Ký sinh trùng điều khiển các sinh vật mà chúng sống dựa vào để phù hợp với nhu cầu của chúng. Khi bị ký sinh trùng tác động, một số thực vật trải qua những thay đổi lớn. Thực vật ngừng sinh sản và chỉ đóng vai trò là nơi cư trú và vật chủ cho các mầm bệnh ký sinh. Cho đến nay, con người vẫn còn biết rất ít về cách điều này xảy ra ở cấp độ phân tử và cơ học.
Nghiên cứu từ nhóm Hogenhout tại Trung tâm John Innes và các cộng tác viên được công bố trên Tạp chí Cell, đã xác định được một phân tử do vi khuẩn Phytoplasma tạo ra để tấn công sự phát triển của thực vật. Khi ở bên trong cây, protein này khiến các chất điều hòa sinh trưởng quan trọng bị phá vỡ, gây ra sự phát triển bất thường.
Vi khuẩn Phytoplasma thuộc nhóm vi khuẩn nổi tiếng với khả năng lập trình lại sự phát triển của cây chủ. Nhóm vi khuẩn này thường là nguyên nhân gây ra tình trạng cây phát triển rậm rạp, cây không thể sinh sản và do đó tiến tới trạng thái không bị già cỗi.
Vi khuẩn phytoplasma cũng có thể gây ra bệnh tàn phá cây trồng, chẳng hạn như bệnh vàng lá Aster Yellows, gây tổn thất năng suất đáng kể trên cả cây ngũ cốc và cây ăn lá như rau diếp, cà rốt và ngũ cốc.
Giáo sư Saskia Hogenhout, tác giả của nghiên cứu cho biết: “Phytoplasmas là một ví dụ về cách phạm vi tiếp cận của gien có thể mở rộng ra ngoài các sinh vật để tác động đến môi trường xung quanh. Phát hiện của chúng tôi đưa ra ánh sáng mới về một cơ chế phân tử đằng sau kiểu hình mở rộng này theo cách có thể giúp giải quyết một vấn đề lớn đối với sản xuất lương thực. Chúng tôi nêu bật một chiến lược đầy hứa hẹn cho các cây trồng biến đổi gien nhằm đạt được mức độ chống chịu lâu bền của cây trồng đối với thực vật”.
Những phát hiện mới cho thấy cách thức protein vi khuẩn được gọi là SAP05 điều khiển thực vật bằng cách tận dụng một số bộ máy phân tử của chính vật chủ.
Bộ máy này, được gọi là proteasome, thường phá vỡ các protein không còn cần thiết bên trong tế bào thực vật. SAP05 tấn công quá trình này, khiến các protein thực vật quan trọng trong việc điều chỉnh sự tăng trưởng và phát triển, bị đưa vào trung tâm tái chế phân tử một cách hiệu quả.
Nếu không có những protein này, sự phát triển của cây sẽ được lập trình lại để tạo điều kiện thuận lợi cho vi khuẩn, kích hoạt sự phát triển của nhiều chồi và mô sinh dưỡng, đồng thời tạm dừng quá trình lão hóa của cây.
Thông qua các thí nghiệm di truyền và sinh hóa trên cây mô hình Arabidopsis thaliana, nhóm nghiên cứu đã khám phá ra chi tiết vai trò của SAP05. Điều thú vị là SAP05 liên kết trực tiếp với cả protein phát triển thực vật và proteasome. Liên kết trực tiếp là một cách mới được phát hiện để phân hủy protein. Thông thường, các protein bị phân hủy bởi proteasome được gắn trước với một phân tử có tên là ubiquitin, nhưng trường hợp này không xảy ra ở đây.
Các protein phát triển thực vật được SAP05 được nghiên cứu tương tự như các protein cũng được tìm thấy ở động vật. Nhóm nghiên cứu muốn biết liệu SAP05 có ảnh hưởng đến côn trùng mang vi khuẩn đến cây trồng hay không. Họ phát hiện ra rằng cấu trúc của các protein vật chủ này ở động vật đủ khác nhau để chúng không tương tác với SAP05, và do đó nó không ảnh hưởng đến côn trùng.
Tuy nhiên, nghiên cứu này cho phép nhóm nghiên cứu xác định chỉ hai axit amin trong đơn vị proteasome cần thiết để tương tác với SAP05. Nghiên cứu của họ cho thấy rằng nếu protein thực vật được chuyển sang có hai axit amin có trong protein của côn trùng, chúng sẽ không bị phân hủy bởi SAP05 nữa, ngăn chặn sự phát triển bất thường các cành cây.
Phát hiện này cung cấp khả năng chỉ điều chỉnh hai axit amin này trong cây trồng, ví dụ bằng cách sử dụng công nghệ chỉnh sửa gien, để cung cấp khả năng phục hồi bền vững đối với phytoplasmas và các tác động của SAP05.
Lê Hồng Vân (Theo sciencedaily) - mard.gov.vn
