Chương 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1. SOYBEAN MOSAIC VIRUS VÀBEAN YELLOW MOSAIC VIRUS 1. Bênḥ khảm ởcây đâụ tương Đậu tương nói riêng vàthưc̣ vâṭnói chung dễ bị nhiễm các bênḥ như bênḥ khảm, bệnh xoăn lá do virus; bệnh gỉ sắt do nấm Phakopsora pachyrhizi, bệnh Sương mai (đốm phấn) do nấm Peronospora manshurica, bệnh lở cổ rễ do nấm Rhizoctonia solani hoặc Fusarium solani fsp phaseoly, bệnh đốm lá vi khuẩn hại đậu tương và một số bệnh hại khác. Đối với cây đâụ tương, thống kê trên thế giới cho thấy có hơn 100 loại virus gây hại vàphân bố rộng khắp và gây thiệt hại lớn đến năng suất và chất lượng sản phẩm.
Cây đậu tương bị nhiễm bệnh nặng, năng suất có thể bị giảm đến 50% khi trồng ở ngoài đồng, thậm chí mức giảm có thể lên đến 93% - 95% trong điều kiện lây nhiễm trong phòng thí nghiệm [11]. Một số nước có tỷ lệ thiệt hại lớn do bệnh virus ở đậu tương, như vùng Georgia ở Mỹ (37%), Australia và Thái lan (60%), New Zealand và khu vực Bắc Mỹ (40-50%)[11], [17], [33]. Bệnh khảm đậu tương do virus nhóm khảm (Potyvirus) gây ra. Bệnh được phát hiện lần đầu tiên ở Mỹ vào năm 1900 và đến nay virus khảm đậu tương đã có mặt ở hầu hết các vùng trồng đậu tương trên thế giới.
Việt Nam cũng đã công bố phát hiện loại virus này từ năm 1994, chủ yếu tập trung ở những vùng trồng đậu tương lớn, như khu vực trung du, miền núi Bắc bộ, khu vực Đồng bằng sông Hồng và Tây Nguyên [4], [11]. Các nhà khoa học đã xác định trong một số loài virus đặc biệt nguy hiểm, gây hại trên cây đậu tương, có Soybean mosaic virus (SMV) và Bean yellow mosaic virus (BYMV) [10], [11], [31]. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.vn 5 SMV là loài virus gây bệnh khảm ở cây đậu tương, thuộc nhóm Potyvirus, họ Potyviridae, và là một trong những virus chủ yếu nhất gây bệnh ở đậu tương. Bệnh do SMV gây ra xảy ra trên phạm vi toàn thế giới [10], [25].
Khi bị bệnh lá cây có những phần xanh nhạt, đậm và biến vàng xen kẽ. Lá non ở ngọn khảm mạnh và biến dạng, các đốt thân co ngắn, cây chùn lại, phát triển chậm. Quả ít và thường lép biến dạng, sần sùi, có vị đắng. Lá cây đậu tương bị nhiễm SMV SMV gây thiệt hại đáng kể về năng suất, thậm chí ở một số trường hợp tổn thất có thể lên đến 94% tổng sản lượng đậu tương.
Những cây đậu tương bị nhiễm SMV thường sinh trưởng phát triển chậm, hình thái thân, lá, quả bị biến dạng, và khi bị nhiễm ở giai đoạn muộn sẽ làm giảm sản lượng và chất lượng hạt [35] [36]. Họ Potyviridae được biết đến là có số lượng loài lớn nhất trong các họ virus gây bệnh ở thực vật. Nếu nhiễm đồng thời Potyvirus và các loài virus khác thì thiệt hại về năng suất và chất lượng hạt đậu tương tăng lên gấp bội [48]. Những cây bị nhiễm Potyvirus cũng dễ bị nhiễm thêm các nấm gây bệnh hơn [48].
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.vn 6 SMV sinh ra thể vùi trong tế bào cây bệnh. Thể vùi có dạng hình múi khế hay hình chong chóng. Thời gian tồn tại của virus trong cây bệnh là 2-5 ngày, nhiệt độ mất hoạt tính Q10 là 55- 70 0C. Khi bị chiếu tia cực tím virus bị mất hoạt tính trong hai giờ.
Độ pH thích hợp là 6. Nhiệt độ thích hợp để virus nhân lên trong tế bào cây bệnh là 21-260C. Tại Hoa Kỳ, SMV đã được phân thành chín chủng bằng cách sử dụng các phản ứng di truyền trên tám giống cây. Ngoài SMV, BYMV cũng gây nên bệnh khảm ở đậu tương.
Trước đây, bệnh khảm vàng lá do BYMV gây ra thường bị nhầm lẫn với bệnh khảm do SMV và sau này mới được xác nhận là do virus khác gây ra. Bệnh này tương đối ít nghiêm trọng hơn bệnh khảm, hầu như cây vẫn tăng trưởng và cho năng suất bình thường. BYMV là một loại virus thuộc chi potyvirus, họ potyviridae, có vật liệu di truyền là sợi đơn RNA. So với phần lớn các potyvirus BYMV có phạm vi ký chủ rất rộng trên toàn thế giới, có khả năng lây nhiễm bệnh vào cả các cây họ đậu và không thuộc họ đậu.
BYMV có dạng sợi mềm, có chiều dài khoảng 750 nm, đường kính 15nm. BYMV không được lan truyền qua hạt giống mà chỉ có thể lan truyền qua các loài rầy mềm như Aphis tabae Seop và Macrosiphum pisi Kalt. Virus này có một số dạng chuyên tính khác nhau, gây ra các triệu chứng bệnh khác nhau và có thể chịu được độ pha loãng 1:1000 và mất hoạt tính ở 56-60 0C [27]. Đối với cây đậu tương, SMV và BYMV có thể nhiễm đồng thời trên cùng một cây và triệu chứng rất khó phân biệt.
Ảnh hưởng của việc nhiễm cùng lúc nhiều loại virus khác nhau dẫn tới năng suất đậu tương có thể bị giảm từ 66% - 80% [34]. Bằng các quan sát thực địa nhóm tác giả ở Ukraine Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.vn 7 đã xác định được triệu chứng nhiễm hai loại SMV và BYMV ở đậu tương vùng Cherkassy, Vinnitsa, Kiev và kết quả đã được xác nhận bằng kính hiển vi điện tử và kỹ thuật ELISA [41]. Trên cơ sở phân tích gen và thiết lập cây phát sinh loài một số tác giả cho rằng BYMV phân lập từ các vùng thuộc Cộng hòa Séc được phân bố ở ba nhóm trên sơ đồ hình cây và không phụ thuộc vào cây chủ [45]. Phản ứng của cây đậu tương đối với SMV và BYMV phụ thuộc vào kiểu gen của giống, chủng virus, tuổi cây, thời gian lây nhiễm, nhiệt độ không khí và các điều kiện môi trường khác [11],[23].
SMV và BYMV có thể xâm nhiễm trực tiếp vào tế bào đậu tương hoặc có thể xâm nhiễm qua môi giới trung gian là rệp. Virus và cơ thể côn trùng có mối quan hệ sinh học với nhau. Virus có thể tiềm ẩn một thời gian dài trong cơ thể côn trùng, qua tuyến nước bọt để đi vào hệ thống tiêu hoá thấm qua thành ruột vào máu rồi trở lại tuyến nước bọt. Sau giai đoạn tiềm ẩn, virus được nhân lên trong cơ thể côn trùng và ở thời điểm này côn trùng có khả năng truyền bệnh một cách nhanh chóng.
Tuy nhiên khả năng truyền bệnh của côn trùng cũng có những hạn chế do tuổi của côn trùng thường rất ngắn [8], [9],[11]. SMV có khả năng xâm nhập vào tế bào qua các vết thương nhẹ do cọ xát giữa các cây với nhau, hoặc còn có thể truyền bệnh trong trường hợp hạt phấn bị nhiễm virus rơi vào noãn của cây. SMV di chuyển trong tế bào chất và có thể di chuyển sang tế bào khác thông qua các sợi liên bào. Sau 3 ngày virus mới nhiễm hết một lá đơn, sau 4 ngày thì mới nhiễm hết đoạn gân của lá kép và một phần đoạn thân sát gốc [11], [47].
Sau 5 ngày virus nhiễm hết dọc thân chính và các lá ngọn, khoảng sau 25 ngày virus có thể nhiễm trên toàn Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www. Khi cây trưởng thành có thể bị nhiễm virus từ 90 - 100% ở các mức độ biểu hiện bệnh khác nhau [11], [48]. SMV và BYMV có cấu tạo đơn giản, gồm hai thành phần chính là protein (60 - 95%) và nucleic acid (5 - 40%) [52]. Hệ gen của SMV và BYMV là RNA sợi đơn dương (RNA (+)).
Đời sống của Potyvirus sau khi xâm nhập vào các tế bào chủ qua mô tổn thương bao gồm quá trình dịch mã, xử lý polyprotein, nhân lên của mRNA, quá trình lắp ráp RNA và protein vỏ thành hạt virus và di chuyển đến các tế bào khác, tới các bộ phận của cây và các cây khác [48]. SMV lan truyền qua rệp vừng, bọ trĩ và hạt giống bị nhiễm bệnh. Rệp ăn lá từ cây này sang cây khác và mang theo mầm bệnh. Trên thế giới có khoảng 30 loài rệp truyền virus SMV.
Nghiên cứu gần đây đã khẳng định rệp vừng ở đậu tương (Aphis Glycine) là môṭ vector của virus khảm đậu tương. Rệp càng nhiều thì tỉ lệ nhiễm bệnh càng cao. Vậy cách hiệu quả nhất kiểm soát bệnh là tạo ra giống đậu tương kháng virus SMV nhằm nâng cao năng suất và chất lượng đậu tương [8],[9]. Hệ gen của SMV, BYMV và Potyvirrus Các Potyvirus có dạng thanh, khúc khuỷu dài khoảng 750 nm và đường kính là 11-15 nm và bao gồm các protein vỏ được sắp xếp đối xứng, xoắn ốc xung quanh phân tử RNA sợi đơn dương.
Phân tử RNA có khoảng 10. Hệ gen RNA có đầu 3’gắn đuôi poly A và một protein virion kết nối gen (VPg) ở đầu 5’. RNA virus được dịch mã tạo ra một polyprotein được phân cắt bởi protease tạo thành ít nhất 10 phân tử protein [39] (hình 1. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.
Sơ đồcấu trúc hệ protein của potyvirus [39] (UTR) vùng 5 'và 3': vùng chưa dịch mã; CP: protein vỏ của virus; Nib: RNA polymerase phụ thuộc RNA;P1, P3, Nia: protease; CI: protein hình trụ; VPg: protein liên kết; HC-Pro: thành phần trợ giúp và protease. Theo Won-Seok Lim và cs (2003), trình tự nucleotide hoàn chỉnh của hệ gen SMV chủng G5 (SMV-G5), G7H (SMV-G7H) gồm 9588 nucleotide (chưa kể đuôi poly A), chứa một khung đọc mở (ORF) mã hóa cho một polyprotein mà sau đó được phân cắt thành 10 phân tử protein chức năng. So sánh trình tự amino acid của 2 chủng G5 và G7 với các chủng SMV khác cho thấy sự tương đồng lớn giữa chúng. Hệ số tương đồng về trình tự nucleotide và trình tự amino acid suy diễn giữa chủng SMV-G5 và SMV-G7H là 99% [38], [54].
Trình tự đầy đủ các nucleotide của các chủng này có thể cung cấp những cơ sở để xác định các yếu tố quyết định đến triệu chứng bệnh khảm ở cây đậu tương, từ đó có các biện pháp hiệu quả để phòng trừ SMV cho cây đậu tương. Gen CP là gen đặc trưng nhất ở các Potyvirus, mã hóa protein CP được chia thành ba vùng: vùng đầu N, vùng lõi và vùng đầu C. Chức năng của CP thể hiện trong sự nhân lên, capsid hóa, di chuyển của virus từ tế bào đến tế bào và trong sự truyền virus của côn trùng truyền bệnh. Chính vai trò quan trọng của gen CP đối với hoạt động sống của Potyvirus mà trình tự gen này Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.vn 10 được sử dụng để kháng lại chính các loài virus gây bệnh trong kỹ thuật chuyển gen theo nguyên lý RNAi [18], [19], [42].
