|
Phần nhập đề
Cây trồng đang luôn bị
thách thức bởi những mầm bênh khao khát nhưng bệnh thì hiếm. Tại
sao? Nói rộng, có ba lý do thất bại của mầm bệnh. Hoặc là (1)
cây trồng không thể hỗ trợ yêu cầu thích hợp của một mầm bệnh
tiềm tàng và vì thế không ký chủ; hoặc (2) cây trồng có rào cản
cấu trúc thực hiện hoặc hợp chất có độc tố giới hạn lây lan
thành công với những loài mầm bệnh chuyên hóa; hoặc (3) với sự
nhận biết mầm bệnh tấn công, cơ chế tự vệ được sửa soạn công phu
và sự xâm lăng bị cục bộ hóa. Tất cả ba kiểu phản ứng tương hỗ
được nói không tương hợp, mà còn cơ chế kháng cuối lệ thuộc vào
phản ứng do cảm ứng. Sự xâm nhập thành công của mầm bệnh và bệnh
(tính tương hợp) tiếp tục khi tự vệ cây trồng đã thực hiện không
thích hợp, cây trồng không phát hiện mầm bệnh, hoặc phản ứng tự
vệ hoạt hóa không hiệu quả. Trong báo cáo này, chúng tôi khảo
sát điều kiện tiên quyết cần trong việc nhận biết mầm bệnh và
tạo cảm ứng phản ứng tự vệ cục bộ. Tự vệ thực hiện được xem như
là bất kỳ nơi nào trong báo cáo này. (xem Osbourn, 1996, trong
báo cáo này).
Sự nhận biết mầm bệnh
chuyên tính nòi được giả định phát sinh từ phản ứng tương hỗ
trực tiếp hoặc gián tiếp của sản phẩm của một gen kháng (R) thực
vật trội hoặc nửa trội với một sản phẩm phát sinh từ gen không
độc tố (Avr) của mầm bệnh trội tương ứng (Keen, 1992; Staskawicz
et al. 1995). Trường hợp dẫn truyền tín hiệu kế tiếp được giả
định hợp tác với sự hoạt hóa của nhiều phản ứng tự vệ.
Mô hình "giản đơn" này
hình như giải trình nhiều nhưng còn nhiều vấn đề. Ví dụ, sản
phẩm gien R có thể cung cấp thành phần chủ yếu trong sự nhận
biết, nhưng làm cách nào những lớp riêng biệt của proteins R đã
mô tả đặc tính đến nay (xem Bent. 1996, trong báo cáo này) có
kích hoạt phản ứng tự vệ hoặc không? Những lớp gien R khác nhau
hoạt hóa những phản ứng riêng biệt có hoặc không? Việc điều
hòa vài thành phần của cơ chế tự vệ đã được khảo nghiệm trong
những mẻ cấy tế bào thực vật đáp ứng lại thể khơi chuyên tính
không-nòi nhưng chừng mực những khảo nghiệm trên có cung cấp một
mô hình về họat động gen R hay không? Tính kháng thực vật thường
có liên quan với sự hoạt hóa của phản ứng tự vệ chuyên tính,
nhưng mà (nếu có) là cần để hủy bỏ hoặc làm chậm phát triển của
mầm bệnh, và làm cách nào? Phản ứng nào sơ cấp, phản ứng nào thứ
cấp? Phản ứng đầu có liên quan điều hòa sao chép, sự hoạt hóa
của enzym tạo trước và/hoặc mở kênh ion hoặc những khả năng này
không-độc quyền? Phản ứng chỉnh tốt (fine-tuned) với mầm bệnh
đặc biệt moi nó? Những phản ứng tự vệ thay đối giữa những cơ
quan thực vật, hoặc chúng biến đổi theo phương pháp tấn công của
mầm bênh?
Để giải đáp những câu
hỏi này, trước hết chúng tôi xem lại những phản ứng có tương
quan với sự hoạt hóa của những cơ chế tự vệ trong tính kháng lệ
thuộc vào gien R-Avr và trên loài cây trồng trong đó mầm bệnh
không bao giờ gây bệnh, nghĩa là, tính kháng không-ký chủ. Sau
đó chúng tôi đánh giá sự có ý nghĩa của những cơ chế này trong
vì ví dụ đã chọn gồm có gien R. Sau khi xem xét cớ chế báo tín
hiệu có thể thực hiện và cơ chế có thể đầu tiên phóng đại và sau
đó giảm bớt phản ứng, chúng tôi trình bày những khó khăn có liên
quan trong việc đánh giá sự có ý nghĩa hoạt động của phản ứng có
tương quan với tính kháng. Vài đề tài thích thú có liên quan như
quan hệ giữa cấu trúc gen R và hoạt động, sự có ý nghĩa của việc
bắt chước vết bệnh, và hiện tượng SAR ít được chú ý ở đây và
dược trình bày ở phần khác trong báo cáo này (xem những bài tiếp
theo trong báo cáo: Bent 1996, Dangl et al. 1996, Ryais et al
1996). Trong Hình 1, phản ứng tự vệ nhân tạo khác nhau được giải
trình bởi xâm nhập vi sinh được theo dõi.
Những cơ chế tự vệ
Phản ứng nhạy cảm quá
mức
Phản ứng không tương hợp
thường được liên kết với sự xuất hiện của những vết hoại sinh có
tế bào thực vật chết ở những điểm xâm nhập của tế bào thử (Hình
1A). Về mặt cổ điển, phản ứng siêu cảm (HR) được xác định như sự
chết của những tế bào ký chủ trong vài giờ tiếp xúc mầm bệnh
(Agrios 1988), nhưng HR có thể đa dạng về mặt kiểu hình, thay
đổi từ HR trong một tế bào riêng đến những vùng hoại sinh trải
rộng cùng với sự tạo khuẩn lạc giới hạn của mầm bệnh (Holub et
al 1994). Lại sự xuất hiện của HR có thể ngẫu nhiên về mặt môi
trường và nói riêng có thể bị giảm ở ẩm độ cao (Klement 1982;
Hammond-Kosack et al 1996). Trong quan hệ tương hỗ với mầm bệnh
sinh dưỡng bắt buộc tạo ra tập hợp giác mút (haustorial) mật
thiết có tế bào ký chủ, tỷ lệ tử vong của tế bào thực vật sẽ
tước đoạt đường tiếp cận với chất dinh dưỡng xa hơn. Trong những
phản ứng tương hỗ có liên quan đến những mầm bệnh nửa sinh dưỡng
và hoại sinh dưỡng, vai trò của HR ít rõ nét vì những mầm bệnh
này có thể nhận chất dinh dưỡng từ tế bào cây chết. Tuy nhiên,
sự chia gian tế bào có thể dẫn đến việc thả những chất có hại dự
trữ trong khổng (xem Osbourn 1996 trong báo cáo này). Một cách
đan xen, nhưng hừng mực phytoalexins cảm ứng thường chuyển nhanh
sang tế bào thực vật (xem dưới đây), có thể tích tụ đến nồng độ
ức chế vì chúng không chuyển hoá nữa.
HR có thể làm mầm bệnh
dừng lại nhưng có thể cũng xuất hiện như một hậu quả của sự hoạt
hoá những phản ứng tự vệ khác. Vài tính kháng có trung gian gien
gien R-Avr hình như không liên quan đến một HR. Những tính kháng
này gồm có tính kháng của cây lúa đại mạch chống lại tất cả
những nòi của Erysiphe graminis f sp hordei, cũng
xem Knogge 1996, trong báo cáo này), và tính kháng có trung gian
gien Rx khoai tây với vi rút X của khoai tây (Kohm et al 1993).
Có hoặc không một HR hiện diện hoặc vắng không chứng tỏ là kiểu
cơ chế kháng riêng biệt về mặt số lương hiện có. Điều có thể
thực hiện là tất cả gien R bắt đầu những phản ứng có thể dẫn đến
HR, nhưng vài phản ứng có thể ngăn cản bệnh rất hiệu quả không
để cho sự chết của tế bào bị hoạt hoá.
Điều gì là cơ chế nằm
dưới sự hình thành HR? Có hoặc không tử vong phát sinh vì một
cầu dao trong cơ chế tế bào đến những đường dẫn sinh hoá tạo ra
nhiều hợp chất hoặc những gốc tự do (free radicals) có độc tố
với mầm bệnh và tế bào thực vật, vì thế làm cho điều nói sau
hoai sinh nhanh? Hoặc có hoặc không sự nhận biết mầm bệnh bắt
đầu tế bào thực vật bị tấn công vào trong phản ứng chết đã lập
trình về mặt di truyền của tế bào hoặc phản ứng đột ngất
(apoptotic response)? Bằng chứng mới gợi ý là cả hai kiểu quá
trình tử vong tế bào xuất hiện, trong cả hai kiểu phản ứng tương
hỗ cây trồng - mầm bệnh không tương hợp và tương hợp (Dangl et
al. 1996 trong báo cáo này; Mittler và Lam 1996).
Hình 1 Kiểu phản ứng tự
vệ hoạt hóa
Loài oxy phản ứng
Việc sản xuất loài oxy
phản ứng (ROS; xem Hình 2) hẳn giữ vai trò chính trên tự vệ cây
trồng. Thường phản ứng đầu đã hoạt hoá trong nhiều phản ứng
tương hỗ không tương hợp (Hình 1B), điều này có thể là cò lẩy
bắt đầu HR. Dole và csv (1983, 1988) là người đầu tiên bó cáo là
những anions superoxide (O2-) được tạo ra trong phản
ứng tương hỗ không tương hợp, lúc đầu giữa khoai tây và
Phytophthora infestans (nấm cháy bìa lá muộn) và sau đó giữa
thuốc lá và TMV (nấm khảm thuốc lá:xem bên dưới). Từ những công
trình mới có liên quan đến việc cấy tế bào thực vật (Levine et
al. 1994; Murphy và Auh, 1996). Hình như rất có thể là cây trồng
có một cơ chế tạo ra 02 gồm có một NAOPH oxidase
giống như chất được dùng trên neutrophils của động vật có vú
(Segal và Abo 1993; Groom et al. 1996). O2 đã phát
sinh thường bị không đột biến nhanh về mặt enzym hoặc thông qua
xúc tác superoxide dismutase (SOD) thành hydrogen peroxide (H2O2;
Hình 2A và 2B, công thức 2 và 3), và như trong nhiều hệ thống
thực vật, tích tụ H2O2 được phát hiện
(Sutherland 1991; Levine et al. 1994; Mehdy 1994; Numberger. et
al. 1994). Ở một pH chua, như pH trên vách tế bào thưc vật, nửa
đời sống của superoxide là <1 sec (Sutherland 1991). Vì H2O2
không có điện tử không thích hợp, nó có thể đi qua màng sinh
học, loài O2 có điện tích có thể chỉ thực hiện chậm
(Halliwell và Gutterridge 1990).
Tuy nhiên, cả hai O2
và H2O2 chỉ hoạt động trung bình, và thiệt
hại tế bào bởi ROS hình như sẽ là do sự qui đổi của chúng thành
những loài hoạt động hơn. Việc protein-hóa O2, có thể
xuất hiện dễ dàng ở pH thấp, cho gốc hydroperoxyl (HO2;
hình 2b, công thức 1). Vì HO2 ít có cực so với O2.
nó phải có thể đi qua màng sinh học hiệu quả cũng bằng H2O2.
Không giống như O2, HO2 có thể tấn công
những acid béo trực tiếp (Hình 2C, công thức 12) và đã được
trình bày để qui đổi những acids linolenic, linoleic và
arachidonic thành lipid peroxides (Halliwell và Gutteridge
1990). Vì thế, trong điều kiện thích hợp, sự phát sinh O2,
dẫn đến hình thành HO2, có thể dẫn đến có thể dán đến
thiẹt hại cho màng và hình thành nhiều phân tử tín hiệu lipid
peroxide tiềm tàng (xem dưới đây).
Với sự hiện diện của Fe2+,
H2O2 có thể thực hiện phản ứng Fenton làm
tăng lên gốc tự do hydroxyl cực kỳ tàn phá (OH; Hình 2B, những
công thức 4 đến 6), có thể bắt đầu peroxy-hóa lipid tự tồn tại
(Hình 2C, những công thức 12 đến 14) (xem Hình 2). Nếu H2O2 đi
vào nguyên sinh chất tế bào sống sót ở những liều lượng đạt đến
nhân của cây trồng hoặc mầm bệnh, nó có thể phản ứng với ion kim
loại trong tế bào để cho OH, được biết cắt đoạn DNA bằng tấn
công chuyên tính điểm (Halliwell và Gutteridge 1990). Vì thế,
việc sản xuất ROS có thể dẫn đến thiệt hại rất lớn cho cây ký
chủ và mầm bệnh và cần tế bào thực vật để hoạt hóa nhiều cơ chế
bảo vệ (xem bên dưới).
Hình 2 Qui đổi lẫn nhau
của ROS phát sinh từ Oxygen phân tử.
Hai kiểu động thái cảm
ứng ROS đã được khảo sát trong mẻ cấy huyền phù tế bào thực vật.
Thể khơi phát sinh từ mầm bệnh bắt đầu sinh tổng hợp ROS rất
nhanh (trong <5 phút), mà, trong ít nhất một ví dụ, cần Ca2+
ngoài và sự hoạt hóa kênh anion (Numberger et al. 1994). Ngược
lại, vi khuẩn không độc tố khêu gợi một sự bùng nổ oxýt hóa đầu
nhỏ (như những vi sinh có độc tố đẳng gien gần (near isogenic
virulent bacteria) rất giống với động thái cảm ứng bởi những mẫu
khơi, theo sau bởi sự bùng nổ khối lượng 2-4 giờ sau khi thêm vi
sinh vào tế bào thực vật (Levine et al. 1994; Baker và Orlandi,
1995). Sự trì hoãn này có thể giản đơn phản ánh thời gian cần
cho tín hiệu không độc tố vi sinh sẽ được cấp cho tế bào thực
vật và được xử lý đên một hình thức có thể bắt đầu cơ chế nhận
biết.
Có thể ghi nhớ là việc
sản xuất ROS với kiểu động thái có thể bị ngăn cản bởi chất ức
chế đặc biệt của NADPH oxidase của động vật có vú, như là
diphenyleniodonium (Segal và Abo 1993; Jones 1994) Bộ máy tạo ra
superoxide của động vật có vú cần một sắc bào cytochrome
hai-thành phần gồm có một p22phox liên kết heme và một p91phox
liên kết NADPH. Hoat động của phức chất này được điều hòa bởi
tình trạng phosphoryl-hóa những proteins p47 và p67 của tế bào
chất và GTP , hoặc tình trạng liên kết GDP của RAC2 G-protein.
Những kháng thể vơi những thành phần NADPH oxidase khác nhau của
động vật có vú lai tréo với proteins có kích cỡ giống nhau tìm
thấy trên mẻ cấy tế bào thực vật (Dwyer et al. 1995; Tenhaken et
al. 1995; Desikan et al. 1996). Hơn nữa, một gen lúa có đồng
nhất chuỗi cao với gp91phox thành phần màng đã được cách ly
(Groom et al. 1996). Một cách tập thể, những dữ liệu
này chỉ dấu là thực vật và động vật có vú phát sinh ROS theo
những phương pháp giống nhau trong phản ứng tự vệ.
Tế bào thực vật có hai
phương pháp khác phát sinh ROS. Một là, một protein oxalate
oxidase giống germin có thể tạo ra H2O2 từ
oxalic acid đã được phát
hiện trong những phản ứng tương hỗ lúa đại mạch- bệnh phấn trắng Mia1
không tương hợp (Zhang et al. 1995). Hai là, peroxidases của
vách tế bào có thể tạo ra H2O2 (Hình 2B,
công thức 7-9; Bowell et al. 1995). Mẻ cấy tế bào đậu cô ve bị
thách thức bởi
hai mẫu khơi vi sinh khác nhau đã cho biết một gia
tăng nhanh khác nhau, theo sau trong một thời gian ngắn bởi tạo
ra tạm thời H2O2 đi kèm bởi gia tăng hoạt
động enzyme peroxidase. Việc kiềm hoá tạm thời của apoplast, với
ph 7,0-7,2, tuyệt đối là cần cho việc phát sinh H2O2
trong hệ thống này. Không có những lộ trình đan xen này để phát
sinh ROS có thể bị câm bởi dephenyleniodonium, gợi ý là cây
trồng đã tiến hoá ít nhất ba cơ chế để tạo ra ROS trong khi tự
vệ. Điều có thể thực hiện sau đó là việc phát sinh ROS trong
những phản ứng tương hỗ không tương hợp (cả hai cây ký chủ và
phi ký chủ). sẽ xuất hiện thông qua những cơ chế khác nhau trong
những loài khác nhau, Một cách đan xen những phần góp tương đối
của mỗi cơ chế đến sự bùng nổ oxyt hoá có thể thay đổi từ loài
sang loài.
Vài vai trò về ROS trong
tự vệ thực vật đã được đề xuất ý kiến. Ví dụ, H2O2
có thể có độc tố trực tiếp cho vi sinh ở những chừng mực
đã biết sẽ được tạo ra trên cây trồng (Feng và Kues.1992). H2O2
cũng có thể góp phần vào việc tăng cường cấu trúc của vách
tế bào thực vật, H2O2 là cần cho sự hình
thành chất tiền tố lignin polymer (đa phân gỗ) thông qua hoạt
động của peroxidase (Bolwell et al. 1995); và Bradley et al
(1992) đã minh chứng là glycoprotein vách tế bào giàu
hydroxyproline và proline được liên kết tréo một cách oxýt hoá
nhanh trên vách tế bào sau khi xử lý khơi vi sinh (fungal
elicitor). Việc liên kết tréo protein này còn làm giảm
"protoplastability" (=tính ổn định chất nguyên sinh) (Brisson et
al. 1994), vì thế tạo ra nhanh vách tế bào thực vật cản sự thâm
nhập của vi sinh và thoái hoá enzym.
Một vai
trò báo tín hiệu về ROS còn có thể thực hiện. H2O2
làm tăng hoạt động enzym của benzoic acid-2 hydroxylase (BA2-H)
(Leon et al. 1995), cần cho sinh tổng hợp salicylic acid (SA)
(xem bên dưới) Hơn nữa, H2O2 hoạt hoá vài
cơ chế bảo vệ ví dụ, biểu hiện gien glutathione S-transferase
trên những tế bào lân cận (Levine et al. 1994). Hơn nữa, việc sử
dụng trực tiếp H2O2 với mẻ cấy tế bào đậu
nành không cảm ứng biểu hiện gien phenylalanine ammonia-lyase
(PAL) hoặc chalcone synthase (CHS) (Levine et al. 1994). Vì thế,
H2O2 không thể bắt đầu sự tổng hợp gia
tăng của phytoalexines kháng vi sinh thông qua sự hoạt hoá những
đường dẫn sinh tổng hợp của phenyl-propanoid hoặc flavonoid.
Lipid peroxides tạo ra như là một hậu quả của việc phát sinh ROS
có thể cũng có một vai trò báo tín hiệu trực tiếp trong tích tụ
SA (Leon et al. 1995).
Có một sự rất giống nhau
là việc phát sinh ROS sẽ dẫn đến một sự thay đổi về tình trạng
cân bằng redox (khử-oxýt hoá) trong những tế bào phản ứng. Trên
động vật có vú, nhiều yếu tố sao chép, như là yếu tố NF.kb
phản ứng ROS, đã biết sẽ được điều hoà phản ứng redox (Schreck
et al. 1991; Meyer et al. 1993). Cân bằng redox có thể còn điều
hoà tính ổn định của sao mRNA có liên quan tự vệ đặc biệt trên
cây trồng (Mehdy 1994). Trong vài hệ thống sinh học, thay đổi
redox còn cảm ứng enzym với hoạt động dọn sạch gốc và sửa chữa
nhưng bắt đầu ROS khác nhau phản ứng khác nhau (Herouart et al.
1993). Ví dụ, trên vi khuẩn, hai hệ thống yếu tố sao phản ứng
ROS, có tên là oxyR với phản ứng H2O2 (xem
lại bởi Storz et al. 1990) và oxyRS với phản ứng O2
(xem lại trong báo cáo Demple, 1991) đã biết. Trên động vật có
vú, những tác nhân dẫn đến việc tạo ra O2 không hiệu
quả trong việc hoạt hoá NF-kB, nhưng trái lại những tác nhân
phát sinh H2O2 thì có hiệu quả (Schreck et
al. 1992). Một cách thích thú, bắt chước vết bệnh lsd1, biểu
hiện về mặt thành phần những phản ứng tự vệ khác nhau, tạo ra
quá mức O2 trước khi vết bệnh hình thành (Dangl et
al. 1996, trong báo cáo này), gợi ý là O2 có thể là
một trong những tín hiệu phối hợp cảm ứng gien tự vệ thực vật.
Chỉ một khảo nghiệm cung
cấp bằng chứng thuyết phục là H2O2 có liên quan trong việc mang
tính kháng bệnh. Biểu hiện thành phần của một glucose oxidase
phát sinh H2O2 từ Aspergillus niger trong apoplast (=hạt
trong) của khoai tây đột biến điểm dẫn đến tính kháng tốt chống
lại mầm bệnh thối nhũn vi sinh Erwinia carotovora sp.
carotovora và tính kháng nâng cao chống lại P. infestans
(Wu et al. 1995). Tuy nhiên, cơ chế nằm dưới phương pháp bảo vệ
tổng hợp này thì không biết.
Tăng cường vách tế bào
Vi sinh phải thoả hiệp
với vỏ cây và/hoặc vách tế bào để đi đến tế bào, mặc dù sự xâm
nhập thỉnh thoảng có thể xuất hiện qua một vết bệnh hoặc vết mở
tự nhiên. Việc tăng cường vách tế bào thực vật có thể làm tăng
tính kháng theo nhiều phương pháp. Đối với vi sinh sinh dưỡng
ngoại bào, như là Pseudomonas syringae hoặc
Gladosporium fulvum, làm lành sẹo vách có thể ngăn cản sự rò
rỉ tế bào chất, vì thế lamg giảm khả năng hấp thụ dinh dưỡng đối
với mầm bệnh. Đối với vi sinh hoại dưỡng như là Botrytis
cinerea, có thể tin cậy vào sự thuỷ phân (hydrolysis) của
vách tế bào thực vật trước sự phát triển của sợi nấm, sự phát
tán chát có độc tố và enzymes với tế bào thực vật nhạy cảm có
thể bị trì hoãn. Ngoài ra, chất tiền tố phenolic trọng lượng
nguyên tử thấp của lignin và những gốc tự do tạo ra trong suốt
phản ứng đa phân hoá (polymerization) trên vách tế bào có thể
ảnh hưởngtính tạo hình của màng mầm bệnh hoặc enzymes mầm bệnh
không hoạt hoá, chất có độc tố hoặc mẫu khơi (elicitor) Những
sợi nấm tự chúng có thể cũng trở thành lignin-hoá (Mauch-Mani và
Stusarenko, 1996). Đối với sinh dưỡng giác bám tinh vi, ngăn cản
lối vào vách tế bào loại hiện tượng ký sinh.
Vi sinh tạo ra nhiều
enzym thuỷ phân cutinases và vách tế bào, như là pectinases,
cellulases, xylanases, và polygalacturonases (PGs), tấn công
chất đa phân vách tế bào khác nhau. Áp lực cơ học có thể còn tạo
thuận lợi cho vi sinh xâm nhập (Agrios 1988). Mặc dù từng cá thể
không có enzym nào đã trình bày trên là tới hạn với những cách
đặc biệt phát sinh bệnh (xem Knogge 1996 trong báo cáo này),
những hoạt động này tạo ra những đoạn vách tế bào, nhất là vi
phân (oligomers) của galacturonic acid, có thể khơi phản ứng tự
vệ phụ hoặc phóng đại những phản ứng gốc (Farmer và Ryan 1992;
Levine et al. 1994). Ví dụ, PGs được tingóp phần vào việc làm
mềm vách tế bào bởi vài vi sinh hoại dưỡng. Proteins ức chế
polygalacturonase (PGIPs) ức chế PGs, PGIPs được cảm ứng trên
cây đậu- phản ứng tương hỗ của Colletotrichum lindemuthianum
với động thái tương tự với proteins có liên quan phát sinh bệnh
(PR) (Bell et al. 1986; Nuss et al. 1996). Điều đã được giả định
là PGIPs có thể làm chậm hoạt động PG, có thể dẫn đến sự phong
phú cao oligogalacturonides có một chiều dài chuỗi >8 đơn vị.
Đến lượt, những chất này có thể bắt đầu phản ứng tự vệ phụ (De
Lorenzo et al 1994). Một cách đan xen, PGIPs có thể làm chậm tỷ
lệ phát triển sợi nấm sao cho những thành phần khác của phản ứng
tự vệ có thể triển khai một cách hiệu quả nhiều hơn. Ví dụ, hiển
thị thành phần của quả lê PGIP trên cây cà chua đội biến điểm
nâng cao tính kháng hiện tượng khuấn lạc hoá của quả chín bởi B.
cinerea (Powell et al. 1994). Điều gợi lên tính hiếu kỳ là PGIPs
có một miền lập lại giàu leucine (LRR) giống như miền dự báo với
vài sản phẩm gien R vô tính (xem Bent 1996 trong báo cáo này),
mặc dù sự có ý nghĩa của khảo sát này không rõ nét (Jones và
Jones 1996).
Một kiểu tăng cường vách
tế bào xuất hiện nhanh trong phản ứng lại sự xâm nhập là sự hình
thành những gai (Hình 1C). Gai thường hình thành ngay bên dưới
moc thâm nhập và không đồng nhất về thành phần (Heath 1980);
chúng được nghĩ ngăn cản về mặt vật lý xâm nhập vi sinh của tế
bào ký chủ (Bayles et al. 1990). Tuy nhiên, điều cũng có thể
thực hiện là sự hình thành của chúng là cần để cung cấp hỗ trợ
đầy đủ về phát triển giác bám kế tiếp trong tình huống đó chúng
có thể là cần trong việc phát sinh bệnh (Heath 1980).
Việc lắng tụ callose
nhanh trên vách tế bào thường cũng được liên kết với những điểm
không tương hợp của mầm bệnh (Hình 1E). Sự lắng tụ callose còn
xuất hiện khi mẻ cấy tế bào thực vật bị thách thức với mẫu khơi
phát sinh từ mầm bệnh hoặc khi mô thực vật bị tổn thương về mặt
cơ học (Kauss 1990). Enzym callose synthase trên màng plasma
thành phần xúc tác hình thành chất đa phân beta-1,3-glucan và
cần chừng mực tăng của mẫu mồi beta-furfuryl-beta-glucoside và
Ca2+ về hoạt động (Kauss 1990; Ohana et al. 1993). Sự
ngăn cản plasmodesmata với callose là một thành phần cần của
phản ứng tự vệ cần để ngăn cản di chuyển tế-bào-đối-tế-bào của
vi sinh (Beffa et al. 1996).
Glycoproteins giàu
hydroxyproline cơ bản (HRGPs; Hình 1D) được nghĩ giữ một vai trò
chính trong tổ chức của cấu trúc vách tế bào sơ cấp và có thể
tác động như tiêu điểm để bắt đầu đa phân hoá lignin (Shơaltler
1993; Bolwell et al. 1995), Một bộ phụ gien HRGP cũng bị cảm ứng
chậm trong phản ứng với sự xâm nhập của mầm bệnh không tương
hợp, chỉ dấu là một lần nữa sự tổng hợp HRGP là một phản ứng
tương đối muộn (Showalter et al 1995). Ngược lại, liên kết tréo
oxyt hoá nhanh của chất HRGPs đã thực hiện và proteins PR thông
qua liên kết isodityrosine giưa những phân tử hoặc trong phân tử
có thể tạo thành một trong những phản ứng sớm nhất kèm theo sự
bùng nổ oxyt hoá (Bradley et al. 1992). Extensins có thể cũng
tác động như một kiểu giấy ruồi (fly paper) của vách tế bào, có
thể làm bất động vài mầm bệnh thực vật, có thể thông qua những
phản ứng tương hỗ tĩnh điện (electrostatic interactions)
(Showalter 1993).
Một cơ chế phụ nhưng
chắc chắn chậm có thể làm cho vách tế bào thấm nước nhiều hơn là
việc nâng cao tại chỗ hàm lượng lignin (Hình 1G; Whetten vad
Sederoff, 1995). Bằng chứng bắt buộc nhiều nhất với một vai trò
lignin hoá trên tính kháng đã được cung cấp bởi Moerschbacher et
al (1990) về phản ứng tương hỗ không tương hợp có trung gian
gien R giữa cây lúa mì (Triticum aestivum) và bệnh gỉ
Puccinia graminis f. sp. tritici. Trong những khảo
nghiêm này, việc sử dụng OH-phenylsulfinamoyl-tertiobutyl
acetate (PAS) và NH2-PAS, hai chất ức chế tự tiêu diệt không qua
lại chuyên tính cao của enzym sinh tổng hợp lignin cinnamyl
alcohol dehydrogenase, làm giảm một cách có ý nghĩa tần số của
những tế bào ký chủ lignin hoá và hoại sinh và đồng thời cho
phép một gia tăng trên sinh khối vi sinh, ở chừng mực hình thành
bào tử vi sinh thỉnh thoảng xuất hiện.
Benzoic acid và Salicylic acid
Những mầm bệnh không
tương hợp, dù là nấm, vi rút hoặc vi khuẩn thường bắt đầu tích
tụ BA và CA tự do và những chất tiếp hợp glucoside tương ứng của
chúng, với những nồng độ cao nhất hình thành vùng lân cận liền
ngay điểm lây lan. Sự cảm ứng nhưng hợp chất này thường liên kết
với HR (Raskin, 1992; cũng xem Ryals et al. 1996 trong báo cáo
này). Đường dẫn sinh hoá dẫn đến sinh tổng hợp SA trong quá
trình phản ứng tự vệ hiện nay được thiết lập tương đối tốt,
nhưng việc điều hoà nó có thể thay đổi giữa loài thực vật. SA
phát sinh từ đường dẫn phenylpropanoid, nhưng hình như nó (ít
nhất trên cây thuốc lá) là sự tổng hợp SA không điều hoà ở chừng
mực sao dịch PAL. Thay vì, thả BA từ một chất tiếp hợp BA đã
thực hiện cảm ứng một sắc bào tan P450 monoxygenase (BA2-H) qui
đổi BA thành SA. Hoạt động của enzym BA2-H cảm ứng mạnh trước
khi xuất hiện HR (Leon et al. 1995). Tuy nhiên, trên cây
Arabodopsis (cải dầu) và những loài khác, chất tiếp hợp BA
có trước có thể vắng. Trong những tình huống này, chừng mực SA
tăng đòi hỏi gia tăng về hoạt động PAL (Mauch-Mani và
Slusarenko, 1996). Một cách thích thú, stress oxyt hoá gây ra
bởi ozone hoặc ánh sáng cực tím cũng bắt đầu sinh tổng hợp SA
trên cây thuốc lá, có thể bởi hoá chất thả BA từ hình thức tiếp
hợp của nó (Yalpani et al. 1994).
Điều không rõ có hoặc
không sinh tổng hợp SA là một nguyên nhân hoặc một hậu quả của
HR. Cả hai giả thuyết có thể có giá trị. Ví dụ, ở những liều
lượng cao, SA đã được báo cáo ức chế hoạt động catalase. Điều
này có thể làm tăng stress oxyt hoá phát sinh từ tổng hợp tăng
ROS (Chen et al. 1993; Conrah et al. 1995). Hơn nữa, những phan
ứng tương hỗ giữa SA và catalase và/hoặc ascorbate peroxidase có
thể làm tăng thiệt hại gốc tự do SA (Durner và Klessig, 1995;
1996). Sự ức chế SA của catalase được nghĩ xuất hiện thông qua
hiện tượng sun (shunting) của một trung gian catalase oxyt hoá.
(Hợp chất 1) từ phản ứng quay vòng rất nhanh, thu hồi hoạt động
enzym, vào trong vòng phản ứng oxyt hoa kép chậm (slower
peroxidative reaction cycle), dẫn đến việc đánh bẫy catalase
trong một tình trạng khử không hoạt động và từng phần (hợp chất
II; Durner va Klessig, 1996; xem Hình 2D). Khi SA cho một
electron cho catalase hợp chất I, điều này được qui đổi dưới
hình thức oxyt hoá, SA. Gốc tự do SA này có thể bắt đầu oxyt hoa
kép nhanh (Hình 2D) và có thể cũng sửa đổi những phân tử lớn
khác (Savenkova et al. 1994). Tuy nhiên, gốc tự do SA không ức
chế peroxidases liên quan trong việc phát sinh tổng hợp lignin.
Vài vai trò khác với SA
và/hoặc BA trong tự vệ thực vật đẽ được đề xuất. Cả hai loại hợp
chất có thể kháng sinh trực tiếp (Raskin, 1992; Kiessig và
Malamy 1994). Hơn nữa, việc sử dụng SA ngoài cảm ứng biểu hiện
liên kết của một bộ phụ gien PR trên nhiều loài thực vật (Ryals
et al. 1996, trong báo cáo này) Chừng mực SA cao có thể còn ức
chế biểu hiện gien cảm ứng vết bệnh bằng cách ngăn cản sinh tổng
hợp jasmonic acid (JA) (Pena-Cortes et al 1993; Farmer 1994). Vì
thế, tất cả những điểm của không tương hợp vi sinh có trung gian
R-Avr, chừng mực SA cao phải đảm bảo là phản ứng tự vệ cần để
làm dừng phát triển vi sinh được hoạt hoá, nhưng trái lại những
phản ứng chống lại côn trùng nhai và tuyến trùng di trú không
đươc cảm ứng một cách không cần thiết.
Một yêu cầu tuyệt đối về
SA đã được minh chứng trên tính kháng có trung gian gien R chống
lại những loại vi sinh khác nhau. Cây thuốc lá đột biến điểm và
những dòng Arabidopsis đã được thực hiện hiển thị về mặt
thành phần một gien vi sinh nahG mã salicylate hydroxylase của
enzym. Salicylate hydroxylase qui đổi SA tha`nh catechol, và
những cây đột biến điểm có chừng mực khử rõ nét SA (Gaffney et
al. 1993; Delaney et al. 1994). Thiếu tích tụ SA trên những cây
hiển thị nahG tương quan với phản ứng kháng có trung gian gien R
tại chỗ suy yếu (Hình 1F) và còn với một khối lượng trong cảm
ứng gien tự vệ khác nhau (Ryals et al. 1996, trong báo cáo này).
Tuy nhiên, trong phản ứng tương hỗ cà chua-C. fulvum, sự
hiện diện của gen nahG không thoả hiệp với tính kháng có trung
gian gien Cf (xem bên dưới). Rõ ràng, vai trò của SA trong tự vệ
là phức hợp và có thể còn thay đổi từ loài sang loài. Trên cây
lúa, không có gia tăng về chừng mực SA tương quan với tính kháng
bệnh tổng hợp (Silverman etal. 1995).
Preteins PR và những proteins có liên quan tự vệ khác
Danh xưng protein PR
được sử dụng đầu tiên để mô tả nhiều proteins ngoại bào tích tụ
trong phản ứng với lây lan TMV của kiểu gien thuốc lá nhiễm. Sau
đó, trong nhiều phản ứng tương hỗ cây trồng-mầm bệnh, Cảm ứng
gien PR khác biệt được tìm thấy liên kết với tính không tương
hợp (Hình 1I, xem lại trong báo cáo Bil. et al. 1990; Linthorst
1991). Mới nhất, định nghĩa của một protein PR đã được phát
triển để bao gồm proteins đặt tại chỗ nội và ngoại bào tích tụ
trong mô thực vật nguyên vẹn hoặc tế bào có cấy sau khi mầm bệnh
tấn công hoặc xử lý mẫu khơi (Bowles, 1990).
Có hoặc không proteins
PR giữ vai trò nguyên nhân trong tính kháng? Vài proteins PR có
hoặc không có hoạt động kháng nấm hoặc kháng vi khuẩn in vitro
và hiện nay đã biết sẽ là chitanases hoặc glucanases, hoặc kết
nối chitin (Collinge et al. 1993; Melchers et al. 1994). Sự phân
huỷ polysaccharides cấu trúc vách tế bào vi sinh hoặc sự thay
đổi kiến trúc vách tế bào nấm, có thể làm dừng lại hoặc không
phù hợp nghiêm ngặt với phát triển nấm. Hơn nữa, hiển thị thành
phần của chức năng đã biết hoặc không biết của proteins PR trên
cây chuyển gien đã dẫn đến tính kháng tăng đến vài mầm bệnh vi
sinh (Broglie et al. 1991; Lui et al. 1994). Nói chung, hai sự
việc đã xuất hiện từ thí nghiệm về những hiển thị quá mức này.
Một là, những hình thức cơ bản của proteins PR, có mục tiêu là
khổng (vacuole), hiển thị hoạt động kháng nấm hiệu quả nhiều hơn
so với đối tác chua, được tiết ra từ tế bào thực vật (Sela
Buurlage et al. 1993); trường hợp biệt lệ độc nhất tính đến nay
là protein PR-1a trên cây thuốc lá (Alexander et al. 1993). Hai
là, khi hai hoặc nhiều hơn protein PR cùng hiển thị về mặt thành
phần, một gia tăng cộng đồng (synergetic) trong chừng mực phòng
trị bệnh có thể đạt (Zhu et a;. 1994). Những phát hiện này gợi ý
là hoạt động phối hợp của vài gien PR là cần cho tính kháng.
Chúng còn chỉ dấu là proteins PR có mục tiêu khổng hoặc bên
ngoài tế bò ít có thể sẽ là thành phần của hành động tự vệ tuyến
đầu nhưng chắc là có hiệu quả chính của chúng, nhất là chống lại
mầm bệnh sinh dưỡng, sau khi phân chia ngăn tế bào có ý nghĩa đã
xảy ra. Tuy nhiên, gen mã vài PRs đặt tại chỗ về mặt tế bào chất
được hoạt hoá rất nhanh sau khi xử lý mẫu khơi, có thể chỉ dấu
là bộ phụ này gồm có những thành phần của phản ứng tự vệ tuyến
đầu (Somssich et al 1989; Hahlbrock et al. 1995).
Những chất thionins giàu
cysteine cơ bản, tìm thấy chủ yếu trên các loại cây mễ cốc, là
một nhóm proteins khác liên quan đến tự vệ có hoạt động kháng
sinh đã biết (xem lại báo cáo của Bohlmann, 1994). Giống như
proteins PR, những thionins này cũng tích tụ một cách khác biệt
trong suốt phản ứng tương hỗ không tương hợp. Một cách thích
thú, đường dẫn truyền tải tín hiệu có trung gian JA, riêng biệt
với đường dẫn có trung gian SA điển hình dấn đến hoạt hoá gen
PR, kiểm tra hiển thị gien thionin trên Arabidopsis
(Epple et al. 1995). Lại hiển thị quá mức của một gien
alpha-hordothionin trên cây thuốc lá làm tăng tính kháng lại vài
mầm bệnh vi sinh.
Công trình nghiên cứu về
cảm ứng gien tự vệ trên mẻ cấy huyền phù tế bào ngò tây
(parsley) với một mẫu khơi từ P. soja, một phản ứng tương
hỗ phi ký chủ-mầm bệnh đã tiết lộ là ít nhất 19 gien EII (mẫu
khơi hoạt hoá) riêng biệt được cảm ứng sao dịch trên tế bào thực
vật, vài đồng thời với bùng nổ oxyt hoá (Somssich et al. 1999).
Những công trình nghiên cứu kế tiếp đã cho biết là thêm vào gien
PR cảm ứng một cách điển hình và sinh tổng hợp phytoalexins vài
sản phẩm gien EII có liên quan trong chu kỳ nhóm methyl hoạt hoá
thường liên kết với hiện tượng chuyển hoá cơ bản (Kawalleck et
al. 1992). Cùng những phản ứng được cảm ứng ở những điểm xâm
nhập thử của vi sinh vào lá parsley (ngò tây) (xem lị báo cáo
Hahlbrock et al. 1995). Khảo nghiệm này thắp sáng sự việc là một
đa dạng cực kỳ của proteins thực vật có mục tiêu đến những ngăn
tế bào khác nhau tổng hợp hoá một cách phối hợp trong suốt phản
ứng tự vệ và là những thay đổi về cả hai chuyển hoá sơ cấp và
thứ cấp có liên quan. Ligand bắt đầu những phản ứng này trong
những tế bào ngò tây hiện nay đang được xác định như một mẫu
khơi 13-amino acid , Pep-13 (Numberger et al. 1994).
Lipoxygenases
Gia tăng
nhanh trên hoạt động của lipoxygenases (LOX) và/hoặc mRNA và
chừng mực protein thường được tìm thấy liên kết đặc biệt với
tính không tương hợp có trung gian gen R-Avr (xem lại báo cáo
của Slusarenko 1996). Hoạt động LOX gia tăng có tể góp phần vào
tính kháng theo nhiều phương pháp. Ví dụ, LOX có thể phát sinh
phân tử tín hiệu như là JA, methyl-JA, hoặc lipid peroxides,
phống đại một cách phối hợp những phản ứng đặc biệt (xem phần
trên). Hoạt động LOX có thể cũng tạo ra thiệt hại màng không
thể đảo ngược, có thể dẫn đến rò rỉ hàm lượng tế bào và cuối
cùng dẫn đến tử vong của tế bào thực vật (Keppler và Novacky,
1986). Một cách đan xen, những phản ứng có xúc tác LOX có thể
dẫn đến việc tạo ra những chất chuyển hoá thứ cấp phát sinh từ
acid béo thăng hoa và không thăng hoa có độc tố có thể trực
tiếp tấn công mầm bệnh đang xâm nhập (Croft et al. 1993). Tuy
nhiên, hiện nay, chỉ bằng chứng tình huống hiện có với bất kỳ
trong những vai trò trên.
Phytoalexins
Phytoalexins
là những hợp chất có trọng lượng phân tử thấp, thích chất béo
(lipophilic) kháng sinh tích tụ nhanh chung quanh những điểm lây
lan của mầm bệnh không tương hợp và đáp ứng lại rất nhiều mẫu
khơi sinh học và vô sinh (Smith 1996). Sinh tổng hợp phytoalexin
xuất hiện sau khi những đường dẫn trệch hướng chất tiền tố
chuyển hoá sơ cấp thành chuyển hoá thứ cấp mới. Sự trệch hướng
này thường phát sinh từ cảm ứng mới của enzym, như là PAL, những
điểm cành chủ yếu trong đường dẫn sinh tổng hợp (Dixon và Palva.
1995). Tuy nhiên, vì tổng hợp của nhiều phytoalexins đòi hỏi
hoạt động của nhiều enzymes, biến cố tín hiệu phối hợp cao có
thể là cần trên những tế bào bị tấn công để thiệt lập một cách
thành công kiểu phản ứng tự vệ này. Một cách thích thú, yếu tố
chuỗi cung đã được nhận diện trên những gen thúc đảy vài gen mã
emzym cần cho những bước khác nhau trong sinh tổng hợp của
flavonoid phytoalexins (Hahlbrock et al. 1995).
Mặc dù
phytoalexins có một hoạt động kháng sinh không thể chối bỏ in
vitro, phạm vi vai trò của chúng trong phản ứng lệ thuốc vào
gen R trên cây trồng vẫn cần được xác định (Mauch-Mani và
Slusarenko 1996). Những khảo nghiệm di truyền mới đã giải quyết
vấn đề này. Cây Arabidopsis kiểu hoang dã tạo ra
phytoalexins camalexin (Browne et al. 1991), và nhiều đột biến
thiếu phytoalexin (pad) đã được phân lập. Một cách thích thú,
những đột biến pad1, pad2, và pad3 không can thiệp với tính
kháng có trung gian gen RPS2 chống lại nòi P. syringae
hiển thị avrRpt2 (Glazebrook và Ausubel 1994). Tuy nhiên, một
khảo nghiệm cung cấp bằng chứng có một không hai là phytoalexins
góp phần vào tính kháng bệnh. Sinh tổng hợp của phytoalexin
resveratol được chuyển gen trên cây thuốc lá bằng cách hiển thị
enzym sinh tổng hợp cuối stilbene synthase (Hain et al. 1993).
Những cây chuyển gen (đột biến điểm) này biểu hiện tính kháng
nâng cao cho nấm hoại dưỡng B. cinerea. Điều này có thể
xuất hiện tốt đối với những phản ứng cây trồng-mầm bệnh mà mục
đích tông hợp phytoalexins tăng là để làm giảm mức nghiêm trọng
lây lan thứ cấp hoặc tỷ lệ phát triển tổng hợp của mầm bệnh có
độc tố.
Sulfur yếu
tố, tạo ra như là octasulphur-vòng (S8) mới được tiết lộ sẽ là
phyalexin có độc tố với nấm rất nhiều (Cooper et al 1996). Chừng
mực cao S8 được trình bày, bởi vi phân tích tia-x phát tán năng
lượng, tích tụ trong tế bào nhu mô li be và mạch libe tiếp xúc
với nấm Verticillium dahlia riêng trên kiểu gen kháng của
ca cao (Theobroma cacao; Hình 1H). Xuất xứ sinh tổng hợp
của S8 trên cây trồng không chắc chắn.
Những hệ thống khảo
nghiệm những biến cố lệ thuộc vào gen R-Avr
Trong phần
này, việc sử dụng bốn phản ứng tương hỗ cây trồng-mầm bệnh mô tả
đặc tính tốt, chúng tôi sử dụng thứ tự tạm và tầm quan trọng của
phản ứng tự vệ riêng mô tả ở trên. Trong mỗi hệ thống, tính
không tương hợp được mang bởi những phối hợp gen R-Avr chuyên
tính, và trong ba trong những hệ thống này, chuỗi gen có hoặc
không gien R và Avr đã biết.
Tính kháng
TMV có trung gian gien N trên cây thuốc lá
Gien N trên
cây thuốc lá mã một điểm liên kết nucleotid (NBS)/protein LRR
gồm có trong một miền cuối-N với vài đồng nhất với miền tế bào
chất của Drosophila Toll và protein giống như thể nhận
interleukin 1 trên động vật có vú (Witham et al. 1994). Ligand
Avr tương ứng đã được nhận diện như là một replicase vi sinh
(Padgett và Beachy 1993). Ở 20oC, tính kháng có trung
gian N hoạt động, nhưng không hoạt động ở 30oC
(Wetsteijin, 1981).Tính nhạy cảm nhiệt độ của phản ứng tương hỗ
này cung cấp một cầu dao phân tử để khảo nghiệm hoạt hoá của
phản ứng tự vệ lệ thuộc vào gien N trên lá. Vì thế, điều có thể
thực hiện lây nhiễm lá của kiểu gen thuốc lá hiển thị N với TMV,
cho phép vi sinh lây lan có hệ thống ở 30oC trong
24-48 h, và sau đó hạ thấp nhiệt độ, bắt buộc một cách đồng bộ
tính không tương hợp trên rất nhiều tế bào nhiễm.
Phương pháp
tiếp cận này được dùng trong những khảo nghiệm của Doke và
Ohashi (1988) về việc phát sinh O2. Khi cây trồng
mang N đã bị lây nhiễm với TMV được bắt đầu từ 30oC
đến 20oC, tạo ra peroxide gia tăng, và thử nghiệm bởi
nhuộm nitroblue tetrazolium và giảm bớt sắc tố C SOD có thể
loại, có thể được phát hiện với 2 phút. Sự xâm nhập của SOD,
hoặc SOD và catalase, giảm bớt hình thành vết bệnh hoại sinh
liên kết với tính kháng TMV. Cùng một hệ thống cũng đã được dùng
để khảo nghiệm sinh tổng hợp SA, được bắt đầu trong 4-6 tiếng
đồng hồ của chuyển dịch nhiệt độ và liên kết với một gia tăng
đồng thời về hoạt động enzym BA2 (Léon et al. 1993). Vì thế,
việc tạo ra ROS đi trước cảm ứng SA, phù hợp với cảm ứng sinh
tổng hợp SA bởi stress oxyt hoá (Léon et al. 1995). Vì sự suy
sụp cảm ứng vi sinh của mô lá được quan sát lần đầu.ở 10,5 h, SA
có thể là cần để phóng lớn phản ứng tự vệ đến điểm ở đó tử vong
của tế bào xuất hiện.
Trong miền
xung quanh vết bệnh TMV-N, có tích tụ có ý nghĩa của nhiều
protein PR (White và Antoniw, 1991). Tuy nhiên, trên nahG-biến
đổi N-thuốc lá, hiển thị gen PR và tính kháng TMV tổn hại trầm
trọng (Hình 1F; Bi et al. 1995; Ryals et al. 1996 trong báo cáo
này). Vì thế, SA có thể được xem như là một tín hiệu chính trong
việc cảm ứng tại chỗ vài gien PR cũng như trong tính kháng..
Lignin hoá vách tế bào
ký chủ ở rìa vết bệnh TMV và sự hình thành phytoalexins chung
quanh mô luôn được liên kết với tính kháng có trung gian N
(Jaeck et al. 1992). Tuy nhiên cây thuốc lá PAL phản cảm
(antisense) (Maher et al. 1994) bị thách thức với TMV, động thái
của sự hình thành vết bệnh tại chỗ, và số lượng cuối của chúng
và kích thước, không thay đổi, dù cho trung tâm vết bệnh hiện
nay xuất hiện màu trắng và không màu nâu do vắng phenolics oxyt
hoá (Pallas et al. 1996). Vì tế, hình như không thể là sản phảm
của đường dẫn phenylpropanoid (khác hơn SA) có liên quan trong
việc giới hạn lây lan vi sinh. Những khảo nghiệm tế bào học có
trước cũng đã tiết lộ là những hạt PMV có thể được tìm thấy
trong tế bào khoẻ chung quanh vết bệnh hoại sinh, ngay cả khi
phát triển vết bệnh đã dừng lại (De Graca và Martin, 1976).
Chỉ 3-4 h ở
nhiệt độ cho phép là cần để tiết lập hình thành vết bệnh tại chỗ
bắt đầu N không thể đảo ngược (Dunigan và Madiener, 1995). Vì
thế, tất cả những cơ chế báo tín hiệu cảm ứng nhiệt cần cho tính
kháng được hoàn tất ít nhất 5 h trước khi HR có thể thấy.
Dunigan và Mediener (1995) đã minh chứng là sự ức chế
khử-phosphoryl-hoá protein serine/ threonine 1 h trước khi
chuyển dịch nhiệt độ đến một mức giảm 80% trong việc hình thành
vết bệnh tại chỗ. Vì thế, sự khử-phosphoryl-hoá protein không
thể đảo ngược hình như sẽ là phần tới hạn của thác tín hiệu có
trung gian N.
Khi chuyển
dịch nhiệt độ từ 30o xuống 20oC bị hoãn
lại trên 4 ngày sau sau khi chủng khuẩn TMV, diện tích bị nhiễm
lâu nhất vẫn màu xanh và một vòng hoại sinh hình thành chung
quanh mỗi hòn đảo xanh (Da Graca và Martin 1976). Trên đảo xanh
trung tâm, sự tổng hợp vi sinh đã dừng lại, nhưng trái lại ở
rìa, sự tổng hợp vi sinh vẫn còn đang tực hiện. Vì thế, HR có
trung gian N hình như đòi hỏi tổng hợp vi sinh hoạt động và
không màng sự hiện diện của vi sinh trên tế bào, phù hợp với
replicase vi sinh đang là yếu tố xác định Avr (Padgett và Beachy
1993). Một cách đan xen, tế bào ký chủ nhiễm có thể bị tổn hại
bởi phát sinh bệnh vi sinh và không thể phản ứng lại tín hiệu vi
sinh.
Tính kháng C. fulvum có
trung gian gien Cf trên cây cà chua
Những gien Cf-2, Cf-4,
Cf-5 và Cf-9 mang tính kháng những nòi riêng biệt cua C. fulvum
hiển tị gien không độc tố tương ứng Avr2, Avr4, Avr5 và Avr9,
tương ứng (Hammond-Kosack và Jones, 1994). Bốn gien Cf này đã
được vô tính, và mỗi chuỗi DNA dự báo một glycoprotein ngoài tế
bào chất trội hơn hẳn, với nhiều LRRs và một neo màng cuối C
ngắn (Jones et al. 1994; Dixon et al. 1996; J.D.G. Jones, M.
Dixon và C. Thomas (số liệu không công bố). Sản phẩm gien Avr
của C. fulvum là những proteins nhỏ <15kD tiết ra từ tế
bào vi sinh. Phát triển sợi nấm C. fulvum là ngoại bào
một cách độc quyền, cho nên những proteins này có thể nhận từ lá
dễ nhiễm bị nhiễm (De Wit, 1992). Mỗi phối hợp gien Cf-Avr dẫn
đến việc phát triển sợi nấm dừng lại ở một giai đoạn phát sinh
khuẩn lạc riêng biệt, có hoặc không bên trong khoang dưới khổng
(substomatal cavity) hoặc tế bào thịt lá kế cận Hình 1I;
Hammond-Kosack và Jones, 1994). Việc sử dụng mẫu khơi để hoạt
hoá phản ứng tự vệ một cách đồng bộ đã chứng tỏ không giá trị
trong việc thắp sáng biến cố cần cho tính kháng có trung gian
gen Cf-Avr. Sự hoạt hoá phản ứng tự vệ thực vật đã được khảo
nghiệm trên lá nguyên vẹn và mô hai lá mầm, trong những mẻ cấy
huyền phù tế bào, và trong những chế phẩm màng phân lập.
Việc sử dung
một khảo nghiệm hai lá mầm in vivo trong đó cây con cà chua 14
ngày tuổi Cf-0, Cf-2 và Cf-9 được thấm với một chế phẩm khơi có
sản phẩm gien Avr9 và Avr2, thời gian của phản ứng tự vệ lệ tuộc
vào gen Cf-Avr đã được xác định (Hammond-Kosack et al. 1996; May
et al. 1996). Sự hình thành superoxide ngoại bào (xác định bởi
phương pháp nhuộm nitroblue tetrazolium và ức chế SOD), lipid
peroxidation, và làm tăng trong chững mực glutathione tổng số và
oxýt hoá (GSH và GSSH) xuất hiện trong 2-4 h trên cả hai kiểu
gien hiển thị Cf. Tuy nhiên, việc mở khí khổng tối ưu quá mức
bắt đầu ở 3-4 h sau khi lây nhiễm Avr chuyên tính với kiểu gen
Cf-9. Muộn hơn (6 h sau), biến cố cảm ứng lệ thuộc vào gien
Cf-Avr gồm có hoạt động enzym LOX tăng, ethylene và sinh tổng
hơp SA, tích tụ sao dịch gien PR khác nhau, và cuối cùng tử
vong của tế bào ký chủ. Nói chung, proteins Cf khác nhau mã bởi
nhưng lô cút không liên kết về mặt di truyền hoạt hoá những phản
ứng của ký chủ rất giống nhau, và đáng ngạc nhiên, những phản
ứng này cũng xuất hiện rất giống với những phản ứng hoạt hoá bởi
protein N trên cây thuốc lá.
Những mẻ cấy
tế bào hiển thị Cf-5 bị thách thức bởi một chế phẩm khơi có Avr5
cho biết một gia tăng nhanh, trong 10 phút, trọng việc tạo ra O2
và H2O2 ngoại bào (Vera-Estrella et
al. 1992). Những gia tăng này đi kèm với chua hoá đồng thời của
môi trường ngoại bào, tạo ra bởi một gia tăng trong hoạt động
H+-ATPase của màng plasma (Vera-Estrella et al. 1994a). Ít lâu
sau (1-3 h sau), nhất là những biến cố cảm ứng gồm có lipid
peroxidation tăng, nâng cao hoạt động peroxidase ngoại bào và sự
tích tụ phenolics ngoại bào. Tử vong của tế bào không bị cảm
ứng. Những phần màng plasma giàu phát sinh từ những tế bào hiển
thị Cf-5 này cũng đáp ứng đặc biệt mẫu khơi Avr5. Trong 20 phút,
gia tăng nhiều trong hoạt động của NADH oxidase và sắc bào C
reductase, nhưng một ức chế hoạt động ascorbate peroxidase là
hiển nhiên. Những khảo nghiệm chất ức chế chỉ dấu là protein
phosphatases và proteins liên kết GTP phải tham gia trong thác
sao dịch tín hiêu tự vệ (Vera-Estrella et al. 1994b). Tuy nhiên,
một dự trữ nghiêm trọng có liên quan đến những dữ liệu này với
tính kháng có trung gian gien Cf5-Avr5 là thiếu thông tin về
phản ứng của một dòng tế bào cà chua không hiển thị Cf-5 với chế
phẩm khơi đồng nhất.
Việc sử dụng
peptide nhãn 125 , chuyên tính, có thể bảo hoà, và
liên kết không thể đảo ngược với màng plasma phân lập từ những
lá Cf-0 và Cf-9 đã được hé lộ. Một cách không mong đợi, cùng một
số không thay đổi phân ly thấp cực kỳ 0,07 nM, và một nồng độ
nhận 0,8 pmol mỗi mg protein sô ma nhỏ (microsomal) được tìm
thấy cả hai kiểu gen. Kooman-Gersmann et al. (1996) gợi ý là thể
nhận thực vật đầu trong tín hiệu 28-amini acid Avr9 là một đồng
nhất protein Cf-9. Tuy nhiên, như là một kết luận phải được xem
xét một cách thận trọng cho đế khi khảo nghiêm nghiêm ngặt bằng
cách sử dụng phương pháp tiếp cận thực nghiêm phụ. Vì những sản
phẩm gien Avr giả định có một chức năng trong phát sinh bệnh vi
sinh (xem Knogge, 1996, trong báo cáo này), thể nhận trong những
khảo nghiệm liên kết có thể là mục tiêu tính tương hợp nhiều hơn
chuyên tính không tương hợp.
Để xác định
phản ứng tự vệ có trung gian gien Cf-Avr về mặt nguyên nhân có
liên quan tính kháng của C. fulvum, vài phương pháp tiếp
cận di truyền phân tử đã được dùng. Ví dụ, những cây cà chua có
Cf-2 và Cf-9 hiển thị đột biến gen 35S:nahG mà phần lớn loại
hoàn toàn tích tụ SA được tìm thấy như là kháng lại C. fulvum
như cây cùng cha mẹ không thừa hưởng đột biến gen nahG. Ngược
lại, tính kháng có trung gian Tm22 chống lại TMV bị
tổn hại trên những dòng cà chua hiển thị 35S:nahG (P. Brading,
K.E. Hammond-Kosack, và J.D.G. Jones, dữ liệu không phổ biến).
Những quan sát này gợi ý là SA không cần cho tính kháng có trung
gian Cf.
Một phương
pháp tiếp cận đan xen là việc phát sinh đột biến Cf đồng nhất có
những dòng trước khi chọn với C. fulvum để nhận diện cây
đột biến có tính kháng giảm. Một lô cút đột biến dẫn đến tính
nhiễm bệnh hoàn toàn và ba lô cút khác gây ra thiệt hại từng
phần tính kháng, tất cả không-alen với gien Cf đã biết, đã được
nhận diện (Hammond-Kosack et al. 1994; M. Dixon, K.E.
Hammond-Kosack , và J.D.G. Jones dữ liệu không công bố). Những
lô cút Rcr này (cần cho tính kháng lại Cladosporium; Bảng 1)
phải giúp xác định có hoặc không proteins Cf riêng mang tính
kháng thông qua cơ chế chung hoặc riêng biệt, và khi vô tính, để
nhận diện proteins cần bởi proteins Cf để làm cho mầm bệnh dừng
lại.
Tính kháng
R. syringae có trung gian gien R trên cây Arabidopsis
Những nòi
P. syringae pv maculicola hiển thị avrRpt2 không độc
tố trên kiểu sinh thái Arabidopsis có RPS2, nhưng trái
lại những nòi hiển thị avrRpm1 hoặc avrB không độc tố trên kiểu
gien Arabidopsis có RPM1. Cả hai gien hình như mã về mặt
tế bào chất proteins tại chỗ có một miền zipper leucine cuối N,
một NBS, và một miền LRR (Bent etal. 1994; Mindrinos et al.
1994; Grant et al. 1995; Bent 1996, trong báo cáo này). Tính
chất phân tử của ligand phát sinh từ Avr vi sinh tương ứng vẫn
là không rõ nhưng có thể là sản phẩm gen Avr chính nó (Gopalan
et al. 1996).
Những phối
hợp gien avrRpm1-RPM1 và avrN-RPM1 tạo điều kiện cho một HR có
thể thấy trong 5 h chủng khuẩn nhưng trái lại HR đã mang trong
phản ứng tương hỗ có trung gian gien avrRpt2-RPS2 không rõ trong
16 h. Vì sự hình thành của HR sau lấn át gien (epistatic) trên
HR trước, Ritter và Dangl (1996) gợi ý là vài bước đầu trong
đường dẫn truyền tải tín hiệu bắt đầu bởi cả hai sản phẩm gien
R. Nhiều gien có liên quan tự vệ giống nhau cảm ứng về măt
chuyên tính trên cả hai loại phản ứng tương hỗ không tương hợp.
Tuy nhiên, một cách tò mò, sự hoạt hoá vài gien chức năng không
biết riêng liên kết với tính kháng có trung gian RPM1 (ví dụ
EII3; Ritter và Dangl, 1996) hoặc tính kháng có trung gian RPS2
(PR1,A/G1, và A/G2, trong gien cảm ứng avrRpt2; Reuber và
Ausubel, 1996). Có hoặc không những gien cẳm ứng khác nhau này
về mặt nguyên nhân cần cho tính kháng vi sinh không biết. Tuy
nhiên, điều rõ ràng là vài mặt của tính kháng bệnh có trung gian
bởi RPS2 và RPM1 phải tin cậy vào một đề tài chung vì đột biến
ndr1 trên Arabidopsis ảnh hưởng đến tính kháng mang bởi
cả hai kiểu gien R, cũng như vài gien RPP mang tính kháng lại
Peronospora parasitica (Century et al. 1995; Bảng 1). Lại
đột biến gien làm tổn hại cả hai kiểu tính kháng (Delaney et al.
1994). Hai kết quả âm cũng có thông tin: Một là, những đột biến
npr1-1 trên cây Arabidopsis không thể hiển thị PR1, còn mang
tính kháng có trung gian RPS2, dù cho phản ứng
SAR bị tổn hại và cây trồng dễ
nhiễm nhiều hơn với những dòng khuẩn có độc tố (Cao et al.
1994). Hai là, Bent et al. (1992) cho biết là tính kháng mang
bởi RPS2 và RPM7 không bị tổn hại bởi những đột biến không cảm
ứng ethylene ein1 và etr1, minh chứng là phát sinh tín hiệu
ethylene không phải là điều kiện tiên quyết đối với tính không
tương hợp.
Tính kháng
có trung gian gien Mia, Mig và mio trên cây lúa đại mạch
E. graminis
f. sp. hordei là một vật sinh dưỡng bắt buộc một cách độc quyền
tấn công mô lá biểu bì của cây lúa đại mạch. Chúng tôi tập trung
ở đây về tính kháng chuyên tính nòi mang bởi nhưng alen của lô
cút Mia và Mig và so những lô cút này với những lô cút có trung
gian phản ứng tự vệ bởi gien mio liệt chuyên tính không nòi (xem
lại trong báo có Jorgensen, 1994; cũng xem Knogge, 1996, trong
báo cáo này). Không có điều gì đã biết về tính chất của những
yếu tố quyết định không độc tố của mầm bệnh hoặc những chuỗi
gien Mia hoặc Mig.
Việc khảo
sát tế bào học số lượng chỉ dấu là phản ứng tự vệ của tế bào ký
chủ có trung gian gien R giả định có thể xuất hiện ở vài giai
đoạn riêng biệt của swj phát sinh cá thể (ontogeny) vi sinh, lẹ
thuộc vào lô cút R có liên quan. Tính kháng có trung gian alen
Mia bao gồm một cách bao trùm HR của tế bào có giác bám, và việc
cảm ứng nhiều gien có liên quan tự vệ (Freialdenhoven et al.
1994; Boyd et al. 1995). Tính kháng có trung gian alen Mig hành
động sớm và bao gồm sự hình thành gai (papillae formation) (Hình
1C); HR xuất hiện quá muộn để xem như là nguyên nhân vi sinh
dừng lại (Gorg et al. 1993). Tính kháng có trung gian mio hoạt
động như sưh thâm nhập vi sinh trực tiếp của tế bào biểu bì được
thử. Sự dừng lại của gai bao trùm (>99,5%), và chỉ HR ít khi
xuất hiện (Wolters et al. 1993), những cây mio cũng một cách tự
phát hình thành gai biểu bì trên mẻ cấy không ký chủ (axenik
culture). Điều này gợi ý là phản ứng tự vệ trên cây mio có thể
cao lên trước khi vi sinh tấn công.
Sự phát sinh
đột biến của những đồng hợp tử Mia và mio đã dẫn đến việc nhận
diện vài lô cút lúa đại mạch khác cần cho hoạt động của gen
kháng. Những đột biến ở lô cút Rar1 và Rar2 (ban đầu được gọi là
Nar1 và Nar2) gây ttổn hại một cách có ý nghĩa tính kháng có
trung gian Mia và tạo ra hình thành HR giảm và cảm ứng gen-tự vệ
(Freialdenhoven et al. 1994). Tuy nhiên, những alen rar đột
biến không ảnh hưởng tính kháng có trung gian Mig (J. Jorgensen
và P. Schulze-Lefert, dữ liệu không công bố). Hai lô cút lúa
đại mạch khác, Ror1 và Ror2 (Freialdenhoven et al. 1996), loại
tính kháng và hình thành gai tự phát có trung gian bởi vài alen
mio. Một cách thích thú, những đột biến không ở lô cút ror ảnh
hưởng tính kháng có trung gian bởi vài alen của lô cút Mia và
Mig (P. Schulze-Lefert, dữ liệu không công bố). Vì thế, trên cây
lúa đại mạch hình như là tính kháng mang bởi gien R khác nhau vẽ
bản đồ đên những vị trí di truyền riêng biệt điều hành bởi những
cơ chế không giống nhau. Trong vài nhưng không phải tát cả mọi
trường hợp, lô cút trên cây lúa đại mạch cần cho tính kháng bệnh
(rdr) liên kết với gien R tương ứng. (Bảng 1).
Cơ chế phát
sinh tín hiệu
Một tổng
quan về tính phức tạp của đường dẫn truyền tải tín hiệu cần để
hoạt hoá và phối hợp phản ứng tự vệ thực vật được trình bày
trong Hình 3. Đa được dự kiến là proteins R hành đông như thể
nhận để phát hiện tín hiệu lệ thuộc vào Avr vi sinh và vì thế
bắt đầu phát sinh tín hiệu cuối nguồn. Một cách đan xen, nhận
biét tín hiệu Avr có thể liên quan một/nhiều protein khác, với
hoạt động protein R cư trú ở bước giới hạn tỷ lệ sớm trong thác
truyền tải tín hiệu hoặc tại một điểm xen tiếng (cross-talk)
tiềm tàng giữa những đường dẫn phát sinh tín hiệu riêng biệt.
Việc nhận diện vị trí tế bào đúng của những lớp protein R khác
nhau trên cây khoẻ và cây bị thách đố được chờ đợi một cách
thiết tha. Đối với tính kháng cảm ứng không ký chủ, những vai
trò giống nhau về những proteins chủ yếu có thể thực hiện
(Boller, 1995; Numberger et al. 1995; Mithofer et al. 1996),
nhưng biến cố bắt đầu trước có tể là khác nhau.
Ngay cuối
nguồn của nhận thức mầm bệnh, sự hoạt hoá protein kinases hiên
có trước, phosphatases, và proteins G có thể có nhiều trong
những bước kế tiếp (Hình 3; Staskawicz et al. 1995; xem thêm
Bent, 996, trong báo cáo này). Một protein kinase thứ hai, Pti,
đã được trình bày phản ứng tương hỗ với protein Pto trên cây cà
chua, vì thế việc bắt buộc một thác protein kinase trong hành
động của protein R (Zhou et al. 1995). Những biến cảm ứng nhanh
khác đâ được khám phá gồm có phosphoryl-hoá protein/khử
phosphoryl-hoá, làm thay đổi trên nồng độ Ca2+, dòng ion, đã làm
tăng chừng mực inositol triphosphate và diacylglycerol, và những
thay đổi theo tỷ lệ protein với GTP hoặc GDP liên kết (Dixon et
al. 1994; Low và Merida 1995; Ward et al. 1995).
Có hoặc
không những biến cố phát sinh tín hiệu đầu hoạt hoá hiên thị gen
de novo (mới)? Hoặc chúng điều hoà lên enzym sinh tổng hợp có
liên quan tự vệ có trước? Hoặc dẫn đến việc thả chất tiền tố dự
trữ của những hợp chất tự vệ? Những câu hỏi này không được giải
đáp, và những câu trả lời chắc là thay đổi từ phản ứng sang phản
ứng.ếự cảm ứng nhanh cực kỳ của bùng nổ oxyt hoá và/hoặc sinh
tổng hợp ethylene (Baker và Orlandi 1995; Bollẻ 1995) gợi ý là
cảm ứng gien không cần cho những câu trả lời này. Việc liên kết
tréo của protein vách tế bào và sự lắng tụ callose hinhi như
cũng không liên quan đến sự hoạt hoá gen. Ngược lại, gia tăng
nhanh trong những hoạt động PAL và CHS có liên hệ tương hỗ tốt
với sự hoạt hoá gien (Logemann et al. 1995a). Chừng mực SA nâng
cao chắc là xảy ra bằng cách gia tăng hoạt động BA2-H có trước
để qui đổi BA dự trữ thành SA và/hoặc bằng cách tổng hợp
proteins PAL và BA2-H de novo (Leon et al. 1995; Mauch Mani và
Slusarenko, 1996).
Khi những
phản ứng tự vệ sớm nhát đã được hoạt hoá, tính phức tạp của
đường dẫn sinh hoá học trong tế bào tương ứng có thể làm tăng
rất nhiều khi những phân tử tín hiệu mới được phát sinh (Hình
3). Thứ tự này của những biến cố phát sinh tín hiệu chắc có thể
cung cấp khung tổng hợp để cảm ứng một cách phối hợp nhiều phản
ứng tự vệ khác nhau trong ngăn tế bào khác nhau. Việc phóng đại
rất lớn phản ứng tự vệ chuyên tinh xảy ra sau đó, thông qua phản
hồi đương hoặc xen tiếng tín hiệu. Sự cảm ứng gien giữ nhầ khác
nhau cũng có thể đi kèm phản ứng tự vệ để đảm bảo là tập hợp đầy
đủ hợp chất tiền tố được bảo quản (Kawalleck et al. 1992). Hơn
nữa, trên những mô thực vật non, histone và hiển thị gien có
điều hoà chu kỳ tế bào có thể bị ngăn chặn để đổi hướng lại tất
cả những tài nguyên tế bào khả dụng cho chuyển hoá có liên quan
tự vệ (Logemann et al. 1995b) hoặc loại từ tử vong tế bào.
Ở vài giai
đoạn trong phản ứng tương hỗ không tương hợp, thiệt hại phải
chịu trên tế bào ký chủ phản ứng và mầm bệnh. Như là một kết
quả, sự hình thành phân tử tín hiệu phụ xuất hiện ở liên diện ký
chủ-mầm bệnh, chắc theo cách ít kiểm tra. Loài vi sinh riêng
biệt và cach phát sinh bệnh của nó có thể ảnh hưởng tính đa dạng
của mẫu khơi đời 2 được tạo ra. Những tín hiệu mới này, ví dụ,
gồm có mảnh chitin, lipid peroxidé, arachidonic acid, mảnh
oligosaccharide của vách tế bào, và một thay đổi tại chỗ trong
tình trạng redox (khử-oxyt hoá) tế bào (Hình 3; Farmer và Ryan
1992; Baker và Orlandi, 1995; Boller 1995). Như là một hậu quả,
một sóng thứ hai nhận biết tín hiệu và biến cố truyền dẫn có thể
xuất hiện có thể hoạt hoá phản ứng tự vệ phụ, phóng đại/loại trừ
phản ứng gốc, hoặc cảm ứng tử vong tế bào.
Sự hoạt hoá
của cơ chế bảo vệ tế bào chuyên tính có thể đi kèm phản ứng tự
vệ. Những cơ chế này gồm có việc điều hoà lên chu kỳ
Halliwell-Asada tế bào chất giữ ở mức thấp nhất những hậu quả
stress oxyt hoá (Hình 3). Hơn nữa, sao dịch tăng của SOD chuyên
tính và gen catalase có thể xuất hiện để đảm bảo là hoạt động
enzym tối đa được duy trì trong những ngăn tế bào thich hợp
(Bowler et al. 1994). Ví dụ, thể hiện những gien glutathione
peroxidase, glutathione-S- transferase, và polyubiquitine đã
được khám phá trong những phản ứng tương hỗ không tương hợp
(Mauch và Dudler., 1993; Hahn và Strittmatter, 1994; Levine et
al. 1994). Hoạt động glutathione peroxidase có thể ngăn cản tử
vong tế bào trong những hệ thống động vật có vú (Kockenbery et
al. 1993), nhưng trái lại glutathione - S- transferase khử độc
những sản phẩm peroxit hoá màng lipid và những sản phẩm khác của
stress oxyt hoá tế bào (Berhane et al. 1994). Polyubiquitin cần
cho việc tái chế protein hư hại; cây thuốc lá hiển thị quá mức
một đột biến tạo ra những vết bệnh hoại sinh phát triển tự phát
(Becker et al. 1993). BA, SA, và những phenolics khác có thể
hành động như những chất ăn gốc tự do bảo vệ tế bào khỏi ngộ
độc oxyt hoá (Leon et al. 1995). Vì thế những đột biến trên gien
tạo điều kiện cho những đường dẫn tín hiệu trong việc hoạt hoá
gien bảo vệ tế bào có thể giải trình kiểu hình lây lan vết bệnh
không kiểm tra phản ứng lại mầm bệnh không độc tố tiêu biểu của
vài bắt chước vết bệnh (xem Dangl et. 1996, trong báo này).
Nói chung,
sự phối hợp thời gian và không gian chính xác của phản ứng tự vệ
cảm ứng là cần để tiêu diệt thành công hoặc có vi sinh xâm nhập
trong khi đồng thời giữ ở mức thấp nhất thiệt hại mô cây ký chủ.
Trên một/nhiều tế bào bị tấn công đầu tiên, phản ứng nhanh có
thể cuối cùng dẫn đến tử vong tế bào, nhưng trái lại trên những
tế bào chung quanh, tự vệ cảm ứng có thể là lệ thuộc vào sao
dịch nhiều hơn. Tầm cỡ và kiểu tín hiệu nhận biết bởi những tế
bào lân cận lệ thuộc vào tỷ lệ tương đối phát sinh tín hiệu,
phát tán, phẩn ứng về phía những phân tử lớn. Lại, khi
plasmodesmata liên kết với callose, khi những cơ chế bảo vệ tế
bào trở thành ít bị quá tải, và khi cấu trúc vách tế bào bị sửa
đổi bởi liên kết tréo của proteins vách tế bào và biến cố lignin
hoá, những lộ trình symplastic và apoplastic trong những phân tử
tín hiệu bị ngăn cản. Điều này có thể dẫn đến việc đóng dần
đường dẫn phát sinh tín hiệu tự vệ sau khi vi sinh xâm nhập đã
có một cách thành công.
Đánh giá hoạt
động của cơ chế tự vệ và phát sinh tín hiệu
Điều gì là
phản ứng liên quan tương hỗ với sự nhận biết có trung gian gen
R-Avr hiện nay làm dừng phát triển của mầm bệnh? Để gán cho một
chức năng vào mỗi phản ứng tự vệ, hai phương pháp tiếp cận di
truyền phân tử phụ có thể được thực hiện. Một là, mất đi hoạt
động có múc tiêu có thể được hoàn tất bằng cách loại antisense
thành phần, cùng loại trừ, hoặc nhãn transposon để loại trừ một
hoặc tất cả những thành phần của một họ gien tự vệ riêng biệt.
Một cách đan xen, tổn thất có mục tiêu của phân tử tín hiệu
riêng, thông qua cùng những phương pháp tiếp cận thực nghiệm có
thể là giảmdòng chảy qua thác phát sinh tín hiệu chuyên tính và
đồng thời loại trừ một bộ phụ phản ứng tự vệ. Tuy nhiên, vì sự
dư thừa vốn có của nhiều phản ứng tự vệ, chắc là chỉ tính kháng
không thích hợp từng phần sẽ nhận được theo bất kỳ lộ trình nào.
Việc phát
sinh đột biến không mục tiêu của những dòng hiển thị gien R,
theo sau là việc chọn những đột biến nhạy cảm bệnh, đã chứng tỏ
bổ ích trong việc nhận diệnnhững gien khác cần cho tính kháng
bệnh (Bảng 1). Những đột biến trên cung cấp công cụ rất tốt để
giải phẫu về mặt di truyền phần góp của phản ứng tự vệ khác nhau
và đường dẫn phát sinh tín hiệu đến tính kháng. Trong nội dung
này, những đột biến tìm thấy có ảnh hưởng tiềm tàng có liên quan
đến qui trình sinh học, như là stress lạnh và tính nhạy cảm với
độc tố của mầm bệnh, cũng phải được thử nghiệm về khả năng của
chúng làm tổn hại tính kháng. Sự phát sinh lại đột biến của
những đột biến để tìm ra thu hồi tính kháng, nghĩa là, nhận hoạt
động, có thể nhận diện chất điều hoà âm trong đường dẫn phản ứng
tự vệ. Một cách đan xen, những chất hoạt hoá (promoters) gien tự
vệ có thể hoà với những gien báo cáo khác nhau, như là những
gien mã beta-glucuronidase (GUS), protein phát quang xanh lá cây
(GFP), hoặc luciferase (LUX). Cây đột biến gen đồng hợp tử có
thể bị đột biến và chọn để nhận diện đột biến tạo điều kiện cho
tính không phản ứng (nonresponsiveness) (ví dụ không hiển thị
gien báo cáo) sau thách thức vi sinh hoặc mẫu khơi (elicitor).
Việc khảo nghiệm kế tiếp sẽ xác định có hoặc không những đột
biến trên cũng bị tổn hại về tính kháng bệnh.
Để nhận diện
mạng phát sinh tín hiệu cần để hoạt hoá tự vệ, phản ứng tương hỗ
vô tính (Phizicky và Fields 1995) hoặc nhãn phân tử những sản
phẩm gien R và/hoặc Avr phải nhận diện những proteins phản ứng
tương hỗ cuối nguồn tức thời. Phương pháp tiếp cận quanh co là
làm việc chậm tiến trong phản ứng tự vệ bằng cách nhận diện yếu
tố sao dịch liên kết những miền hoạt hoá chuyên tính hoặc
enzymes hoạt hoá phức protein riêng biệt. Tính phức tạp tăng và
chuyên tính giảm của những phản ứng hoạt hoá khi tính không
tương hợp tiến triển (Hình 3) gợi ý là việc chọn phản ứng cảm
ứng tương đối nhanh như một điểm bắt đầu với chiến lược thứ hai
không thể cho những kết quả có liên quan trực tiếp với hành động
của protein R.
Việc giản
đơn hoá hệ thống khảo nghiệm phải về mặt lý thuyêt giup nhận
diện phản ứng cảm ứng chủ yếu. Việc dùng mẫu khơi đã xác định
hoặc việc đồng bộ hoá lây lan vi sinh đã giúp giải quyết tốt
những biến cố cảm ứng nhanh nhiều hơn cũng như mục tiêu tiềm
tàng về việc khảo nghiệm hạ gục (knockout) gien, Đánh dấu vi
sinh với GUS, GFP, và LUX cho phép xác định vị trí không gian và
xác định số lượng sinh khối của mầm bệnh. Điều này cho phép thời
gian của phản ứng cảm ứng ký chủ sẽ bắt buộc quá mức trên việc
phát sinh cá thể vi sinh (microbial ontogeny), srx chỉ dấu có
hoặc không một phản ứng tự vệ chuyên tính hoạt hoá ở một địa
điểm thích hợp và trước phân kỳ về tỷ lệ phát triển những chủng
có độc tố và không độc tố. Những mẻ cấy tế bào thực vật thường
được dùng để giản đơn hoá hệ thống khảo nghiệm xa hơn. Tuy
nhiên, do hình thái học riêng biệt của tế bào đã cấy, có thể tạo
ra những khác biệt về nồng độ oxy và tình trạng dinh dưỡng, và
tiềm tàng trong một tỷ lệ lớn phát tán tín hiệu so với một hệ
thống nguyên, ở nơi nào có thể thực hiện những kết quả đạt phải
được xác minh bằng cách dùng mô thực vật nguyên vẹn.
Kết
luận
Thời gian phấn khởi nằm
phía trước hiện nay là vài gien R đã được vô tính và những lô
cút rdr khác đã được nhận diện (Bảng 1). Một cách rõ ràng, có sự
bảo tồn rất lớn những cơ chế phát sinh tín hiệu tự vệ giữa những
loài thực vật vì vài lớp khác nhau gien R cũng mang tính kháng
khi hiển thị trên những loài thực vật không đồng nhất. Những ví
dụ gồm có gien N thuốc lá trên cây cà chua (Whitham et al.
1996); gien Pto cà chua trên cây thuốc lá (Rommens et al. 1995
Thilmony et al. 1995), và những gien Cf cà chua trên cây thuốc
lá và khoai tây (K.E. Hammond-Kosack và J.D.G. Jones, dữ liệu
không công bố). Nhưng có hoặc không những proteín R khác nhau
hoạt hoá cơ chế kháng riêng biệt? Nói chung, bằng chứng cung cấp
bởi những khảo nghiệm tình huống trình bày trên gợi ý điều ngược
lại. Những dữ liệu này minh chứng là có thể có một hội tụ nhanh
những biến cố phát sinh tín hiệu lệ thuộc vào gien Avr-R hoạt
hoá đầu tiên thành một hoặc vài đường dẫn chung phối hợp phản
ứng tự vệ tổng hợp. Có hoặc không cùng những đường dẫn này còn
được hoạt hoá bởi mẫu khơi không chuyên tính thì không biết. Bất
kỳ phương pháp nào, việc nhận diện và mô tả đặc tính của những
đột biến phụ ảnh hưởng những lớp khác nhau của tính kháng có
trung gian gien R và không ky chủ có thể giúp trả lời câu hỏi
này.
Phát triển của mầm bệnh
bị giới hạn ngay trong những phản ứng tương hỗ tương hợp về mặt
di truyền. Một tỷ lệ lây nhiễm luôn không phát triển (Ashfield
et al. 1994), và miền phát sinh khuẩn lạc/bào tử thường được xác
đinh ranh giới bên trong vết bệnh (lesion), nốt mụn (pustule)
hoặc thối mục (canker) (Agrios 1988). Tuy nhiên, vài loài vi
sinh như là Phytophthora sp, bệnh cháy lửa vi sinh, và vi
rút tristeza trên cây có múi đều là những kẻ tàn phá thực vật.
Tại sao? Bằng cách chọn những đột biến trên cây Arabidopsis với
triệu chứng bệnh tăng đến R. syringae có độc tố.
Glazebrook et al. (1996) đã nhận diện 10 lô cút eds làm cho tính
nhiễm bệnh tăng. Ba trong những lô cút đột biến giống nhau với
lô cút gây tổn hại các mặt riêng biệt của phản ứng tự vệ có
trung gian gien R (ví dụ hai lô cút pad có liên quan trong sinh
tổng hợp phytoalexin, và npr1, có thể có alen với nim1, gây tổn
hại hiển thị gien PR1 và phản ứng SAR (Cao et al. 1994; Delaney
et al. 1995). Vì thế, vài cơ chế tự vệ hình như giới hạn phát
triển vi sinh trong những phản ứng tương hỗ không tương hợp và
tương hợp. Trong phản ứng tương hỗ cộng sinh cây trồng, ví dụ,
với Rhizobium hoặc rễ căn (Mycorrhizal sp.) nhiều
phản ứng tự vệ đã biết được hoạt hoá (Gardner et al. 1996; xem
thêm Gianinazzi-Pearson 1996, và Pawlowski và Bisseling 1996
trong báo cáo này). Có hoặc không gen tự vệ trong những phản ứng
tương hỗ tương hợp này của sự có ý nghĩa chức năng về việc phát
sinh bệnh hoặc cộng sinh hoặc ccó hoặc không điều này dừng lại
đầu vào của đấu thủ không mong đợi? Chắc là hai hoạt động đều
quan trọng.
Một tính kháng có trung
gian gien R-Avr là một đặc tính tự trị của tế bào (Bennetzen et
al. 1988) trong đó sự đảm bảo (hallmark) về có mầm bệnh thành
công là một nhận thức nhanh của mầm bệnh dẫn đến cảm ứng phối
hợp của nhiều cơ chế tự vệ khác nhau bên trong tế bào bị tấn
công đàu tiên cũng như những tế bào chung quanh. Nhưng dù cho
tính kháng này có thể là một phối hợp phản ứng cảm ứng thêm vào
tự vệ đã thực hiện. Nhiều phản ứng tự vệ riêng xuất hiện như là
chất phụ vào hiệu ứng của chúng trên tính kháng, và hiệu quả
nhất tính kháng chuyển gien thường được quan sát khi phản ứng
không đồng nhất dẫn đến trường hợp (Hain et al. 1993). Nhưng tầm
quan trọng của vài phản ứng cảm ứng liên kết với tính không
tương hợp
RGC
Trở về Trang Chính
|
