Nghiên cứu receptor NLR trong hệ miễn dịch đối với effectors nấm gây bệnh đạo ôn lúa.

 Nghiên cứu receptor NLR trong hệ miễn dịch đối với effectors nấm gây bệnh đạo ôn lúa.

Nguồn: Yang Liu, Xin Zhang, Guixin Yuan, Dongli Wang, Yangyang Zheng, Mengqi Ma, Liwei Guo, Vijai Bhadauria, You-Liang Peng, and Junfeng Liu. 2021. A designer rice NLR immune receptor confers resistance to the rice blast fungus carrying noncorresponding avirulence effectors.

PNAS November 2, 2021 118 (44) e2110751118

Ý nghĩa khoa học:

Trong nghiên cứu này, người ta tạo ra một đột biến receptor miễn dịch NLP (rice nucleotide-binding and leucine-rich repeat) có thuật ngữ khoa học là RGA5 bằng cách thao tác kỹ thuật di truyền vùng domain của nó mang kim loại nặng mà domain này xác định phân tử noncorresponding Magnaporthe oryzae Avrs và ToxB-like effector AvrPib; nó liên quan đến tính kháng của cây lúa chuyển nạp gen đối với các isolates của nấm gây bệnh đạo ôn cây lúa với gen không độc tính AvrPib, gen ấy được biết là tác nhân kích hoạt tính kháng bệnh của các giống lúa mang gen kháng R, tên là Pib, cho dù cơ chế chưa được biết rõ. Do vậy, công trình nghiên cứu này chứng tỏ rằng những receptors NLR của thực vật tích hợp trong domain có thể được thao tác kỹ thuật di truyền liên quan đến tính kháng những pathogens mang các effectors không độc tính, chúng kích hoạt sự miễn dịch thực vật bằng những cơ chế chưa được biết, mở ra cách tiếp cận cụ thể để phát triển đa dòng và giống có tính kháng bệnh phổ rộng đối với nhiều nòi.

Tóm tắt

Receptors thực vật NLR (nucleotide-binding and leucine-rich repeat) xác định trực tiếp những effectors không độc tính (avirulence effectors) thông qua các IDs của chúng (integrated domains) hoặc gián tiếp thông qua những proteins nhắm đến effector đích. Những nghiên cứu trước đây thành công trong thao tác di truyền sáng tạo ra những receptors NLR có tính chất “thiết kế” (designer NLR receptors) với các phổ xác định mới thông qua thao tác di truyền trên domains tích hợp (IDs) hoặc những protein mục tiêu trên cơ sở hiểu biết trước đây về tương tác giữa những effectors. Tuy nhiên, đây chưa phải thách thức để thiết kế một receptor thực vật mới có khả năng xác định các effectors có chức năng bởi những cơ chế còn bí ẩn. Nhiều receptors NLR trong hệ miễn dịch cây lúa, bao gồm RGA5, sở hữu một domain kết hợp với kim loạii nặng tên là HMA (heavy metal–associated). Domain này xác định gen không độc tính tương ứng Avrs của nấm Magnaporthe oryzae và những effectors ToxB-like (MAX) trong nấm gây bệnh đạo ôn cây lúa. The kết quả nghiên cứu, người ta đã có một designer rice NLR receptor  với thuật ngữ là RGA5^HMA2 mang một domain tích hợp HMA trong kỹ thuật di truyền (RGA5-HMA2). Phân tử này có thể xác định MAX effector AvrPib không tương ứng và có liên quan đến tính kháng tùy thuộc vào RGA4 đối với các mẫu phân lập nấm M. oryzae biểu hiện gen AvrPib, sự kiện ấy kích hoạt tận gốc tính kháng bệnh đạo ôn do gen Pib thông qua những cơ chế bí ẩn. Phân tử domain RGA5-HMA2 trên cơ sở mức độ tương đồng về cấu trúc rất cao với gen AvrPib có hai effectors MAX, gen AVR-Pia và AVR1-CO39, được xác định bởi RGA5-HMA, sự kết gắn ấy giữa AVR1-CO39 và RGA5-HMA, cũng như bề mặt khác biệt mang gen AvrPib và RAG5-HMA. Kết quả chứng minh rằng receptors NLR của cây lúa có domain HMA có thể được thao tác di truyền để tạo ra tính kháng với các mẫu phân lập của nấm M. oryzae không tương thích nhưng có cấu trúc tương đồng với MAX effectors, những effectors ấy tạo ra hiểu biết mới của chúng ta về tính kháng trên cơ sở NLR receptor mà cơ chế còn bí ẩn. Kết quả nghiên cứu còn cung cấp một phương pháp cụ thể  để phát triển quần thế lúa đa dòng (multilines) và giống có phổ kháng rộng với các nòi gây bệnh thông qua kỹ thuật du nhập một series các phân tử receptors có tính chất NLR đã được thao tác di truyền.

 

Xem: https://www.pnas.org/content/118/44/e2110751118

 

Hình 5: RGA4/RGA5^HMA2 liên quan đến tính kháng đặc biệt của cây lúa transgenicđối với bệnh đạo ôn, nấm bệnh mang gen AvrPib.