Cơ chế giúp thực vật ngăn chặn virus truyền sang con cháu của chúng
- Thứ tư - 16/10/2024 16:54
- In ra
- Đóng cửa sổ này
Các nhà khoa học đã biết được cách thực vật ngăn chặn virus truyền sang con cái của chúng, một phát hiện có thể làm cho cây trồng khỏe mạnh hơn. Phát hiện này...
Các nhà khoa học đã biết được cách thực vật ngăn chặn virus truyền sang con cái của chúng, một phát hiện có thể làm cho cây trồng khỏe mạnh hơn. Phát hiện này cũng có thể giúp giảm sự lây truyền bệnh từ mẹ sang con ở người.
Virus thực vật thường có thể lây lan từ quốc gia này sang quốc gia khác thông qua việc buôn bán hạt giống. "Virus có thể ẩn náu trong hạt giống trong nhiều năm, khiến điều này trở thành một trong những vấn đề quan trọng nhất trong nông nghiệp", giáo sư Shou-Wei Ding, thuộc Khoa Vi sinh và Bệnh học thực vật - Đại học California, Riverside (UCR), đồng thời là tác giả của bài báo đăng trên tạp chí Cell Host & Microbe về phát hiện mới này, cho biết.
Khi một cây mẹ nhiễm virus tạo ra hạt giống, chỉ có từ 0 - 5% cây con có khả năng bị nhiễm bệnh. Trong một thế kỷ, các nhà khoa học đã tự hỏi làm thế nào những cây mẹ có thể ngăn chặn virus truyền sang tất cả hoặc hầu hết các cây con. Nhóm nghiên cứu do UCR dẫn đầu muốn giải quyết bí ẩn này bằng cách xác định chính xác con đường miễn dịch ngăn chặn sự truyền virus từ cha mẹ sang con.
Các nhà nghiên cứu đã tiêm virus khảm dưa leo (một loại virus có khả năng lây nhiễm hơn 1.000 loài thực vật, gây đốm vàng trên bề mặt lá và quả) vào hàng trăm giống Arabidopsis (một loại cây mô hình thuộc họ cải) khác nhau và tiến hành phân tích để xác định gen có liên quan đến việc giúp cho chúng và thế hệ con cháu kháng virus. Kết quả phân tích cho thấy có hai gen (trước đây chỉ được biết là có chức năng trong giai đoạn đầu phát triển của hạt) dường như có vai trò quan trọng trong hoạt động kháng virus của cây thông qua con đường can thiệp RNA (RNA interference - RNAi).
Trong tế bào, thông tin di truyền được chuyển đổi từ DNA thành RNA, rồi thành protein. RNAi xảy ra khi RNA mạch kép được cắt thành các đoạn nhỏ hơn gọi là RNA can thiệp nhỏ (siRNA). Các phân tử siRNA này được sử dụng để ngăn chặn quá trình tổng hợp protein. siRNA cũng có thể được tạo ra từ gen của virus xâm nhập để ức chế sự tổng hợp protein của chúng.
"Nhiều sinh vật đã tạo ra siRNA để kiểm soát và ức chế sự lây nhiễm virus", Ding giải thích. "Chúng tôi tin rằng lý do những cây này có thể ngăn sự lây truyền virus sang hạt là vì con đường can thiệp RNA kháng virus hoạt động khi hạt đang phát triển trong cây mẹ".
Để kiểm tra giả thuyết của mình, các nhà nghiên cứu đã tạo ra những cây đột biến trong đó hai gen liên quan đến con đường can thiệp RNA đã bị bất hoạt. Ở trạng thái hoạt động, hai gen này tạo ra các enzyme có tên là dicer-like 2 và dicer-like 4. "Nếu không có hai enzyme này, cây không thể tạo ra siRNA để ức chế sự lây nhiễm virus. Và nếu không có siRNA, các con đường miễn dịch kháng virus sẽ không hoạt động", Ding cho biết.
Những cây đột biến này vẫn phát triển và tạo hạt bình thường. Tuy nhiên, khi bị nhiễm virus, chúng đã phát triển các triệu chứng rất nghiêm trọng. Số hạt được tạo ra ít hơn và quan trọng hơn là tỷ lệ lây truyền virus sang hạt tăng gấp mười lần. Có tới 40% cây phát triển từ hạt bị nhiễm virus. "Chúng tôi thực sự phấn khích trước kết quả này", Ding nói. "Đây là lần đầu tiên mọi người chứng kiến sự thay đổi lớn trong sự lây truyền virus sang hạt sau khi con đường miễn dịch bị loại bỏ".
Câu hỏi tiếp theo mà các nhà nghiên cứu đặt ra là làm thế nào virus vẫn có thể lây nhiễm sang một tỷ lệ nhỏ hạt giống ở những cây không đột biến mặc dù có sự ức chế miễn dịch mạnh mẽ? Họ đã nhận thấy rằng đó là do virus biểu hiện một loại protein để chống lại con đường can thiệp RNA ở cây mẹ.
Nhóm nghiên cứu đang thử nghiệm xem liệu họ có thể làm giảm thêm tỷ lệ lây truyền virus bằng cách tăng cường con đường miễn dịch đã xác định được trong hạt giống hay không. Vì con đường này được bảo tồn rộng rãi trên nhiều loại sinh vật, bao gồm động vật không xương sống, nấm và động vật có vú, nên khám phá này có thể có ý nghĩa rộng rãi đối với việc phòng ngừa bệnh tật ở động vật cũng như ở người.
Các nhà nghiên cứu đang nghĩ đến một số loại virus ở người, như virus Zika, khi họ tiếp tục công trình nghiên cứu của mình. Việc bị nhiễm virus Zika trong giai đoạn thai kỳ có thể gây ra dị tật bẩm sinh nghiêm trọng, bao gồm chứng đầu nhỏ và các bất thường khác ở não. Họ hy vọng có thể sử dụng khám phá mới này để giảm tỷ lệ lây truyền virus Zika từ mẹ sang con. "Chúng tôi biết rằng virus Zika biểu hiện một số protein chống lại con đường can thiệp RNA, vì vậy có thể ngăn chặn sự lây truyền virus từ mẹ sang con thông qua việc ức chế chức năng các protein này bằng các loại thuốc mới."
Nguồn: Sciencedaily.com
Virus thực vật thường có thể lây lan từ quốc gia này sang quốc gia khác thông qua việc buôn bán hạt giống. "Virus có thể ẩn náu trong hạt giống trong nhiều năm, khiến điều này trở thành một trong những vấn đề quan trọng nhất trong nông nghiệp", giáo sư Shou-Wei Ding, thuộc Khoa Vi sinh và Bệnh học thực vật - Đại học California, Riverside (UCR), đồng thời là tác giả của bài báo đăng trên tạp chí Cell Host & Microbe về phát hiện mới này, cho biết.
Khi một cây mẹ nhiễm virus tạo ra hạt giống, chỉ có từ 0 - 5% cây con có khả năng bị nhiễm bệnh. Trong một thế kỷ, các nhà khoa học đã tự hỏi làm thế nào những cây mẹ có thể ngăn chặn virus truyền sang tất cả hoặc hầu hết các cây con. Nhóm nghiên cứu do UCR dẫn đầu muốn giải quyết bí ẩn này bằng cách xác định chính xác con đường miễn dịch ngăn chặn sự truyền virus từ cha mẹ sang con.
Các nhà nghiên cứu đã tiêm virus khảm dưa leo (một loại virus có khả năng lây nhiễm hơn 1.000 loài thực vật, gây đốm vàng trên bề mặt lá và quả) vào hàng trăm giống Arabidopsis (một loại cây mô hình thuộc họ cải) khác nhau và tiến hành phân tích để xác định gen có liên quan đến việc giúp cho chúng và thế hệ con cháu kháng virus. Kết quả phân tích cho thấy có hai gen (trước đây chỉ được biết là có chức năng trong giai đoạn đầu phát triển của hạt) dường như có vai trò quan trọng trong hoạt động kháng virus của cây thông qua con đường can thiệp RNA (RNA interference - RNAi).
Trong tế bào, thông tin di truyền được chuyển đổi từ DNA thành RNA, rồi thành protein. RNAi xảy ra khi RNA mạch kép được cắt thành các đoạn nhỏ hơn gọi là RNA can thiệp nhỏ (siRNA). Các phân tử siRNA này được sử dụng để ngăn chặn quá trình tổng hợp protein. siRNA cũng có thể được tạo ra từ gen của virus xâm nhập để ức chế sự tổng hợp protein của chúng.
"Nhiều sinh vật đã tạo ra siRNA để kiểm soát và ức chế sự lây nhiễm virus", Ding giải thích. "Chúng tôi tin rằng lý do những cây này có thể ngăn sự lây truyền virus sang hạt là vì con đường can thiệp RNA kháng virus hoạt động khi hạt đang phát triển trong cây mẹ".
Để kiểm tra giả thuyết của mình, các nhà nghiên cứu đã tạo ra những cây đột biến trong đó hai gen liên quan đến con đường can thiệp RNA đã bị bất hoạt. Ở trạng thái hoạt động, hai gen này tạo ra các enzyme có tên là dicer-like 2 và dicer-like 4. "Nếu không có hai enzyme này, cây không thể tạo ra siRNA để ức chế sự lây nhiễm virus. Và nếu không có siRNA, các con đường miễn dịch kháng virus sẽ không hoạt động", Ding cho biết.
Những cây đột biến này vẫn phát triển và tạo hạt bình thường. Tuy nhiên, khi bị nhiễm virus, chúng đã phát triển các triệu chứng rất nghiêm trọng. Số hạt được tạo ra ít hơn và quan trọng hơn là tỷ lệ lây truyền virus sang hạt tăng gấp mười lần. Có tới 40% cây phát triển từ hạt bị nhiễm virus. "Chúng tôi thực sự phấn khích trước kết quả này", Ding nói. "Đây là lần đầu tiên mọi người chứng kiến sự thay đổi lớn trong sự lây truyền virus sang hạt sau khi con đường miễn dịch bị loại bỏ".
Câu hỏi tiếp theo mà các nhà nghiên cứu đặt ra là làm thế nào virus vẫn có thể lây nhiễm sang một tỷ lệ nhỏ hạt giống ở những cây không đột biến mặc dù có sự ức chế miễn dịch mạnh mẽ? Họ đã nhận thấy rằng đó là do virus biểu hiện một loại protein để chống lại con đường can thiệp RNA ở cây mẹ.
Nhóm nghiên cứu đang thử nghiệm xem liệu họ có thể làm giảm thêm tỷ lệ lây truyền virus bằng cách tăng cường con đường miễn dịch đã xác định được trong hạt giống hay không. Vì con đường này được bảo tồn rộng rãi trên nhiều loại sinh vật, bao gồm động vật không xương sống, nấm và động vật có vú, nên khám phá này có thể có ý nghĩa rộng rãi đối với việc phòng ngừa bệnh tật ở động vật cũng như ở người.
Các nhà nghiên cứu đang nghĩ đến một số loại virus ở người, như virus Zika, khi họ tiếp tục công trình nghiên cứu của mình. Việc bị nhiễm virus Zika trong giai đoạn thai kỳ có thể gây ra dị tật bẩm sinh nghiêm trọng, bao gồm chứng đầu nhỏ và các bất thường khác ở não. Họ hy vọng có thể sử dụng khám phá mới này để giảm tỷ lệ lây truyền virus Zika từ mẹ sang con. "Chúng tôi biết rằng virus Zika biểu hiện một số protein chống lại con đường can thiệp RNA, vì vậy có thể ngăn chặn sự lây truyền virus từ mẹ sang con thông qua việc ức chế chức năng các protein này bằng các loại thuốc mới."
Nguồn: Sciencedaily.com