Ngăn chặn thực vật truyền virus cho "hậu duệ" của chúng

Virus trên thực vật có thể lây lan từ quốc gia này sang quốc gia khác thông qua hoạt động buôn bán hạt giống. Do đó, việc lây truyền bệnh từ cây bố mẹ sang cây con là mối quan tâm toàn cầu.

"Virus có thể ẩn náu trong hạt giống trong nhiều năm, khiến đây trở thành một trong những vấn đề quan trọng nhất trong nông nghiệp", Giáo sư danh dự Shou-Wei Ding thuộc Khoa Vi sinh và Bệnh học thực vật của UC Riverside và là tác giả liên hệ của một bài báo mới về khám phá này trên Tạp chí Cell Host & Microbe cho biết.

Ví dụ, khi một cây mẹ có virus tạo ra 100 hạt giống, chỉ có từ 0 đến 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 lây lan sang tất cả hoặc hầu hết các cây non.

Nhóm nghiên cứu do UCR đứng đầu muốn giải quyết bí ẩn này bằng cách xác định chính xác con đường miễn dịch ngăn ngừa virus lây truyền từ cây mẹ sang cây con cái, còn được gọi là lây truyền theo chiều dọc.

Hàng trăm giống Arabidopsis, một loại cây nhỏ trong họ cải, đã được tiêm chủng virus khảm lá dưa chuột (CMV). Mặc dù có tên như vậy, nhưng loại virus này có thể lây nhiễm cho hơn 1.000 loài thực vật và gây ra các đốm hình vòng, vàng và xuất hiện các hoa văn trên bề mặt lá và quả. Sau đó, các nhà nghiên cứu đã phân tích các loại cây để tìm hiểu gen nào khiến chúng và thế hệ con cháu của chúng có khả năng kháng virus tốt hơn.

Hai gen, cả hai đều chỉ được biết là có chức năng trong giai đoạn đầu phát triển của hạt, dường như là quan trọng nhất cho mục đích này. Những gen này hoạt động theo cái gọi là con đường can thiệp RNA. Thông tin di truyền trong tế bào được chuyển đổi từ DNA thành RNA, rồi thành protein. Đôi khi, RNA mạch kép được cắt thành các đoạn nhỏ hơn gọi là RNA can thiệp nhỏ hoặc siRNA. Những đoạn này được sử dụng để ngăn chặn quá trình sản xuất protein, một số trong số đó có thể đến từ virus xâm nhập.

"Nhiều sinh vật sản xuất siRNA để kiểm soát và ức chế nhiễm trùng do virus", Ding giải thích. "Chúng tôi tin rằng lý do những cây này có thể ngăn ngừa virus lây sang hạt 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 can thiệp RNA chính đã bị xóa. Những 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 nhiễm trùng virus. Và nếu không có siRNA, các con đường miễn dịch kháng virus sẽ không hoạt động", Ông Ding cho biết.

Những cây đột biến này vừa phát triển vừa tạo ra hạt bình thường. Tuy nhiên, khi những cây thiếu hai enzyme này bị nhiễm virus khảm lá dưa chuột, chúng đã phát triển các triệu chứng rất nghiêm trọng. Chúng tạo ra ít hạt hơn và quan trọng hơn là tỷ lệ lây truyền sang hạt tăng gấp 10 lần. Có tới 40% cây con mới bị nhiễm bệnh.

"Chúng tôi thực sự phấn khích trước kết quả này", Ding cho biết. "Đây là lần đầu tiên mọi người chứng kiến ​​sự thay đổi lớn này trong quá trình truyền hạt sau khi một con đường miễn dịch bị loại bỏ".

Câu hỏi tiếp theo mà các nhà nghiên cứu đặt ra để trả lời là làm thế nào, mặc dù có sự ức chế miễn dịch mạnh mẽ ở những cây không đột biến, virus vẫn có thể lây nhiễm cho một tỷ lệ nhỏ hạt giống? Họ biết rằng đó là do virus biểu hiện một loại protein để chặn con đường can thiệp RNA ở cây mẹ.

Trong tương lai, 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 mà họ 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 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. Nhiễm Zika trong thời kỳ mang thai có thể gây ra dị tật bẩm sinh nghiêm trọng, bao gồm chứng đầu nhỏ và các bất thường khác ở não. Các nhà nghiên cứu hy vọng có thể sử dụng những gì họ tìm hiểu được để giảm tỷ lệ lây truyền Zika theo chiều dọc.

"Chúng tôi biết rằng virus Zika biểu hiện một số protein chặn con đường can thiệp RNA, vì vậy có thể ngăn ngừa lây truyền theo chiều dọc bằng cách ức chế chức năng của các protein này bằng các loại thuốc mới."