Alpha momorcharin: Protein tiềm năng được ứng dụng trong nông nghiệp

Alpha-momorcharin thuộc tuýp I protein bất hoạt ribosome được tìm thấy trong trái khổ qua. Hiện nay, α-MMC đang được nghiên cứu như một protein chức năng có tiềm năng ứng dụng trong y dược và nông nghiệp. Bài viết thảo luận cơ chế hoạt động của α-MMC và khả năng kháng nấm và virus trong cây trồng.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Alpha momorcharin: Protein tiềm năng được ứng dụng trong nông nghiệp 72 Nguyễn T. T. Thảo và cộng sự. Tạp chí Khoa học Đại học Mở Thành phố Hồ Chí Minh, 62(5), 72-78 ALPHA-MOMORCHARIN: PROTEIN TIỀM NĂNG ĐƯỢC ỨNG DỤNG TRONG NÔNG NGHIỆP NGUYỄN THỊ THU THẢO1 LÊ THỊ TRÚC LINH1, ĐẶNG THANH DŨNG1,* 1 Trường Đại học Mở Thành phố Hồ Chí Minh *Email: dung.dthanh@ou.edu.vn (Ngày nhận: 23/08/2018; Ngày nhận lại: 29/09/2018; Ngày duyệt đăng: 15/10/2018) TÓM TẮT Alpha-momorcharin (α-MMC) thuộc tuýp I protein bất hoạt ribosome (ribosomeinactivating protein) được tìm thấy trong trái khổ qua. Hiện nay, α-MMC đang được nghiên cứu như một protein chức năng có tiềm năng ứng dụng trong y dược và nông nghiệp. Ngoài khả năng chống lại khối u trong giai đoạn đầu của ung thư của α-MMC trong y dược, những nghiên cứu gần đây cho thấy protein này có khả năng kháng virus, kháng vi khuẩn, kháng nấmtrong nông nghiệp cây trồng. Hiểu được cơ chế hoạt động của α-MMC sẽ góp phần quan trọng trong việc tìm ra phương pháp cũng như là sản xuất chế phẩm vi sinh ứng dụng vào lĩnh vực nông nghiệp. Trong nghiên cứu này, chúng tôi thảo luận cơ chế hoạt động của α-MMC và khả năng kháng nấm và virus trong cây trồng. Từ khóa: Alpha-momorcharin; Antifungus; Antivirus; Mechanism. Alpha-momorcharin: A potential protein in agricultural application ABSTRACT Alpha-momorcharin (α-MMC) is a type-I ribosome inactivating protein which is found in Momordica charantia. Recently, α-MMC has emerged as a potential protein for medical and agricultural applications. Proteinα-MMC is able to fight against tumor cells in the early stage of cancer. In addition, this α-MMC has shown a strong biological capacity for anti-virus, antibacteria, and anti-fungi in crops. Understanding the molecular mechanism of α-MMC function will provide an alternative approach as well as the production of inoculants applied in the area of agriculture. In this study, we discuss the mechanism of α-MMC and its application in fungal and viral resistance. Keywords: Alpha-momorcharin; Antifungus; antivirus; mechanism. 1. Giới Thiệu Nấm, virus là các tác nhân gây bệnh chính trên cây trồng (bên cạnh vi khuẩn), là nguyên nhân dẫn đến các thiệt hại lớn cho sản xuất nông nghiệp trong nước cũng như là trên thế giới (Doehlemann, Okmen, Zhu, & Sharon, 2017; Scholthof và cộng sự, 2011). Các tác nhân gây bệnh này xâm nhiễm vào cây trồng, làm cho rễ và các tế bào mạch dẫn của cây không còn khả năng hút nước và chất dinh dưỡng, dẫn đến cây héo vàng; thối rễ, gốc, thân; còi cọc và chết; năng suất thu hoạch giảm (Dean và cộng sự, 2012; Termorshuizen, 2016). Trường hợp nghiêm trọng hơn, có thể dẫn đến mất trắng khi nấm lây lan ra khắp diện tích trồng. Tác nhân virus xâm nhiễm vào tế bào cây kí chủ thông qua các vết thương nhỏ do sâu bọ, nấm gây ra hoặc qua Nguyễn T. T. Thảo và cộng sự. Tạp chí Khoa học Đại học Mở Thành phố Hồ Chí Minh, 62(5), 72-78 73 các vết thương cơ giới. Virus sinh sôi, nhân lên và lây lan từ tế bào này sang tế bào khác, lan nhanh đến hầu hết các bộ phận của cây và gây ra các triệu chứng: cây còi cọc, lá biến dạng (cuốn lại, còi cọc, vàng lá, có các vết loét, đốm, khảm vàng hoặc nâu), trường hợp nặng sẽ gây chết cây (Marche, Roth, Manohar, Dollet, & Baltz, 1993). Để phòng và trị bệnh do nấm gây ra, nông dân thường sử dụng các loại thuốc bảo vệ thực vật có nguồn gốc hóa học. Việc này có thể làm mất cân bằng sinh thái trong đất, một số vi sinh vật có lợi trong đất cũng bị tiêu diệt, gây ô nhiễm môi trường. Đối với tác nhân gây bệnh là virus, hiện vẫn chưa có thuốc điều trị đặc hiệu, biện pháp chủ yếu hiện nay là phòng bệnh: chọn giống sạch bệnh hoặc kháng bệnh, vệ sinh đồng ruộng, luân canh, tiêu diệt các tác nhân truyền bệnh. Các biện pháp này có hiệu quả rất hạn chế trong việc kiểm soát bệnh. Các nghiên cứu mới đã phát hiện ra protein bất hoạt ribosome (ribosome inactivating protein – RIP) có khả năng bất hoạt ribosome của nhiều sinh vật khác nhau như vi khuẩn, nấm, thực vật và động vật; dẫn đến tiêu diệt hoặc ức chế sự phát triển của tế bào (Fabbrini, Katayama, Nakase, & Vago, 2017; Zhu, Zhou, Ji, & Chen, 2018) (Hình 1). Trong đó, alpha-momorcharin (α-MMC) là một thành viên thuộc gia đình protein RIP, được tìm thấy trong trái khổ qua (đặt biệt có nhiều trong hạt), protein này có rất nhiều hoạt tính sinh học: kháng khối u (anti-tumor) (Deng và cộng sự, 2016), ức chế sự sao chép của HIV-1 (Zheng, Ben, & Jin, 1999), ức chế sự phát triển của tế bào ung thư dạ con JAR; đặc biệt là hoạt tính kháng nấm và kháng virus rộng (Yang, Meng, Chen, Lin, & Xi, 2016; Zheng và cộng sự, 1999; Zhu và cộng sự, 2013). Protein α-MMC đã được chứng minh có khả năng ức chế sự phát triển của rất nhiều loại nấm và virus khác nhau (Zhu và cộng sự, 2013), bao gồm: nấm Fusarium spp., nấm Aspergillus spp., nấm Sclerotinia sclerotiorum, nấm Bipolaris maydis, nấm Magnaporthe grisea, virus ChiVMV (Chilli veinal mottle virus), virus CMV (Cucumber mosaic virus), virus TMV (Tobacco mosaic virus) và virus TuMV (Turnip mosaic potyvirus). Đây đều là những tác nhân gây bệnh phổ biến và thường gặp trên cây trồng (lúa, cây có múi, cà chua, dưa leo, ớt, tiêu,…) (Dean và cộng sự, 2012; Ng, Liu, Sze, & Yeung, 1994; Scholthof và cộng sự, 2011). Điều này cho thấy tiềm năng rất lớn khi ứng dụng hoạt tính kháng nấm và kháng virus của protein α-MMC vào việc kiểm soát và điều trị các bệnh trên cây trồng do nấm và virus gây ra. Trong nghiên cứu này, chúng tôi thảo luận về cơ chế hoat động của αMMC cũng như là khả năng kháng nấm và virus của protein α-MMC cũng như là tiềm năng ứng dụng của protein này trong nông nghiệp cây trồng. Hình 1. Mô hình kháng bệnh gây hại cho cây trồng của ribosome-inactivating proteins (Zhu và cộng sự, 2018) 74 Nguyễn T. T. Thảo và cộng sự. Tạp chí Khoa học Đại học Mở Thành phố Hồ Chí Minh, 62(5), 72-78 2. Cơ chế hoạt động của protein alphamomorcharin (α-MMC) Protein α-MMC thuộc nhóm protein bất hoạt ribosome được tìm thấy trong hạt trái khổ qua (hay ...