điều quan trọng là phải nhìn xa hơn sự tương tác nhị phân giữa mầm bệnh và vật chủ nếu chúng ta muốn hiểu về bệnh. Thay vào đó, chúng ta cũng phải tính đến toàn bộ hệ vi sinh vật của vật chủ, xem vật chủ như một đơn vị sinh thái được hình thành bởi vật chủ và tất cả các sinh vật sống trên đó.
Về lâu dài, hiểu rõ hơn về các cơ chế này sẽ giúp phát triển các loài thực vật có khả năng chống chịu tốt hơn và xây dựng các chiến lược bảo vệ mùa màng tốt hơn. Trước tình hình dân số thế giới ngày càng tăng, diện tích đất canh tác hạn chế và nhu cầu giảm thiểu tác động và ô nhiễm môi trường, một trong những mục tiêu chính của các nhà khoa học thực vật là tăng năng suất cây trồng đồng thời giảm thiểu tác động sinh thái của con người lên môi trường. Snelders nói: “Tìm hiểu thêm về các phân tử tác động giúp nấm bệnh lây nhiễm sang cây trồng có thể dẫn đến những cách mới để bảo vệ cây trồng chống lại nấm bệnh”.
Trong các nghiên cứu trong tương lai, các tác giả sẽ tìm kiếm thêm các protein tác động có hoạt tính kháng khuẩn chọn lọc từ Verticillium và từ các mầm bệnh khác có chiến lược lây nhiễm khác.
Lê Hồng Vân - Mard, theo sciencedaily
