Các nhà khoa học phát hiện ra di truyền đằng sau bệnh gây chết cây yến mạch

Một nhóm đa tổ chức đã xác định được các cơ chế di truyền cho phép sản sinh ra một loại độc tố chết người có tên là Victorin – nguyên nhân gây ra bệnh cháy lá ở yến mạch Victoria, một căn bệnh đã xóa sổ các cây yến mạch ở Mỹ vào những năm 1940.

Bệnh bạc lá Victoria do nấm Cochliobolus victoriae gây ra, tạo ra độc tố Victorin, nhưng cho đến nay vẫn chưa ai khám phá ra được gien và cơ chế liên quan.

“Các giống yến mạch được nông dân ưa chuộng vào những năm 1940 có khả năng chống lại bệnh Crown Rust, nhưng các nhà khoa học sau đó đã phát hiện ra đây chính là đặc điểm khiến những giống yến mạch đó dễ bị bệnh cháy lá Victoria vì độc tố Victorin đã nhắm vào loại protein thực vật cụ thể đó”, đồng tác giả cao cấp Gillian Turgeon, giáo sư và chủ nhiệm Bộ phận Bệnh học Thực vật và Sinh học Vi khuẩn Thực vật của Trường Khoa học Thực vật Tích hợp, thuộc Trường Cao đẳng Nông nghiệp và Khoa học Đời sống (CALS), Đại học Cornell cho biết. “Việc khai quật các phân tử liên quan đến sự tương tác giữa nấm và thực vật này là điều cơ bản để chúng ta hiểu được cách thực vật phản ứng lại sự tấn công của các vi sinh vật đa dạng”.

Hầu hết các độc tố của nấm được tổng hợp bởi các enzym lớn, đa chức năng, và các peptit nhỏ do các enzym này tạo ra bao gồm cả chất độc và thuốc, chẳng hạn như kháng sinh penicillin. Nhưng Turgeon và đồng tác giả Heng Chooi, một nhà nghiên cứu tại Đại học Tây Úc, đã phát hiện ra độc tố Victorin thực sự được tổng hợp trực tiếp trong ribosome, một bào quan trong tế bào tạo ra hầu hết các protein. Các phân tử nhỏ này được tạo ra trong ribosome được gọi là các peptit được tổng hợp và biến đổi sau dịch mã (RiPP) của ribosome.

Tác giả đầu tiên Simon Kessler, một nghiên cứu sinh tiến sĩ tại Đại học Tây Úc, đã xác nhận chức năng enzym của một số gien Victorin, bao gồm một loại enzym mới chuyển đổi peptide Victorin thành dạng hoạt động của nó. Nhóm nghiên cứu phát hiện ra rằng các gien Victorin mã hóa các enzym này nằm rải rác trên các vùng lặp đi lặp lại trong hệ gen của mầm bệnh. Trong khi đó, gien của hầu hết các phân tử nhỏ (mà chúng ta biết) thường được tìm thấy trong các cụm nhỏ gọn trên nhiễm sắc thể của nấm.

Phát hiện này có thể giúp các nhà nghiên cứu hiểu rõ hơn về nguồn gốc tiến hóa của các phân tử như peptit Victorin, yếu tố quyết định độc lực của các bệnh cây trồng mới nổi và cách ngăn ngừa chúng tốt hơn trong tương lai.

Turgeon lưu ý rằng peptide Victorin cũng đã được chứng minh là tương tác với các mục tiêu trong tế bào thực vật được gọi là thioredoxins, cũng được tìm thấy ở người và có tiềm năng như một vị trí cho các liệu pháp điều trị ung thư.

Turgeon cho biết: “Việc phát hiện ra rằng những gien này không được tìm thấy trong các loài nấm có liên quan chặt chẽ cho chúng ta cái nhìn sâu sắc về cách các yếu tố độc lực được thu nhận và truyền đi. “Những phát hiện của chúng tôi từ nghiên cứu này mở rộng đáng kể tiềm năng khám phá phân tử nhỏ trong các sinh vật nấm, điều này sẽ làm tăng kho kiến ​​thức của chúng tôi về cả hoạt động có lợi và có hại của chúng”.