Khám phá có thể mở đường cho cây lúa không mắc bệnh

Magnaporthe oryzae, loại nấm gây bệnh đạo ôn, tạo ra các vết bệnh trên cây lúa làm giảm năng suất và chất lượng hạt. Loại nấm này gây thiệt hại tới một phần ba vụ thu hoạch lúa toàn cầu, gần đủ để nuôi sống hơn 60 triệu người mỗi năm.

Các chiến lược tiêu diệt nấm khác nhau đã được sử dụng, nhưng cách tiếp cận bền vững vẫn chưa được phát triển. Chi phí và mối quan tâm về môi trường đã hạn chế sự thành công của thuốc diệt nấm độc hại. Và một hiện tượng gọi là cản trở liên kết khi các gien không mong muốn được chuyển cùng với các gien mong muốn, đã gây khó khăn cho các nhà nhân giống trong việc tạo ra các giống lúa có khả năng kháng bệnh được cải thiện nhưng vẫn tạo ra hạt ở tốc độ mong muốn.

Các công nghệ chỉnh sửa gien cuối cùng có thể được sử dụng để chèn chính xác các gien vào cây lúa, khắc phục vấn đề cản trở liên kết, nhưng trước tiên, các gien giúp tăng khả năng miễn dịch của lúa cần phải được xác định hoặc thiết kế.

Theo báo cáo của nhóm các nhà nghiên cứu ở Nhật Bản và Anh, một thụ thể miễn dịch đặc biệt của lúa - từ một nhóm các thụ thể thường chỉ nhận ra các protein gây bệnh duy nhất - kéo theo nhiệm vụ kép bằng cách kích hoạt các phản ứng miễn dịch khi phản ứng với hai loại protein nấm riêng biệt. Các gien mã hóa thụ thể này có thể trở thành khuôn mẫu cho kỹ thuật thụ thể mới, mỗi loại có thể phát hiện nhiều protein nấm, và do đó cải thiện khả năng kháng bệnh trên cây lúa.

Nấm đạo ôn sản sinh vô số protein, được gọi là effector, bên trong tế bào lúa. Để đáp ứng, cây lúa đã tiến hóa các gien mã hóa các protein lặp lại protein giàu liên kết nucleotide, hay NLR, là các thụ thể miễn dịch nội bào để mồi các tác nhân nấm cụ thể. Sau khi tác nhân nấm đặc hiệu của thụ thể NLR liên kết với mồi, các đường dẫn tín hiệu được bắt đầu gây chết tế bào.

Các nhà khoa học đã đưa các kết hợp khác nhau của NLR của lúa và tác nhân nấm vào cây thuốc lá (một hệ thống mô hình nghiên cứu khả năng miễn dịch thực vật) và cũng sử dụng cây lúa để chỉ ra liệu có bất kỳ cặp bất thường nào có thể kết hợp với nhau và gợi ra phản ứng miễn dịch. Một giống lúa NLR có liên kết với AVR-Pik có tên là Gulp đã kích hoạt sự chết tế bào để đáp ứng với AVR-Pik như mong đợi, nhưng đáng ngạc nhiên, các thí nghiệm cho thấy các nhà máy biểu hiện NLR này cũng phản ứng một phần với AVR-Pia.

Các tác giả đã xem xét kỹ lưỡng việc ghép đôi bất ngờ bằng phương pháp tinh thể học tia X và nhận thấy rằng gạo NLR sở hữu hai vị trí lắp ghép riêng biệt cho AVR-Pia và AVR-Pik.

Ở dạng hiện tại, Pikp gây ra các phản ứng miễn dịch ít ỏi sau khi liên kết với AVR-Pia, tuy nhiên, ADN của thụ thể có thể được sửa đổi để cải thiện mối quan hệ của nó đối với các tác nhân không khớp, Banfield nói.

Cuối cùng, các công nghệ chỉnh sửa gien có thể được sử dụng để chèn các phiên bản nâng cao của NLR - như Pikp - vào thực vật, có thể vượt qua quy mô có lợi cho cây lúa khi đối mặt với bệnh đạo ôn.