Phát hiện ra 'NO burst' có thể giúp cứu cây chuối được ưa chuộng nhất thế giới khỏi loại nấm chết chóc

Việc ngăn chặn 'sự bùng nổ oxit nitric (NO)' do nấm tạo ra có thể là chìa khóa để cứu loài chuối phổ biến nhất thế giới khỏi nguy cơ tuyệt chủng. Nghiên cứu về cách một loại nấm vừa gây ra bệnh Panama vừa bảo vệ chính nó khỏi căng thẳng do oxit nitric gây ra có thể mở ra những hướng đi mới để chống lại bệnh nhiễm trùng phá hoại ở cây chuối.

Nguồn: © Yong Zhang và cộng sự/Springer Nature Limited 2024

Bệnh héo rũ do nấm Fusarium ở chuối hiện đang tàn phá chuối Cavendish – loại chuối thương mại phổ biến nhất thế giới. Một khi đã xuất hiện trên ruộng chuối, nấm không thể bị tiêu diệt, khiến việc sản xuất chuối Cavendish trong tương lai gần như không thể

Để tạo ra những quả có ít hạt, chuối được nhân giống bằng phương pháp nhân bản, dẫn đến rất ít sự đa dạng về mặt di truyền. Kết hợp với các đồn điền độc canh dày đặc mà chúng chủ yếu được trồng, điều này khiến chuối cực kỳ dễ bị bệnh và sâu bệnh. Một mối đe dọa lớn là bệnh héo rũ do nấm Fusarium , còn được gọi là bệnh Panama, do nấm Fusarium oxysporum (Foc) gây ra. Một chủng Foc - chủng 1 (R1) - chịu trách nhiệm cho sự tàn phá của chuối Gros Michel vào những năm 1950. Giống chuối Cavendish đã được chọn làm giống thay thế Gros Michel dựa trên khả năng kháng R1 của nó và đã trở thành giống chuối được trồng phổ biến nhất trên toàn thế giới. Tuy nhiên, vào năm 1989, một chủng Foc khác - chủng nhiệt đới 4 (TR4) - có khả năng lây nhiễm cho chuối Cavendish đã được báo cáo. TR4 đã lây lan từ nguồn gốc nghi ngờ ở Indonesia và Malaysia trên khắp Châu Á đến Trung Đông, Châu Phi và Châu Đại Dương. Năm 2019, nó được phát hiện ở Colombia và năm 2021 ở Peru, hai vùng xuất khẩu chuối Cavendish lớn nhất thế giới. Giống chuối chiếm ưu thế một lần nữa phải đối mặt với nguy cơ tuyệt chủng do bệnh Panama.

Với hy vọng hiểu rõ hơn về cách TR4 có thể xâm nhập vào cây chuối Cavendish, các nhà nghiên cứu đã so sánh thông tin bộ gen của 36 chủng Foc được thu thập từ các địa điểm trên khắp thế giới. Trong khi hầu hết các chủng Foc đều tăng độc lực thông qua các nhiễm sắc thể phụ có được theo chiều ngang, các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng TR4 không có. Thay vào đó, bộ gen của nó có các gen phụ gắn vào đầu của một số nhiễm sắc thể lõi. Các gen này rất giàu trình tự với các chức năng ty thể đã biết, đặc biệt là các chức năng liên quan đến quá trình tổng hợp oxit nitric và mã hóa các protein bảo vệ chống lại stress nitrosative.

Các nhà nghiên cứu đưa ra giả thuyết rằng oxit nitric đóng vai trò quan trọng trong tương tác TR4-Cavendish, với cây chuối đầu tiên nhận ra các tín hiệu xâm nhập của nấm và kích hoạt các cơ chế phòng vệ liên quan đến con đường truyền tín hiệu axit jasmonic. Tuy nhiên, methyl jasmonate do cây sản xuất (hình bên dưới) kích thích sản xuất NO của nấm trong TR4 nhờ các gen phụ trợ thu được của nó. 'Sự bùng nổ NO' kết quả gây ra căng thẳng nitrosative trong rễ chuối, nhưng không phải trong TR4 do sự điều hòa tăng cường các gen giải độc của nó.

Để kiểm tra lý thuyết của họ, nhóm nghiên cứu đã đo sản xuất NO ở TR4 và R1 sau khi tiếp xúc với methyl jasmonate. Chỉ có TR4 cho thấy sự bùng nổ sản xuất NO. Tương tự như vậy, việc loại bỏ các gen liên quan đến con đường sinh tổng hợp NO ở TR4 đã tạo ra các đột biến có độc lực giảm đáng kể.

Nhóm nghiên cứu tin rằng NO có thể là một phương pháp điều trị tiềm năng giúp làm chậm hoặc ngăn chặn sự xâm nhập của TR4 ở chuối Cavendish.

Tài liệu tham khảo

Y Zhang và cộng sự , Nat. Microbiol. , 2024, DOI: 10.1038/s41564-024-01779-7