Hệ thống miễn dịch của cây trồng và cơ chế tự bảo vệ

4:12 17/07/2020 Tác giả

Trong quá trình tiến hoá, do phải luôn luôn sống trong điều kiện môi trường khắc nghiệt và sâu bệnh, cây trồng đã trang bị cho mình một hệ thống tự bảo vệ trước sự tấn công của sâu, bệnh hại và tác động xấu của môi trường.

Khi bị sâu bệnh tấn công, đa số các cây trồng đều có khả năng phản ứng bằng cách sinh ra các chất bảo vệ, gây độc cho kẻ tấn công. Các cách thức bảo vệ này được sinh ra từ một hệ thống được gọi là hệ thống miễn dịch bẩm sinh của cây trồng, ngoài ra còn được gọi là hệ thống miễn dịch không đặc hiệu hoặc hệ thống miễn dịch tự nhiên.

Miễn dịch bẩm sinh là khả năng bảo vệ cơ thể sẵn có và mang tính di truyền trong các cá thể cùng loài.

1. Nguyên tắc hoạt động

Về nguyên tắc hoạt động, hệ thống miễn dịch phản ứng nhanh và rất có hiệu quả trước sự tấn công của nhiều vật gây bệnh như vi rút, vi khuẩn, nấm,… Hệ thống này hoạt động khá đơn giản, nhưng cơ chế hoạt động lại phức tạp đòi hỏi nhiều khám phá mới trong lĩnh vực sinh lý thực vật, sinh hóa thực vật và sinh học phân tử.

2. Bệnh hại tấn công cây trồng như thế nào?

Thế giới các loài gây bệnh cho thực vật rất phong phú, chúng sử dụng các chiến lược khác nhau để tấn công vào cơ thể cây trồng. Những loài vi khuẩn gây bệnh xâm nhập qua đường khí khẩu hoặc thủy khẩu hoặc qua các vết thương để rồi sinh sôi nảy nở trong khoảng gian bào.

Các loài sâu, bọ thì dùng miệng chích hút sử dụng trực tiếp chất dinh dưỡng từ các tế bào thực vật. Nấm lại có khả năng xâm nhập trực tiếp qua các lớp tế bào biểu mô thực vật, hoặc bao phủ, xen cài hoặc xuyên sâu lớp biểu mô bằng hệ thống khuẩn ty của mình.

Các loài nấm omycetes cộng sinh gây bệnh có thể phát triển “cái miệng” của mình áp lên lớp màng tế bào thực vật. Ngoài ra, tất cả những nhóm gây bệnh thực vật này đều tiêm vào tế bào thực vật những chất có độc lực để phù hợp với nhu cầu sinh trưởng của chúng.

3. Hệ thống miễn dịch ở thực vật ?

Về cơ bản, thực vật có thể sử dụng hai hệ thống miễn dịch bao gồm:

Hệ thống thứ nhất

Là những thụ thể nhận biết cấu trúc xuyên màng. Phân tử PRR có khả năng liên kết với những cấu trúc phân tử bảo thủ của các loài vi khuẩn/vật gây bệnh (microbial-/pathogen-associated molecularn patterns, MAMPS/ PAMPs), ví dụ là các protein cấu trúc tiên mao.

hệ thống miễn dịch của cây trồng

Hệ thống thứ hai

Hoạt động chủ yếu bên trong tế bào, liên quan đến các protein NB-LRR đa hình được mã hóa bởi các gene R (1).

Những protein này được gọi là NB-LRR do chúng có các domain liên kết nucleotide (nucleotide binding, NB) và vùng lặp lại giàu leucine (leucine rich repeat, LRR). Các NB-LRR protein có độ tương đồng nhất định đối với các protein CATERPILLER/NOD/NLR và các STAND ATPase ở tế bào động vật. 

Các chất xâm nhiễm từ các giới sinh vật gây bệnh khác nhau đều được nhận biết bởi protein NB-LRR và do đó kích hoạt cùng một loại phản ứng tự vệ. Khả năng kháng bệnh nhờ NB-LRR chỉ có hiệu quả đối với những vật gây bệnh ký sinh trong mô thực vật nhưng không có tác dụng đối với những sinh vật phân hủy cấu trúc mô thực vật trong quá trình tấn công

Hệ thống miễn dịch của cây trồng giúp thực vật chống lại các bệnh hại

Tóm lại, các sinh vật gây bệnh cho thực vật đã tiến hóa theo nhiều cách khác nhau để gây hại đến quá trình sinh trưởng và sinh sản của cây cối. Để chống lại, thực vật sử dụng 2 hệ thống miễn dịch khác nhau.

Cách thứ nhất là nhận biết và đáp ứng lại các phân tử phổ biến ở nhiều loại vi sinh vật khác nhau bao gồm cả những sinh vật không gây hại. Cơ chế thứ hai là phản ứng lại các nhân tố gây độc xâm nhiễm một cách trực tiếp hoặc thông qua hoạt động của chúng.

4. Hệ thống miễn dịch và cơ chế tự bảo vệ của cây trồng như thế nào?

Tạo ra nhanh chóng chất tự vệ và làm chết một số tế bào ngay tại chỗ bị tổn thương do sâu bệnh tấn công bằng biện pháp lý học và hoá học, còn được gọi là đáp trả tại chỗ. Loại đáp trả này thường dễ nhận thấy, chất bảo vệ tại chỗ này được xác định là ROS và Photoalexins.

Kích hoạt gen miễn dịch, còn gọi là đáp trả từ xa: Cây trồng tiếp nhận và phân loại sâu bệnh, hình thành các tín hiệu và truyền vào hệ thống miễn dịch của cây trồng, từ đó cây trồng sẽ sinh ra chất tương ứng có khả năng kích hoạt gen miễn dịch dẫn đến quá trình chuyển đổi gen trong cây và tạo ra và các protein chống lại sâu bệnh (PR- pathogenesis-related proteins). Các PR protein có các đặc tính chống nấm và vi khuẩn. Các chất có khả năng kích hoạt các gen miễn dịch được biết đến nhiều nhất là JA (Jasmonic acid), SA (Salycilic acid), ET (Ethylene).

Tạo ra hàng rào bảo vệ vật lý bằng cách làm chết rất nhanh các tế bào tại khu vực bị sâu bệnh tấn công để ngăn cho sâu bệnh không lan truyền được và ngăn nguồn dinh dưỡng cho sâu bệnh. Ngoài ra các tế bào này trước khi chết còn truyền các tín hiệu để cây trồng biết để đáp trả. Các cành khô là kết quả của cách đáp trả này.

Tổng kết

Nếu như có thể làm tăng khả năng của hệ thống miễn dịch của cây trồng thì sẽ có rất nhiều ích lợi, trước hết bảo vệ cây trồng trước nhiều loại sâu bệnh với độ linh hoạt rất cao. Việc hiểu rõ và tận dụng hệ thống miễn dịch của cây trồng giúp người nông dân giảm các rủi ro trong điều kiện sản xuất ngoài cánh đồng, giảm sử dụng thuốc bảo vệ thực vật, giảm công chăm sóc và tăng hiệu quả kinh tế.

Tổng hợp

Tags:

Danh mục: , , ,

Người biên tập: Vân Hồng

Nhấp vào ảnh để tìm hiểu