Tham khảo miễn dịch thực vật

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
KHOA NÔNG HỌC

BỘ MÔN BỆNH CÂY

MIỄN DỊCH THỰC VẬT
(3 tín chỉ)

Biên soạn
Hà Viết Cường

2011

1


Mục lục
CHƯƠNG 1. GIỚI THIỆU VỀ MIỄN DỊCH THỰC VẬT............................................... 6
1.
Định nghĩa và đối tượng nghiên cứu ....................................................................... 6
1.1. Nguồn gốc từ miễn dịch (immunity) .......................................................................... 6
1.2. Định nghĩa miễn dịch thực vật ................................................................................... 6
1.3. Đối tượng nghiên cứu ................................................................................................ 6
2.
Lịch sử miễn dịch động vật ..................................................................................... 6
2.1. Lịch sử miễn dịch thực vật ......................................................................................... 7
3.
So sánh miễn dịch ở động vật và thực vật............................................................... 8
3.1. Sự khác nhau ............................................................................................................. 8
3.2. Sự giống nhau............................................................................................................ 9
4.

Các khái niệm cơ bản về tính kháng bệnh thực vật ............................................. 11
CHƯƠNG 2. CƠ CHẾ GÂY BỆNH CỦA TÁC NHÂN GÂY BỆNH............................. 14
1.
Cấu tạo tế bào thực vật.......................................................................................... 14
1.1. Vách tế bào.............................................................................................................. 14
1.1.1.
Phiến giữa (middle lamella) ................................................................................. 14
1.1.2.
Vách sơ cấp (primary cell wall) ........................................................................... 14
1.1.3.
Vách thứ cấp (secondary cell wall) ...................................................................... 14
1.1.4.
Các chất cấu tạo nên vách tế bào .......................................................................... 15
1.2. Màng tế bào ............................................................................................................. 16
1.3. Các chất bề mặt của cây ........................................................................................... 16
2.
Đặc điểm chung của tác nhân gây bệnh cây ......................................................... 16
2.1. Nấm gây bệnh cây ................................................................................................... 16
2.2. Vi khuẩn gây bệnh cây ............................................................................................ 17
2.3. Virus thực vật .......................................................................................................... 18
3.
Cơ chế gây bệnh của tác nhân gây bệnh ............................................................... 19
4.
Quá trình xâm nhập của tác nhân gây bệnh vào trong cây và tế bào .................. 19
4.1. Xâm nhập (penetration)của nấm vào trong cây ........................................................ 19
4.1.1.
Trực tiếp qua bề mặt ký chủ nguyên vẹn (chủ động). ........................................... 19
4.1.2.
Qua lỗ mở tự nhiên (thụ động) ............................................................................. 21
4.1.3.

Qua các vết thương cơ giới, các vết nứt tự nhiên (thụ động) ................................. 21
4.2. Xâm nhập của vi khuẩn ........................................................................................... 21
4.2.1.
Xâm nhập của virus, mollicute (phytoplasma, spiroplasma) ................................. 22
4.3. Dinh dưỡng ký sinh của tác nhân gây bệnh .............................................................. 22
4.4. Các enzyme của tác nhân gây bệnh .......................................................................... 23
4.4.1.
Các enzyme phân hủy vách tế bào........................................................................ 23
4.4.2.
Enzyme phân giải vật chất trong tế bào ký chủ. .................................................... 24
4.5. Độc tố của tác nhân gây bệnh .................................................................................. 24
4.5.1.
Độc tố không chọn lọc ký chủ (NST) ................................................................... 25
4.5.2.
Các độc tố chọn lọc ký chủ (HST) ....................................................................... 27
4.6. Hocmon thực vật. .................................................................................................... 27
4.6.1.
Auxins. ................................................................................................................ 27
4.6.2.
Gibberellins ......................................................................................................... 28
4.6.3.
Cytokinin ............................................................................................................. 28
2


4.6.4.
Ethylene .............................................................................................................. 28
4.7. Khái niệm tính gây bệnh, tính độc của tác nhân gây bệnh. ....................................... 29
4.8. Phân loại tác nhân gây bệnh theo tính ký sinh. ......................................................... 29
4.9. Phân loại tác nhân gây bệnh theo phương thức sử dụng nguồn dinh dưỡng. ............. 30

CHƯƠNG 3: CÁC BIỂU HIỆN CỦA TÍNH KHÁNG .................................................... 32
1.
Giới thiệu ............................................................................................................... 32
2.
Phòng thủ thụ động ............................................................................................... 32
2.1. Phòng thủ nhờ rào cản vật lý có sẵn ......................................................................... 32
2.2. Phòng thủ nhờ các chất hóa học có sẵn .................................................................... 33
2.2.1.
Các chất ức chế được cây tiết ra bên ngoài. .......................................................... 33
2.2.2.
Các chất ức chế có sẵn trong tế bào cây. .............................................................. 33
3.
Phòng thủ chủ động ............................................................................................... 34
3.1. Phòng thủ chủ động nhờ hình thành các cấu trúc bảo vệ .......................................... 34
3.1.1.
Phản ứng phòng thủ tế bào chất ........................................................................... 34
3.1.2.
Hình thành cấu trúc phòng thủ vách tế bào ........................................................... 34
3.1.3.
Hình thành cấu trúc phòng thủ mô ....................................................................... 35
3.2. Phòng thủ chủ động sinh hóa ................................................................................... 36
3.2.1.
Phytoalexin .......................................................................................................... 36
3.2.2.
Các hợp chất phenolic .......................................................................................... 38
3.2.3.
PR protein (pathogenesis-related protein)............................................................. 38
4.
Sự chết tế bào được lập trình (Programmed Cell Death – PCD), Apostosis và
phản ứng siêu nhạy (Hypersensitive Responnd – HR) .................................................... 40

4.1. Sự chết tế bào được lập trình (PCD) ........................................................................ 40
4.2. Tự thực bào (Autophagy) ......................................................................................... 40
4.3. Apoptosis ................................................................................................................ 40
4.4. Phản ứng siêu nhạy .................................................................................................. 41
CHƯƠNG 4: THUYẾT GEN ĐỐI GEN .......................................................................... 43
1.
Giới thiệu ............................................................................................................... 43
2.
Thí nghiệm về bệnh gỉ sắt cây lanh của Flor ........................................................ 43
2.1. Vòng đời nấm gỉ sắt Melampsora lini ...................................................................... 43
2.2. Kỹ thuật phân tích lai nấm M. lini ............................................................................ 44
2.3. Đặc điểm cây ký chủ................................................................................................ 45
2.4. Các thí nghiệm của Flor ........................................................................................... 45
3.
Khái niệm gen - đối – gen. ..................................................................................... 45
3.1. Khái niệm ................................................................................................................ 46
3.2. Đặc điểm quan hệ gen-đối-gen................................................................................. 46
4.
Đặc điểm của gen không độc (gen Avr) của ký sinh ............................................. 47
5.
Gen kháng R và protein R ..................................................................................... 48
5.1. Pto ........................................................................................................................... 49
5.2. CNL (CC-NB-LRR) ................................................................................................ 49
5.3. TNL (TIR-NB-LRR) ............................................................................................... 49
5.4. Cf ............................................................................................................................ 49
5.5. Xa21........................................................................................................................ 49
6.
Tương tác giữa protein R và Avr .......................................................................... 50
6.1. Tương tác trực tiếp – mô hình Elicitor – Receptor.................................................... 50

3


6.2. Tương tác gián tiếp – mô hình bảo vệ (Guard model) .............................................. 51
7.
Đồng tiến hóa giữa gen Avr và gen R.................................................................... 52
7.1. Sự đa dang trong quần thể tác nhân gây bệnh ........................................................... 52
7.1.1.
Nấm - Sinh sản hữu tính ...................................................................................... 52
7.1.2.
Nấm – chuyển gen theo chiều ngang .................................................................... 53
7.1.3.
Nấm – Đột biến. .................................................................................................. 53
7.1.4.
Vi khuẩn – sinh sản hữu tính ................................................................................ 53
7.1.5.
Vi khuẩn – đột biến.............................................................................................. 54
7.1.6.
Virus – tái tổ hợp ................................................................................................. 54
7.1.7.
Virus – đột biến ................................................................................................... 54
7.2. Các yếu tố điều khiển sự tiến hóa của tác nhân gây bệnh ......................................... 54
7.3. Đồng tiến hóa giữa gen Avr và gen kháng R ............................................................ 55
7.3.1.
Đồng tiến hóa trong sản xuất nông nghiệp ........................................................... 55
7.3.2.
Đồng tiến hóa trong hệ sinh thái tự nhiên ............................................................. 55
CHƯƠNG 5: MIỄN DỊCH BẨM SINH ........................................................................... 58
1.
Quan hệ giữa vi sinh vật và cây............................................................................. 58

2.
Miễn dịch bẩm sinh (innate immunity) ở động vật máu nóng ............................. 58
3.
Miễn dịch bẩm sinh (innate immunity) ở thực vật ............................................... 58
3.1. Tính kháng không đặc hiệu (Non-specific resistance) .............................................. 59
3.2. Tính kháng đặc hiệu (tính kháng đặc hiệu giống cây/chủng tác nhân gây bệnh. ........ 60
4.
Các receptor nhận biết PAMP/MAMP/Avr protein ............................................ 60
5.
Nhận biết và tương tác giữa các protein R và PAMP/MAMP/Effector .............. 60
6.
Dẫn truyền tín hiệu trong miễn dịch thực vật ...................................................... 61
6.1. Đường hướng salicyclic acid (SA) ........................................................................... 61
6.2. Đường hướng dẫn truyền JA và ET.......................................................................... 62
6.3. Giao tiếp chéo (cross talk) giữa đường hướng SA và JA/ET. ................................... 63
6.4. Dòng thác ion và sự đốt cháy oxy hóa ...................................................................... 63
6.5. Đường hướng MAPK (Mitogen Activated Protein Kinases) ..................................... 64
CHƯƠNG 6. TÍNH KHÁNG TẬP NHIỄM HỆ THỐNG ............................................... 66
1.
Định nghĩa.................................................................... Error! Bookmark not defined.
1.1. Các hóa chất ngoại bào có khả năng cảm ứng SAR .................................................. 67
CHƯƠN 7. MIỄN DỊCH TV ĐỖI VỚI MỘT SÔ BỆNH ................................................ 71
1.
Bệnh đạo ôn (tham khảo giáo trình bệnh cây nông nghiệp) ................................ 71
1.1. Triệu chứng ............................................................................................................. 71
1.2. Tác nhân gây bệnh: .................................................................................................. 71
1.3. Xâm nhiễm gây bệnh. .............................................................................................. 71
1.4. R và Avr proteins .................................................................................................... 72
1.5. Đa dạng của nấm/ Bộ giống chỉ thị .......................................................................... 72
1.6. Quần thể nấm P. oryzae tại miền Bắc Việt Nam ....................................................... 73

1.7. Các giống kháng nhiễm ........................................................................................... 73
2.
Bệnh bạc lá (tham khảo giáo trình bệnh cây nông nghiệp) .................................. 73
2.1. Tác nhân gây bệnh. .................................................................................................. 73
2.2. Xâm nhiễm gây bệnh ............................................................................................... 74
2.3. R và Avr gen ........................................................................................................... 74
2.4. Đa dạng của vi khuẩn Xoo ....................................................................................... 75

4


2.5. Đa dạng của Xoo tại Việt Nam ................................................................................ 76
2.6. Các giống kháng nhiễm tại Việt nam ....................................................................... 76
3.
Bệnh xoăn lá cà chua (begomovirus) .................................................................... 76
3.1. Triệu chứng bệnh..................................................................................................... 76
3.2. Nguyên nhân gây bệnh ............................................................................................ 76
3.2.1.
Tác nhân gây bệnh là một phức hợp loài .............................................................. 76
3.2.2.
Hình thái của begomovirus gây bệnh xoăn vàng lá cà chua .................................. 77
3.2.3.
Đặc điểm bộ gien của begomovirus gây bệnh xoăn vàng lá cà chua ..................... 77
3.3. Xâm nhiễm gây bệnh ............................................................................................... 78
3.3.1.
Lan truyền của begomovirus ................................................................................ 78
3.3.2.
Tái sinh (sinh sản) của begomovirus .................................................................... 78
3.4. Tính kháng đối với begomovirus ............................................................................. 78
3.4.1.

Tính kháng của begomovirus thông qua gen kháng .............................................. 78
3.4.2.
RNA silencing và begomovirus ........................................................................... 78
3.5. Bệnh xoăn lá cà chua ở Việt Nam. ........................................................................... 79
CHƯƠNG 8. CHỌN TẠO GIỐNG KHÁNG................................................................... 80
1.
Giới thiệu ............................................................................................................... 80
2.
Đa dạng của quần thể tác nhân gây bệnh ............................................................. 80
2.1. Đa dạng của tác nhân gây bệnh ................................................................................ 80
2.2. Các kỹ thuật dùng để nghiên cứu mức độ đa dạng của tác nhân gây bệnh là: ............ 81
2.2.1.
Sử dụng giống chỉ thị (khái niệm và ví dụ: xem chương ...) .................................. 81
2.2.2.
Các phân tích phân tử .......................................................................................... 81
3.
Xác định nguồn gen kháng .................................................................................... 83
3.1. Sự đa dạng của thực vât ........................................................................................... 83
3.2. Nguồn gen kháng ..................................................................................................... 83
4.
Lựa chọn gen kháng .............................................................................................. 84
4.1. Vai trò của tính kháng ngang và kháng dọc trong tạo giống kháng ........................... 84
4.1.1.
Tính kháng dọc .................................................................................................... 84
4.1.2.
Tính kháng ngang ................................................................................................ 85
4.2. Lựa chọn gen kháng ................................................................................................ 86
5.
Sử dụng marker phân tử trong chọn tạo giống kháng. ........................................ 86
6.

Đánh giá tính kháng .............................................................................................. 87

5


CHƯƠNG 1. GIỚI THIỆU VỀ MIỄN DỊCH THỰC VẬT
1. Định nghĩa và đối tượng nghiên cứu

1.1. Nguồn gốc từ miễn dịch (immunity)
Miễn dịch (immunity) có nguồn gốc từ từ la tinh “immunitas” có nghĩa là “ngoại lệ”
chẳng hạn như “không phải phục vụ quân đội”, “không phải trả thuế và các dịch vụ công
cộng khác”. Trong văn học Roman, “immunity” có nghĩa rộng hơn như khả năng sống sót khi
bị nhiễm độc hoặc là bị bệnh truyền nhiễm.

1.2. Định nghĩa miễn dịch thực vật
Hiện nay, miễn dịch (immunity) là một thuật ngữ y học mô tả trạng thái có đủ sự phòng
thủ sinh học nhằm chống lại sự nhiễm bệnh hoặc sự tấn công của các tác nhân sinh học.
Tương tự, đối với thực vật, miễn dịch, cũng có thể được hiểu là khả năng của cây duy trì sự
không bị bệnh trước sự tấn công của các tác nhân sinh học. Cần chú ý là theo sự phân chia
truyền thống thì tác nhân gây bệnh bao gồm các vi sinh vật (ví dụ như nấm, vi khuẩn), virus,
tuyến trùng và các tác nhân do môi trường bất lợi. Tuy nhiên, hiện nay, một số ý kiến, căn cứ
vào định nghĩa bệnh cây, cho rằng côn trùng (đặc biệt là nhóm côn trùng chích hút) cũng có
thể gây ra bệnh.
Miễn dịch trong môn học miễn dịch thực vật cần phải được hiểu rộng hơn là khả năng
của cây chống lại ở mọi mức độ sự tấn công của tác nhân gây bệnh nhờ các đặc điểm cấu
trúc và di truyền. Theo nghĩa rộng này, miễn dịch thực vật có thể được hiểu là tính kháng của
cây với tác nhân gây bệnh.

1.3. Đối tượng nghiên cứu
Miễn dịch thực vật, do vậy, nghiên cứu sự tương tác giữa tác nhân gây bệnh và cây ký

chủ trong quá trình gây bệnh nhằm hiểu và ứng dụng khả năng kháng bệnh của cây.

2. Lịch sử miễn dịch động vật
Miễn dịch động vật, vẫn thường được gọi là miễn dịch học, là một ngành khoa học
quan trọng trong y học và thú y học. Nhiều khám phá lịch sử đã được phát hiện hoặc ngẫu
nhiên hoặc gắn liền với nhiều tên tuổi lớn trong khoa học sinh học.
Phương pháp chủng đậu của người Trung Quốc và Ấn Độ. Bệnh đậu mùa trên người
do Variola major virus (chi Orthpoxvirus) xuất hiện khoảng 10.000 năm trước công nguyên,
và là một trong nhưng bệnh nguy hiểm trên người, đặc biệt trên trẻ em. Từ 20 – 60 % người
nhiễm bệnh (trong đó 80% là trẻ em) có thể bị chết. Bệnh đã gây ra khoảng 300-500 triệu
người chết trong thế kỷ 20. Năm 1979, Tổ chức Y tế thế giới (WHO) đã tuyên bố xóa bỏ
được bệnh nhờ các chiến dịch tiêm chủng vacxin trong suốt 2 thế kỷ 19 và 20. Từ nhiều thế
kỷ trước, người Trung Quốc và Ấn Độ (khoảng thế kỷ 16) đã biết chữa bệnh bằng cách
nghiền vảy đậu mùa từ người bệnh, sau đó nhỏ vào mũi hoặc bôi vào vết cắt trên da người
khỏe để phòng bệnh. Vào khoảng 1720, bà Mary Montagu, vợ một đại sứ người Anh tại Thổ
Nhĩ Kỳ đã giới thiệu phương pháp chủng đậu của người Thổ (tương tự như của người Ấn và
người Trung Quốc) vào Tây Âu.
Phương pháp tạo miễn dịch chéo. Cuối thế kỷ 18, Edward Jenner, một dược sĩ người
Anh, đã nghe được thông tin rằng có một cô gái không bị bệnh đậu mùa vì cô đã bị bệnh đậu
bò (do Cowpox virus, một virus cùng chi Orthpoxvirus với virus đậu mùa), một bệnh trên gia
6


súc và cả người nhưng triệu chứng nhẹ hơn nhiều. Thông tin này đã gợi ý Jenner thực hiện thí
nghiệm chủng đậu người khỏe bằng cách sử dụng vết bệnh lấy trên da của người bị bệnh đậu
bò nhằm chống lại bệnh đậu mùa. Phương pháp của Jenner, sau đó được sử dụng rộng rãi ở
Anh. Vào năm1838, chính phủ Anh thông qua luật chủng đậu miễn phí cho người dân, và 20
năm sau (1858), chủng đậu là bắt buộc tại Anh.
Phương pháp tạo miễn dịch dùng tác nhân gây bệnh nhược độc. Phương pháp này
gắn liền với tên tuổi của Louis Pasteur, một nhà hóa học và vi sinh vật học người Pháp. Ông

đã khám phá ra kỹ thuật tiêm chủng này nhờ các nghiên cứu về bệnh tả gà (Pasteurella
multocida), bệnh than (Bacillus anthracis) và bệnh dại (Rabies virus).

2.1. Lịch sử miễn dịch thực vật
1894, Ericksson đã phát hiện thấy nấm gỉ sắt cây cốc (Puccinia graminis) gồm các
chủng sinh lý không thể phân biệt được về hình thái nhưng khác nhau về tính gây bệnh trên
cây ký chủ (ví dụ một số chủng nấm gây bệnh trên lúa mỳ nhưng không gây bệnh trên đại
mạch và tiểu mach). Hiện nay, các chủng sinh lý này đã được xác định là:
-

Puccinia graminis f.sp. tritici gây hại lúa mỳ (wheat)

-

P. graminis f.sp. avenae gây hại đại mạch (oat)

-

P. graminis f.sp. secalis gây hại tiểu mach (barley)

1902, Ward và 1915, Stakman. Khi nghiên cứu bệnh gỉ sắt lúa mỳ, các tác giả này đã
ghi nhận phản ứng chết hoại rất nhanh trên mô lúa mỳ do nấm và gọi phản ứng này là “phản
ứng siêu nhạy, hypersensitive respond”.
1964, Klement và đồng nghiệp ghi nhận rằng phản ứng siêu nhạy cũng xảy ra đối với
cây bị vi khuẩn tấn công. Cần chú ý là vào năm 1972, phản ứng siêu nhạy cũng được phát
hiện trên động vật và được gọi là phản ứng apoptosis. Apotosis hiện đang là lĩnh vực nghiên
cứu rất hấp dẫn trong sinh học (y học, thú y học và bệnh cây, xem chương...)
1905, Biffen cho biết tính kháng bệnh gỉ sắt của 2 giống lúa mỳ (Michigan Bronze (S)
và Rivet (R)) di truyền được theo luật Mendel.
1909, Orton, khi nghiên cứu bệnh héo Fusarium (Fusarium oxysporum) trên bông, dưa

hấu và đậu đã phân biệt các khái niệm kháng bệnh (resistance), thoát bệnh (escape), chịu
bệnh (tolerance).
1914, Stakman và đồng nghiệp đưa ra khái niệm rằng các chủng khác nhau của cùng
một loài tác nhân gây bệnh không thể phân biệt được về hình thái nhưng có thể phân biệt
được trên cở sở tính gây bệnh khác nhau trên các giống khác nhau của cùng một loài cây ký
chủ. Điều này giải thích tại sao (i) một giống cây kháng bệnh tại vùng này nhưng có thể
nhiễm bệnh ở vùng khác, (ii) tính kháng bệnh thay đổi từ năm này sang năm khác và (iii) tại
sao các giống kháng bỗng trở lên nhiễm bệnh bất thình lình. Tất cả đều do sự có mặt hay sự
thay đổi thành phần chủng sinh lý của tác nhân gây bệnh.
1940-1965. Flor, một nhà bệnh cây Mỹ, khi nghiên cứu bệnh gỉ sắt cây lanh đã phát
hiện thấy rằng: đối với mỗi gen qui định tính kháng trong cây ký chủ thì có một gen
tương ứng qui định tính gây bệnh trong ký sinh “For each gene that conditions resistance
in the host there is a corresponding gene that conditions pathogenicity in the parasite”. Ông
đặt tên mối quan hệ này là quan hệ gen-đối-gen (gene-for-gene) và thuyết do ông khám phá
được gọi là thuyết gen-đối-gen.. Ông được xem là một trong những nhà khoa học có công
lao nhất và thuyết gen-đối-gen là một trong những thuyết quan trọng nhất trong lĩnh vực tính

7


kháng bệnh cũng như bệnh học thực vật. Ngày nay, nhiều khía cạnh trong thuyêt gen-đối-gen
đã được chứng minh và bổ sung ở mức phân tử.

Hình Nếu không có tương tác đặc hiêu giữa tác nhân gây bệnh (hàng trên ) và cây ký
chủ (hàng dưới) có thể dẫn tới cây bị bệnh
1963, Vanderplank cho biết có hai loại tính kháng: (1) tính kháng dọc (vertical
resistance) được điều khiển bởi một vài gen kháng chủ (“major” resistance gene), có tính
kháng cao nhưng chỉ chống một hay một vài chủng tác nhân gây bệnh; và (2) tính kháng
ngang (horizontal resistance) do nhiều gen kháng thứ (“minor” resistance gene) có tính kháng
yếu nhưng chống được tất cả các chủng tác nhân gây bệnh. Vanderplank cũng được xem là

nhà khoa học có đóng góp lớn trong bệnh cây học.

3. So sánh miễn dịch ở động vật và thực vật
Trong những năm gần đây, các nhà nghiên cứu thường so sánh tính kháng của thực vật
với tính miễn dịch của động vật và đã áp dụng nhiều khái niệm của miễn dịch động vật vào
nghiên cứu tính kháng thực vật. Cơ chế miễn dịch động vật với tính kháng thực vật chia sẻ
nhiều điểm khác nhau nhưng cũng có nhiều điểm giống nhau.

3.1. Sự khác nhau
Sự khác nhau dễ thấy nhất là động vật máu nóng có hệ miễn dịch còn thực vật
không có. Hệ miễn dịch của động vật máu nóng bao gồm các cơ quan có thẩm quyền miễn
dịch và các tế bào có thẩm quyền miễn dịch. Các cơ quan có thẩm quyền miễn dịch (tuyến
ức, lách, tủy...) là nơi sản sinh, duy trì, biệt hoá và điều khiển sự hoạt động của các tế bào có
thẩm quyền miễn dịch. Các tế bào có thẩm quyền miễn dịch (chủ yếu gồm 2 loại là lympho
bào B và lympho bào T) tham gia vào quá trình đáp ứng miễn dịch của cơ thể nhằm chống lại
các tác nhân lạ xâm nhập. Có 2 kiểu đáp ứng miễn dịch:
Kiểu đáp ứng miễn dịch dịch thể: Khi kháng nguyên xâm nhập vào cơ thể, bị đại thực
bào vây bắt, xử lý và trình diện cho lympho bào T. Lympho bào T trở thành trợ bào T. Trợ
bào T hoạt hóa lympho bào B thành tế bào plasma để sản xuất ra kháng thể dịch thể. Các
kháng thể dịch thể chính là các globulin miễn dịch (Immuno globulin = Ig) bao gồm 5 lớp là
IgG, IgM, IgA, IgD và IgE. Kháng thể dịch thể tồn tại trong dịch cơ thể (huyết tương) và sẽ
kết hợp đặc hiệu với kháng nguyên. Ở một số ít trường hợp, kháng nguyên có thể kích thích
trực tiếp lympho bào B thành tế bào plasma.

8


Kiểu đáp ứng miễn dịch tế bào: Khi kháng nguyên xâm nhập vào cơ thể, bị đại thực bào
vây bắt, xử lý và trình diện cho lympho bào T. Lympho bào T được biệt hoá thành lympho
bào T mẫn cảm kháng nguyên và chính bản thân chúng là kháng thể tế bào. Kháng thể cũng

kết hợp đặc hiệu với kháng nguyên.

3.2. Sự giống nhau
Ở mức độ phân tử và tế bào, phản ứng phòng thủ của thực vật và động vật chia sẻ
nhiều đặc điểm chung mà quan trọng nhất là quá trình nhận biết và khởi động phản ứng
kháng hay miễn dịch.
Để có thể kích hoạt các phản ứng kháng hay miễn dịch, tế bào động vật cũng như thực
vật phải có khả năng nhận biết được các tác nhân vi sinh vật ngoại lai. Các tác nhân vi sinh
vật hình thành các phân tử chứa các vùng bào thủ (gọi là các mô hình phân tử) có nguồn gốc
vi sinh vật (gây bệnh hay không gây bệnh). Các phân tử này có ký hiệu là MAMP/PAMP
(Microbe/Pathogen-Associated Molecular Pattern). Một số ví dụ về các MAMP/PAMP của vi
sinh vật là lipopolysacharide (LPS) của vi khuẩn Gram (-), peptidoglycan của vi khuẩn Gram
(+), flagellin của lông roi vi khuẩn; glucan, chitin của vách tế bào nấm. Một trong những đặc
điểm quan trọng là các MAMP/PAMP khá bảo thủ; điều này dẫn tới các receptor nhận biết
các phân tử này (PRR, viết tắt từ Pattern Recognition Receptor) tức là nhận biết
PAMP/MAMP khá giống nhau ở động vật và thực vật. Các PRR của động vật là các protein
như Toll receptor của ruồi dấm, Toll-like receptor (TLR) của các động vật khác (kể cả
Interleukin receptor của động vật máu nóng). Các PRR của thực vật là nhiều loại protein
kháng (gọi là các protein R = Resistance protein).
Các PRR này có đặc điểm cấu trúc giống nhau, chẳng hạn có vùng lặp giàu leucine ở
đầu carboxyl (gọi là vùng LRR, viết tắt từ Leucine Rich Repeats) – là nơi nhận biết
MAMP/PAMP; vùng TIR (viết tắt từ Toll – Interleukin 1 Receptor) ở đầu amin.
9


Các PRR này có đặc điểm chức năng giống nhau là nhận biết MAMP/PAMP và khởi
động phản ứng miễn dịch/kháng kháng bẩm sinh.

Hình So sánh giữa phản ứng phòng thủ ở mức tế bào của động vật và thực vật
(Nurnberger et al., 2004)

10


4. Các khái niệm cơ bản về tính kháng bệnh thực vật
Tính kháng (resistance). Là khả năng loại bỏ hoặc khắc phục hoàn toàn, hoặc ở mức
độ nào đó, ảnh hưởng của tác nhân gây bệnh hoặc các yếu tố gây hại.
Miễn dịch (Immunity). Nghĩa hẹp là dạng cực kháng, có nghĩa tác nhân gây bệnh
không thể gây bệnh cho cây (chú ý phân biệt với nghĩa rộng của miễn dịch thực vật)
Bệnh là ngoại lệ chứ không phải qui luật. Cây thường không bị bệnh mặc dù trong
suốt đời sống của mình cây có thể tiếp xúc với rất nhiều tác nhân gây bệnh. Mỗi loài cây
trung bình bị tấn công bởi khoảng 100 loại tác nhân gây bệnh khác nhau; và mỗi một cá thể
cây có thể bị hàng trăm tới hàng trăm ngàn cá thể của 1 loại tác nhân gây bệnh. Mặc dù có thể
chịu thiệt hại nhưng cây vẫn tồn tại, và nhìn chung sinh trưởng và phát triển tốt.
Nếu tác nhân gây bệnh có thể tiếp xúc nhưng hoàn toàn không gây bệnh cho cây thì cây
được gọi là cây phi ký chủ (non-host) của tác nhân gây bệnh và tính kháng của cây trong
trường hợp này được gọi là tính kháng phi kí chủ (non-host resistance) hay còn được gọi là
tính kháng cơ bản (basic resistance). Tương tác giữa tác nhân gây bệnh và cây, trong trường
hợp này được gọi là tương tác không tương hợp (incompatible intereaction). Cây phi kí chủ
của một tác nhân gây bệnh đôi khi được gọi là miễn dịch đối với tác nhân gây bệnh đó.
Ví dụ mối quan hệ giữa nấm đạo ôn lúa với cây cà chua.
Nếu tác nhân gây bệnh tiếp xúc và có thể gây bệnh ở một mức độ nào đó đối với cây thì
cây, trong trường hợp này, được gọi là cây ký chủ (host) và tính kháng của cây được goi là
tính kháng ký chủ (host resistance). Tính kháng ký chủ được chia thành 2 loại: tính kháng
đặc hiệu chủng (race-specific resistance) và tính kháng không đặc hiệu chủng (race-nonespecific resistance).
Tính kháng không đặc hiệu chủng (Race-non-specific resistance): Tính kháng yếu
nhưng kháng được đối với tất cả kiểu gen của 1 tác nhân gây bênh. Tính kháng không đặc
hiệu chủng còn được gọi là tính kháng ngang (horizontal resistance).
Tính kháng đặc hiệu chủng (Race-specific resistance): Tính kháng cao nhưng chỉ
kháng được một số kiểu gen (chủng, nòi) của tác nhân gây bệnh. Tính kháng đặc hiệu chủng

còn được gọi là tính kháng dọc (vertical resistance).
Tính kháng bẩm sinh (Innate resistance): Tính kháng do tiềm năng di truyền qui định.
Tính kháng tạo được (Acquired resistance=induced resistance). Tính kháng hình thành
hoặc cục bộ hoặc hệ thống trên cây ký chủ mẫn cảm khi bị kích thích bởi tác nhân gây bệnh
hoặc yếu tố vô sinh.
Tính kháng cả đời (hay còn gọi là tính kháng cây con) (Seedling or overall resistance):
Tính kháng biểu hiện ở tất cả các giai đoạn của cây. Việc chọn tính kháng thường làm ở giai
đoạn cây con. Tính kháng này thường được điều khiển bởi các các gen chủ đặc hiệu chủng.
Tính kháng mô trưởng thành (Mature tissue resistance): Ở một số loài cây, chỉ có mô
non mẫn cảm với bệnh còn các mô già hoàn toàn kháng.
Tính kháng cây trưởng thành (Adult plant resistance): Tính kháng chỉ biểu hiện khi
cây trưởng thành, thường do các gen chủ đặc hiệu chủng điều khiển.
Tính kháng gen chủ (Major gene resistance): Tính kháng được qui định bởi một hoặc
vài gen có ảnh hưởng lớn đến sự biểu hiện tính kháng. Mức độ lớn này đủ để tạo ra các tính
trạng kháng riêng rẽ không liên tục.

11


Tính kháng gen thứ (Minor gene resistance): Tính kháng được qui định bởi các gen có
ảnh hưởng nhỏ đến biểu hiện tính kháng. Mức độ nhỏ này tạo ra tính trạng kháng liên tục.
Tính kháng đơn gen (Monogenic resistance): tính kháng được điều khiển bởi chỉ 1
gen, thường là gen chủ.
Tính kháng đa gen (polygenic resistance): tính kháng được điều khiển bởi nhiều gen,
thường là các gen thứ.
Tính kháng chất lượng (quanlitative resistance): Kiểu gen cây ký chủ không có sự
biến động liên tuc trong tính kháng. Kiểu gen kháng và mẫn cảm có thể phân biệt dễ dàng.
Tính kháng số lượng (Quatitative resistance-QR): Kiểu gen của cây ký chủ có sự biến
động liên tuc trong biểu hiện tính kháng từ kháng rất nhẹ tới khá kháng. Hầu hết các giống
cây đều có tính kháng số lượng.

Tính kháng đồng ruộng (Field resistance): Tính kháng biểu hiện tốt nhất trên đồng
ruộng, thường là tính kháng số lượng.
Tính kháng bền vững (Durable resistance): Tính kháng duy trì trong thời gian lâu dưới
tác động của tác nhân gây bệnh.
Tính kháng ổn định (Stable resistance): Đôi khi dùng sai theo nghĩa tính kháng bền
vững. Nghĩa đúng là tính kháng được biểu hiện ở nhiều điều kiện sinh trưởng khác nhau. Ví
dụ nhiều gen kháng bệnh gỉ sắt của cây ngũ cốc mẫn cảm với nhiệt độ nên có thể được xem
là có tính kháng không ổn định.
Tính kháng biểu kiến (apparent resistance). Trong một số điều kiện nào đó, mặc dù tác
nhân gây bệnh và ký chủ là tương hợp với nhau (thậm chí ký chủ rất mẫn cảm) nhưng cây có
thể không bị nhiễm bệnh hoặc nhiễm bệnh nhưng không biểu hiện triệu chứng hoặc triệu
chứng không đáng kể. Trường hợp này được gọi là tính kháng biểu kiến. Tính kháng biểu
kiến gồm 2 loại: sự thoát bệnh và chịu bệnh.
-

Sự thoát bệnh (Disease escape). Một cây (giống cây) ký chủ mẫn cảm có thể thoát bệnh
nếu 3 thành phần cần thiết cho sự hình thành và phát triển bệnh (ký chủ mẫn cảm, tác
nhân gây bệnh độc và môi trường thuận lợi) không trùng khớp và tương tác với nhau tại
thời điểm thích hợp hoặc với thời lượng đủ.

-

Tính chịu bệnh (Tolerance). Tính chịu bệnh là khả năng của cây bị nhiễm bệnh nhưng
không bị ảnh hưởng nhiều đến sinh trưởng và sinh sản. Cần chú ý là, mặc dù có ý kiến
cho rằng chịu bệnh là một dạng của kháng bệnh, thì sự khác nhau căn bản ở đây là đối với
tính chịu bệnh, cây không biểu hiện bất cứ phản ứng kháng bệnh nào.

Phản ứng siêu nhạy: là phản ứng của cây đối với sự nhiễm bệnh trong đó các tế bào bị
xâm nhiễm và các tế bào lân cận chết nhanh chóng tạo ra vết chết hoại. Vết chết hoại này sẽ
ngăn không cho tác nhân gây bệnh phát triển tiếp.

12


Hình So sánh tính kháng ngang và tính kháng dọc
Tài liệu tham khảo đọc thêm
1. Nurnberger et al. 2004. Innate immunity in plants and animals: striking
similarities and obvious differences. Immunological Reviews. Vol. 198: 249–
266. Nhằm tìm hiểu sự giống nhau và khác nhau của MDĐV và MDTV.
2. Marie-Pierre et al. 2007. Resistance to pathogens and host developmental stage:
a multifaceted relationship within the plant kingdom. New Phytologist. 175:
405–416. Nhằm hiểu tính kháng giai đoạn.
3. Vale et al. 2001. Concepts in plant disease resistance. Fitopatologia Brasileira.
26:577- 589. Nhằm hiểu các khái niệm tính kháng bệnh.
4. Đọc thêm: />
13


CHƯƠNG 2. CƠ CHẾ GÂY BỆNH CỦA TÁC NHÂN GÂY
BỆNH
1. Cấu tạo tế bào thực vật
Tế bào thực vật bao gồm 3 phần: vách tế bào (cell wall), màng tế bào (cell membrane)
và tế bào chất (cytoplasm). Các tế bào liên hệ với nhau qua sợi liên bào. Hai phần được trình
bày kỹ hơn ở đây là vách tế bào và màng tế bào.

Hình Cấu tạo vách tế bào thực vật

1.1. Vách tế bào.
Một trong những chức năng sinh học quan trọng của vách tế bào thực vật là bảo vệ tế
bào khỏi sự tấn công của các tác nhân gây hại. Vách tế bào thực vật gồm 3 lớp, tính từ ngoài

vào trong là: phiến giữa, vách sơ cấp và vách thứ cấp. Đặc điểm quan trọng của vách tế bào
thực vật là được cấu tạo chủ yếu từ các loại polysaccharid khác nhau như pectin, cellulose,
hemicelulose. Ngoài ra, vách tế bào cũng chứa một số các chất khác như glycoprotein,
lignin. Lignin lấp đầy khoảng không trong vách tế bào giữa các phân tử cellulose,
hemicellulose và pectin. Lignin liên kết đồng hóa trị với hemicelulose và do đó tạo mối liên
kết chéo giữa các phân tử polysaccharid và tạo sự vững chắc cơ học của vách tế bào.
1.1.1. Phiến giữa (middle lamella)
Là lớp phía bên ngoài nhất, có chức năng gắn kết các tế bào với nhau và hình thành lỗ
liên bào. Phiến giữa được cấu tạo chủ yếu bằng pectin.
1.1.2. Vách sơ cấp (primary cell wall)
Phía dưới phiến giữa là vách sơ cấp. Vách sơ cấp hình thành cùng với sự phân chia tế
bào. Vách sơ cấp gồm một mạng lưới các vi sợi cấu tạo từ cellulose. Hệ sợi này được bao bọc
bởi các chất giống như gel gồm các hợp chất pectic, hemicellulose, và glycoproteins
1.1.3. Vách thứ cấp (secondary cell wall)
Vách thứ cấp hình thành sau khi tế bào đã phát triển đầy đủ. Vách thứ cấp rất rắn chắc,
thường phân lớp và được cấu tạo từ cellulose, hemicellulose và lignin

14


1.1.4. Các chất cấu tạo nên vách tế bào
Pectin. Pectin là chuỗi polymer mạch thẳng của galacturonic acid (polygalacturonic
acid), trong đó có chứa một số ít các phân tử đường rhamnose, galactose và xylanose. Pectin
là thành phần chủ yếu của phiến giữa vách tế bào nhưng cũng thấy ở vách sơ cấp.

Hình Cấu tạo của pectic acid (α 1,4 –galacturonic acid)
Cellulose. Cellulose là chuỗi polymer của đường glucose.

Hình Cấu tạo cellulose
Hemicellulose Hemicellulose là polymer mạch ngắn, phân nhánh. Xyloglucan (chứa

đường xylose) là loại hemicellulose phổ biến nhất gồm chuỗi chính là glucose với các chuỗi
bên là xylose và một số ít đường galactose, arabinose và fucose. Hemicellulose hình thành
các liên kết hydro để liên kết các sợi cellulose với nhau.

Hình Cấu tạo hemicellulose
Lignin. Lignin là polimer có cấu trúc 3 hướng với đơn vị cấu trúc cơ bản nhất là
phenylpropanoid với 1 hoặc nhiều phân tử carbon có 1 nhóm –OH, -OCH3 hoặc =O.. Lignin
rất bền khó bị phân giải bởi vi sinh vật.

Hình Cấu tạo lignin

15


1.2. Màng tế bào
Phía trong vách tế bào là màng tế bào. Màng tế bào có tính thấm chọn lọc và có 2 chức
năng chính: (i) là rào cản giữ các chất cần thiết bên trong tế bào và ngăn các chất không cần
thiết bên ngoài tế bào, và (ii) là kênh vận chuyển các chất cần thiết vào trong tế bào và thải
các chất không cần thiết ra khỏi tế bào.
Màng tế bào (còn được gọi là màng plasma, màng kép phospholipids) là một lớp màng
kép được cấu tạo bởi các phân tử phospholipid. Phân tử phospholipid gồm 2 phần: phần đầu
phosphate phân cực, ưa nước và phần đuôi lipid không phân cực, ghét nước. Các phân tử
phospholipids của lớp màng kép xắp xếp sao cho đầu ưa nước hướng ra ngoài (về 2 phía của
màng) và đầu ghét nước hướng vào trong.
Gắn vào màng là nhiều loại protein chức năng. Các protein nằm vắt ngang màng được
gọi là các protein xuyên màng (transmembrane proteins); các protein gắn phía ngoài màng
hướng ra môi trường được gọi là các protein bề mặt; còn các protein gắn trên màng về phía
trong tế bào được gọi là các protein ngoại vi (peripheral proteins). Nhiều protein trên màng
liên kết với các phân tử carbonhydrate và được gọi là glycoprotein. Các protein trên màng có
nhiều chức năng sinh học. Một số tham gia quá trình vận chuyển các chất vào và ra tế bào;

một số là các phân tử receptor liên kết với các phân tử cung cấp thông tin và sau đó truyền tín
hiệu tương ứng vào bên trong tế bào.

Hình Cấu tạo màng tế bào

1.3. Các chất bề mặt của cây
Lớp tế bào biểu bì của lá cây còn được bao phủ bởi một tầng cutin (là một polyester
của acid béo) và trên cùng là một lớp sáp.
Ngoài ra, ở lớp biểu bì của mô vỏ và các bộ phận dưới mặt đất như rễ, củ còn có
suberin.

2. Đặc điểm chung của tác nhân gây bệnh cây

2.1. Nấm gây bệnh cây
 Trên 80% số bệnh hại cây trồng là do nấm gây ra. Nấm thực ra gồm 2 nhóm nấm thật
(fungi) và các vi sinh vật giống nấm (ví dụ các loại sương mai). Tuy nhiên do đặc điểm
cấu tạo và tính chất gây bệnh nên đều được gọi chung là nấm.

16


 Phần lớn nấm có cơ quan sinh trưởng là sợi nấm có cấu tạo dạng sợi, hợp thành một tản
nấm
 Sợi nấm đa bào hoặc đơn bào, phân nhánh.
 Không có diệp lục, dị dưỡng
 Sinh sản tạo ra bào tử ; quá trình xâm nhiễm của nấm thường bắt đầu từ bào tử
 Tế bào sợi nấm có vách tế bào, nhân; tế bào chất có không bào và các bào quan.
 Cấu tạo vách tế bào của nấm và các visinh vật giống nấm gồm :


Nấm thật : vách tế bào gồm 1 lớp chitin (là các chuỗi N-acetyl-D-glucosamine
không phân nhánh), 1 lớp β-1,3-glucan và 1 lớp mannoproteins (glycoprotein chứa
đường mannose)



VSV giống nấm (vd các nấm sương mai): vách tế bào không có chitin nhưng được
cấu tạo bởi cellulose và glucan.

Hình Sơ lược phân loại nấm gây bệnh cây

2.2. Vi khuẩn gây bệnh cây
 Hiện có khoảng 1600 loài vi khuẩn, phần lớn hoại sinh (có lợi).
 Khoảng 100 loài gây bệnh thực vật
 Hình thái : Phần lớn hình gậy, 2 đầu tù
 Kích thước : 1 - 3 x 0.3 - 0.5 µm
 Là vi sinh vật tiền nhân (không có nhân thật), đơn bào.
 Cấu tạo: Tế bào vi khuẩn cũng gồm 3 phần là vách tế bào, màng tế bào và tế bào chất.
Vách tế bào :
o Làm tế bào có hình dạng cố định
o Cấu tạo khác nhau giữa vi khuẩn gram (-) và gram (+) : Gram (-) chủ yếu chứa
lipopolysaccharid còn Gram (+) chủ yếu chứa peptidoglican.
o Bên ngoài vách có lớp nhày
Màng tế bào
o Cấu tạo bằng lipoprotein

17


o Có tính bán thấm

o Chứa nhiều enzim cần cho hoạt động sống của tế bào
Tế bào chất
o Thiếu lục lạp và ti thể
o Thể nhân là nhiễm sắc thể (DNA dạng vòng), kích thước lớn
o Plasmid (DNA sợi đơn, dạng vòng, kích thước nhỏ và tái sinh độc lập với
nhiễm sắc thể)
Lông roi
o Phần lớn có lông roi, giúp vi khuẩn di động
o Có thể 1 lông roi (Xanthomonas), 1 chùm lông roi (Pseudomonas) ở đầu hoặc
lông roi bao quanh tế bào (Erwinia).

Hình Cấu tạo và sinh sản của vi khuẩn

2.3. Virus thực vật
 Hiện có khoảng hơn 2000 loài virus.
 Khoảng 1000 loài gây bệnh thực vật
 Cá thể virus được gọi là phân tử virus (virion).
 Phân tử virus có kích thước rất nhỏ (vài chục tới vài trăm nm) nên chỉ có thể quan sát được
bằng kính hiển vi điện tử (độ phóng đại tối thiểu 100.000 x).
 Hình thái : Hình sợi mềm, hình gậy, hình chùy, hình nhộng và hình cầu đa diện
 Tác nhân gây bệnh đặc biệt không có cấu tạo tế bào.
 Thường chỉ gồm hai thành phần chính là acid nucleic và protein.
 Axit nucleic của đa số virut thực vật là ARN, một số ít là ADN.
 Acid nucleic nằm ở bên trong được bao bọc bằng một lớp vỏ ngoài protein.
 Sinh sản : Sau khi xâm nhập tế bào ký chủ, sự tái sinh virus trải qua 4 giai đoạn:
o Tháo vỏ để giải phóng bộ gien virus
o Tổng hợp protein virus
o Tổng hợp bộ gien mới của virus

18

o Lắp ráp phân tử virus mới
Virus chỉ mã hóa một số ít gien nên sự sinh sản của virus trong tế bào cây phụ thuộc
hoàn toàn vào bộ máy tổng hợp axit nucleic và protein của ký chủ mặc dù các protein của
virus cũng có tham gia vào quá trình này. Ví dụ: Papaya ringspot virus (gây bệnh đốm hình
nhẫn đu đủ) có 9 gien, Tobacco mosaic virus (TMV) chỉ có 4 gien..

Hình Cấu tạo virus TMV
Tham khảo : giáo trình bệnh cây nông nghiệp (2001) hoặc giáo trình bệnh cây đại
cương (2007).

3. Cơ chế gây bệnh của tác nhân gây bệnh
Để có thể gây bệnh cho cây, tác nhân gây bệnh nhìn chung cần phải:
 Tiếp xúc khả nhiễm trên bề mặt kí chủ.
 Xâm nhập vào trong cây hoặc tế bào
 Thực hiện quá trình dinh dưỡng ký sinh để sinh trưởng và sinh sản.
Trong quá trình tiếp xúc khả nhiễm trên bề mặt lá, thân, rễ (trước khi xâm nhập) và cả
trong quá trình dinh dưỡng bên trong mô và tế bào sau khi xâm nhập thì giữa tác nhân gây
bệnh và ký chủ hình thành nhiều tương tác hóa học để một mặt tác nhân gây bệnh khắc phục
tính kháng của cây và mặt khác cây hình thành tính kháng.
Do cấu tạo của thực vật, nhìn chung, tác nhân gây bệnh sử dụng 2 kho vũ khí để xâm
nhập và thực hiện quá trình dinh dưỡng là vật lý và hóa học.

4. Quá trình xâm nhập của tác nhân gây bệnh vào trong cây và tế bào

4.1. Xâm nhập (penetration)của nấm vào trong cây
Nấm có thể xâm nhập vào trong cây bằng sợi nấm hoặc bào tử. Phần lớn nấm xâm nhập
bằng bào tử. Trước khi xâm nhập, bào tử phải tiếp xúc với bề mặt ký chủ. Gặp điều kiện
thuận lợi (ẩm độ, nhiệt độ), bào tử nấm nảy mầm thành ống mầm. Tùy thuộc loại nấm, nấm

có thể xâm nhập vào bên trong cây trực tiếp hoặc gián tiếp.
4.1.1. Trực tiếp qua bề mặt ký chủ nguyên vẹn (chủ động).
Nhiều loại nấm có thể xâm nhập trực tiếp qua bề mặt nguyên vẹn (lá, rễ…) của cây ký
chủ vào trong cây nhờ lực cơ học và enzyme.
19




Bào tử một số loại nấm, ví dụ bào tử động nấm Phytophthora (gây bệnh thối gốc rễ)
Plasmodiophora brassicae (gây bệnh sưng rễ bắp cải) nảy mầm thành ống mầm xâm
nhập trực tiếp qua bề mặt rễ. Bào tử một số loại nấm, ví dụ bào tử phân sinh nấm
Alternaria (gây bệnh đốm vòng), nảy mầm thành ống mầm xâm nhập trực tiếp qua tầng
cutin của lá. Trong quá trình xâm nhập trực tiếp, nấm luôn tiết ra các enzyme để làm mềm
bề mặt tạo điều kiện cho sự xâm nhập.

Hình Bào tử động nấm Phytophthora sojae xâm nhập trực tiếp bằng ống mầm


Đối với một số loại nấm, ví dụ nấm Pyricularia oryzae (gây bệnh đạo ôn lúa),
Colletotrichum (gây bệnh thán thư), Oidium (gây bệnh phấn trắng), bào tử nảy mầm
thành ống mầm. Đầu ống mầm hình thành một cấu trúc đặc biệt gọi là giác bám hay còn
gọi là vòi áp/vòi bám/đĩa áp (appressorium). Giác bám hình thành đế xâm nhập hay còn
gọi là vòi xâm nhập/móc xâm nhập (penetration peg) đâm xuyên qua mặt ký chủ gồm
tầng cutin và vách tế bào. Giác bám tích lũy nhiều carbonhydrate, chủ yếu là glycerol và
do áp lực thẩm tích cao sẽ hút nước từ bên ngoài vào trong giác bám và tạo ra một áp suất
trương rất lớn (giác bám của nấm phấn trắng có thể tạo áp suất trương 20-40 at, của nấm
đạo ôn lúa Pyricularia oryzae là khoảng 80 at; để so sánh: áp suất trong lốp xe hơi
khoảng 2-3 at). Áp suất trương cao sẽ cho phép nấm xâm nhập qua bề mặt ký chủ bằng đế
xâm nhập dễ dàng. Mặc dù sự xâm nhập bằng giác bám và đế xâm nhập là do lực cơ học

nhưng nấm cũng tiết ra các enzym để hỗ trợ sự xâm nhập như các cellulose và pectinase.
Trong nhiều trường hợp, ví dụ như ở nấm đạo ôn, sự xâm nhập chỉ có thể xảy ra nếu vách
giác bám tích lũy melanin (sắc tố đen). Sự tích lũy melanin làm vách giác bám rắn cứng.

Hình Xâm nhập trực tiếp của bào tử nấm qua bề mặt nguyên vẹn bằng tạo đĩa áp

20


4.1.2. Qua lỗ mở tự nhiên (thụ động)
Một số loại nấm sẽ xâm nhập vào cây qua lỗ mở tự nhiên như khí khổng, thủy khổng,
bì khổng. Ví dụ, bào tử nấm Cercospora (gây bệnh đốm mắt cua), bào tử nấm gỉ sắt nảy mầm
thành ống mầm xâm nhập qua khí khổng.
4.1.3. Qua các vết thương cơ giới, các vết nứt tự nhiên (thụ động)
Một số nấm có thể xâm nhập qua các vết tổn thương cơ giới hoặc các vết nứt tự nhiên.
Ví dụ, bào tử nấm Fusarium oxysporum nảy mầm thành ống mầm xâm nhập qua vết nứt hình
thành khi rễ bên nhú ra từ rễ chính.
Cần chú ý là đối với nhiều loài nấm, chúng có thể vừa xâm nhập chủ động, vừa xâm
nhập chủ động.

Hình Các hình thức xâm nhập và gây bênh của nấm (Agrios, 2005)

4.2. Xâm nhập của vi khuẩn
Mặc dù vi khuẩn có thể di động nhờ lông roi trong màng nước nhưng do không có khả
năng tự xuyên thủng bề mặt nguyên vẹn của ký chủ nên phần lớn vi khuẩn xâm nhập vào cây
hoàn toàn thụ động qua lỗ mở tự nhiên như khí khổng, thuỷ khổng, và qua vết thương cơ giới
trên lá, rễ. Trên lá, điều kiện có màng nước là cần thiết để vi khuẩn di chuyển tới lỗ mở.
Một số vi khuẩn lan truyền nhờ vector sẽ xâm nhập vào cây nhờ vector như vi khuẩn
Erwinia tracheiphila (gây bệnh héo bầu bí) xâm nhập nhờ bọ cánh cứng (Acalymma vittata).

21


Một số loại vi khuẩn biệt dưỡng cũng xâm nhập vào cây nhờ vector như Candidatus
liberobacter asiaticus (bệnh greening cây có múi) xâm nhập nhờ rầy chổng cánh (Diaphorina
citri).

Hinh Phương thức xâm nhập của vi khuẩn (Agrios, 2005)
4.2.1. Xâm nhập của virus, mollicute (phytoplasma, spiroplasma)
Mặc dù nhiều loài virus có thể xâm nhập vào cây nhờ tổn thương cơ giới thì ngoài tự
nhiên, hầu hết virus xâm nhập vào cây nhờ vector.
Tất cả mollicus xâm nhập vào cây nhờ vector côn trùng chẳng hạn Phytoplasma gây
bệnh trắng lá mía.

Hình Xâm nhập của virus qua tổn thương cơ học và qua côn trùng

4.3. Dinh dưỡng ký sinh của tác nhân gây bệnh
Sau khi đã hoàn thành quá trình xâm nhập qua bề mặt ký chủ, tác nhân gây bệnh thực
hiện quá trình dinh dưỡng ký sinh. Tùy thuộc nhóm mà tác nhân gây bệnh có các hình thức
dinh dưỡng khác nhau.
Đối với nấm. Để hấp thụ dinh dưỡng, nhiều loài, chủ yếu thuộc nhóm sinh dưỡng bắt
buộc (obligate biotroph) chẳng hạn các nấm sương mai, gỉ sắt, phấn trắng hoặc một số loài
thuộc nhóm bán sinh dưỡng (semibiotroph) như Pyricularia orizae tạo ra các cấu trúc gọi là
vòi hút (haustorium) bên trong tế bào ký chủ để hấp thụ dinh dưỡng. Các nấm thuộc nhóm
sinh dưỡng (biotroph) thường không giết chết tế bào nhưng các nấm thuộc nhóm bán sinh
dưỡng (semibiotroph) có thể giết chết tế bào ký chủ về sau. Trái lại, các nấm thuộc nhóm
hoại dưỡng (necrotroph) chẳng hạn nấm Rhizoctonia, Sclerotium, thường không tạo thành vòi
hút và ngay trong quá trình xâm nhập, chúng đã tiến hành phân hủy tế bào và mô bằng
enzyme và độc tố.

22


Hình Tương tác của nhóm nấm hìnhthành vòi hút (haustorium) trong tế bào (Catanzariti
et al., 2007)
Đối với vi khuẩn và mollicute. Sau khi xâm nhập vào trong mô, vi khuẩn không hình
thành bất cứ cấu trúc đặc biệt nào để hấp thụ dinh dưỡng. Do vậy, vi khuẩn sẽ sử dụng các
enzyme và độc tố để phân hủy tế bào ký chủ, vật chất hữu cơ để hấp thụ qua màng tế bào.
Đối với virus. Virus có hình thức dinh dưỡng đặc biệt hơn. Vì số lượng gen mã hóa bởi
virus rất ít nên quá trình tái sinh virus phụ thuộc vào vật liệu (amino acid, nucleotide), bộ
máy tổng hợp acid nucleic, năng lượng (chủ yếu dưới dạng các hợp chất cao năng như ATP),
và bộ máy dịch mã (ribosome, tRNA và các enzyme liên quan) của tế bào ký chủ. Cần chú ý
là ngoài sử dụng tài nguyên của tế bào ký chủ thì quan trọng hơn, virus gây bệnh cho cây nhờ
sự tương tác giữa protein virus (mặc dù ít) với các chất chịu trách nhiệm cho chức năng sinh
lý của tế bào ký chủ. Ví dụ (1) protein replicase của TMV tương tác với protein Aux/IAA của
tế bào ký chủ chịu trách nhiệm điều hòa các phản ứng sinh hóa qua đường hướng dẫn truyền
auxin và (2) protein Rep của các geminivirus tương tác với protein tương tự Retinoblastoma
(pRBR) của tế bào ký chủ chịu trách nhiệm điều khiển chu kỳ tế bào (Rep liên kết pRBR =>
giải phóng yếu tố phiên mã => tế bào chuyển sang pha S).

4.4. Các enzyme của tác nhân gây bệnh
Trong quá trình xâm nhiễm gây bệnh, các tác nhân gây bệnh như nấm, vi khuẩn và cả
tuyến trùng thường tiết ra nhiều enzyme.
4.4.1. Các enzyme phân hủy vách tế bào.
Cutinase. Nhiều loài nấm có khả năng tiết cutinases để phân hủy lớp cutin trên bề mặt
lá và làm mềm mô giúp cho quá trình xâm nhập cơ học được thuận lợi. Cutinase phân cắt
phân tử cutin và tạo ra nhiều các phân tử nhỏ oligomer là các dẫn xuất của acid béo. Các loại
nấm có kiểu xâm nhập trực tiếp lúc đầu tiết ít cutinase và tạo ra một lượng nhỏ các phân tử
monomer (sản phẩm của quá trình phân hủy cutin). Các monomer này xâm nhập trở lại vào
cơ thể nấm, kích thích sự biểu hiện của các gen cutinase dẫn tới nấm tiết ra nhiều cutinase

hơn (có thể tăng vài ngàn lần). Nhìn chung, cutinase được tiết ra nhiều nhất tại điểm xâm
nhập của của ống mầm hoặc tại đế xâm nhiễm của các loại nấm tạo vòi áp. Một số loại nấm
vốn thường xâm nhập qua khí khổng không tạo cutinase nhưng sẽ có khả năng xâm nhập trực
tiếp nếu bổ sung gen tạo cutinase vào cơ thể chúng. Các chủng nấm tạo nhiều cutinase
thường có độc tính cao hơn các chủng nấm tạo ít cutinase. Ví dụ bào tử của một chủng

23


Fusarium độc tạo nhiều cutinase hơn bào tử của chủng không độc và chủng không độc trở
thành chủng độc nếu bổ sung cutinase vào bào tử của nó.
Pectinase. Các tác nhân gây bệnh như nấm, vi khuẩn và tuyến trùng có thể tiết
pectinase bao gồm pectin methyl esterase (PME), polygalacturonase (PG) và pectin lyase hay
transeliminase. PME loại bỏ nhóm methyl (CH3) dẫn tới làm biến đổi độ hòa tan của pectin
và do đó ảnh hưởng đến tốc độ phân cắt chuỗi pectin do PG và pectin lyase chịu trách nhiệm.
PG cắt chuỗi pectin bằng cách thêm một phân tử nước còn pectin lyases cắt chuỗi bằng cách
loại bỏ một phân tử nước. Giống như đối với cutinase, khả năng tiết các pectinase ngoại bào
được điều khiển bởi lượng pectin và lượng sản phẩm phân cắt của nó như các phân tử
galacturonan. Các phân tử galacturonan, khi được hấp thụ bởi tác nhân gây bệnh sẽ kích thích
tác nhân gây bệnh tiết nhiều pectinase hơn nữa. Khả năng tiết các enzyme pectinase cao là
đặc điểm quan trọng của các tác nhân gây các bệnh thối mềm như vi khuẩn Erwinia
carotovora pv. carotovora (bệnh thối nhũn bắp cải) hoặc các nấm hoại dưỡng như Sclerotinia
sclerotiorum, Rhizoctonia solani. Tuyến trùng, ví dụ Meloidogyne, cũng tiết pectinase để tạo
điều kiện xâm nhập và di chuyển trong mô cây.
Cellulase, hemicelulase. Các tác nhân gây bệnh như nấm, vi khuẩn và tuyến trùng có
thể tiết các enzyme cellulase và hemicelluase để phân hủy vách tế bào ký chủ. Các enzyme cụ
thể của nhóm này bao gồm xylanase, galactanase, glucanase, arabinase...
Ligninase. Lignin là hợp chất rất bền và chỉ có một số ít vi sinh vật có khả năng phân
giải lignin (khoảng 500 loài nấm, phần lớn là các nấm đảm, có thể phân hủy lignin nhờ tiết
enzyme ligninase).

4.4.2. Enzyme phân giải vật chất trong tế bào ký chủ.
Tất cả các nhóm tác nhân gây bệnh (ngoại trừ virus), trong quá trình gây bệnh đều tiết
các enzym phân giải các hợp chất hữu cơ của tế bào: Protease, peptidase, amylase, maltase,
lipase, phospholipase...để phân hủy protein, các hợp chất carbonhydrate và chất béo.

4.5. Độc tố của tác nhân gây bệnh
Trong quá trình gây bệnh, tác nhân gây bệnh có thể tạo ra một số các chất gây độc cho
tế bào và mô của cây gọi là độc tố. Độc tố có một số đặc điểm chung sau:
1. Hai nhóm tác nhân gây bệnh tạo độc tố được nghiên cứu nhiều nhất là nấm và vi khuẩn,
phần lớn là nhóm hoại dưỡng (necrotroph)
2. Độc tố không có bản chất enzyme nhưng đa dạng về thành phần và cấu trúc hóa học.
3. Độc tố tác động lên tế bào ở nồng độ rất thấp.
4. Độc tố thường do tác nhân gây bệnh tổng hợp trong cây nhưng cũng có thể trên môi
trường nhân tạo.
5. Độc tố tác động lên nhiều chức năng sinh lý của tế bào cây, chủ yếu thông qua sự tương
tác với các enzyme chức năng của tế bào.
6. Độc tố có thể đóng vai trò như tác nhân qui định tính độc (còn gọi là yếu tố độc –
virulent factor), tác động phụ thuộc số lượng và làm thay đổi triệu chứng. Độc tố cũng
có thể đóng vai trò như tác nhân qui định tính gây bệnh (còn gọi là yếu tố gây bệnh –
pathogenic factor), tác động phụ thuộc chất lượng (có nghĩa phụ thuộc sự có mặt hay
không có mặt của độc tố).
7. Một số độc tố cũng có thể gây hại cho động vật

24


8. Chức năng: Giết chết tế bào để (1) giải phóng dinh dưỡng cần cho tác nhân gây bệnh
hoặc (2) ngăn cản tế bào thực hiện các phản ứng phòng thủ
Trong bệnh cây, độc tố của tác nhân gây bệnh được chia làm 2 nhóm chính: (1) độc tố
không chọn lọc ký chủ (nonhost-selective hay nonhost-specific toxin, viết tắt là NST) và (2)

độc tố chọn lọc ký chủ (host-selective hay host-specific toxin, viết tắt là HST). Phần lớn độc
tốc thuộc nhóm 2.
4.5.1. Độc tố không chọn lọc ký chủ (NST)
Độc tố không chọn lọc ký chủ có các đặc điểm sau:
 Tác động không chọn lọc: tác động đến không chỉ loài cây ký chủ của tác nhân gây bệnh
mà còn tác động đến nhiều loài cây khác không phải là ký chủ của tác nhân gây bệnh.
 Thường là yếu tố độc có nghĩa làm tăng tính độc của tác nhân gây bệnh (tăng mức độ biểu
hiện triệu chứng)
 Về cơ chế tác động: một số độc tố (vd tabtoxin, phaseolotoxin) ức chế enzyme của tế bào
ký chủ dẫn tới tích lũy các chất tới mức đầu độc tế bào hoặc dẫn tới làm thiếu hụt nghiêm
trọng các chất cần thiết cho tế bào
 Một số ví dụ điển hình:
Tabtoxin.
Tabtoxin do vi khuẩn Pseudomonas syringae pv. tabaci gây bệnh đốm cháy (wildfire)
thuốc lá. Một số chủng (gọi là các chủng tạo độc tố) của vi khuẩn này tạo vết đốm với quầng
vàng trên lá thuốc lá. Dịch lọc vi khuẩn nuôi cấy trên môi trường nhân tạo hoặc độc tố tinh
chiết tạo ra triệu chứng giống hệt với triệu chứng không chỉ trên thuốc lá mà còn trên nhiều
loài cây thuộc nhiều họ thực vật khác nhau. Một số chủng bị đột biến mất khả năng tạo
tabtoxin (ký hiệu là chủng Tox-) có tính độc giảm và tạo ra vết đốm chết hoại nhng không có
quầng vàng.
Tabtoxin là một dipeptide gồm 2 amino acid (threonin - tabtoxinin). Bản thân tabtoxin
không độc nhưng ở trong tế bào, tabtoxin bị thủy phân thành threonin và tabtoxinin.
Tabtoxinin là một chất độc vì nó làm bất hoạt glutamine synthetase (cần cho tổng hợp
glutamine từ glutamate và NH3) dẫn tới suy giảm nghiêm trọng lượng glutamine trong tế bào
đồng thời tích lũy quá nhiều NH3. Hậu quả của sự tích lũy NH3 là tế bào không kết hợp giữa
quang hợp và quang hô hấp, phá hủy màng lục lạp dẫn tới tạo ra đốm biến vàng và cuối cùng
mô bị chết hoại (có quầng vàng bao quanh). Tabtoxin cũng làm giảm khả năng phản ứng chủ
động của cây đối với vi khuẩn.

Hình Cấu tạo của tabtoxin

Phaseolotoxin

25