VI KHUẨN NỘI SINH THỰC VẬT ENDOPHYTIC BACTERIA-ỨNG DỤNG VÀ ĐỊNH HƯỚNG PHÁT TRIỂN TRONG THỜI ĐẠI NGÀY NAY


 Tóm lược

Vi khuẩn nội ký sinh thực vật (Endophytic bacteria) được tìm thấy trong hầu hết ở các loài thực vật, chúng cư trú ở trong nội mô của thực vật ký chủ và giữa chúng hình thành một loạt các mối quan hệ khác nhau như cộng sinh tương hỗ, công sinh dinh dưỡng, hội sinh …Hầu hết các dạng nội ký sinh này bắt đầu xuất hiện từ vùng rễ hay bề mặt lá, tuy nhiên, một số loại có thể ký sinh trên hạt. Endophytic bacteria thúc đẩy thực vật tăng trưởng, tăng năng suất và đóng vai trò là một tác nhân điều hòa sinh học. Endophytic bacteria sản xuất hàng loạt các sản phẩm tự nhiên có lợi cho thực vật ký chủ mà ta có thể khai thác những tác nhân đó để ứng dụng trong y học, nông nghiệp hay công nghiệp. Ngoài ra nó còn có tiểm năng loại bỏ các chất gây ô nhiễm trong đất bằng cách tăng cường khả năng khử độc trên thực vật và làm cho đất trở nên màu mỡ thông qua chu trình photphat và cố định đạm. Ngày càng có nhiều quan tâm trong việc phát triển các ứng dụng tiềm năng công nghệ sinh học của Endophytic bacteria để phát triển các giống cây trồng có khả năng khử độc đồng thời có khả năng sản xuất sinh khối và nhiên liệu sinh học.

Giới thiệu

Những tương tác có lợi giữa thực vật – vi khuẩn thúc đẩy sức khỏe, sự phát triển của cây trồng, vấn đề này đang được các nhà nghiên cứu quan tâm. Gần đây, họ đang nghiên cứu tiềm năng cho giải pháp nâng cao khả năng phân hủy sinh học của các chất gây ô nhiễm trong đất. Hầu hết các nghiên cứu này tập trung vào các vi khuẩn ở rễ (Lindow&Brandl,2003;Kuiper et al.,2004;berg et al,2005). Endophytic bacteria có thể được định nghĩa là những vi khuẩn cư trú  trong nội mô của thực vật, chúng không có biểu hiện ra bên ngoài và gây tác động xấu đến thực vật mà chúng ký sinh (Holiday,1989; Schulz & Boyle, 2004), có khoảng 300.000 loài thực vật tồn tại trên trái đất, mỗi loài là một ký chủ cho một đến nhiều các dạng nội ký sinh cư trú. Chỉ có một số loài thực vật được nghiên cứu hoàn chỉnh về các mối quan hệ nội ký sinh của chúng. Do đó cơ hội nghiên cứu và tìm ra các dạng nội ký sinh mới và có lợi trong sự đa dạng sinh học của các hệ sinh thái khác nhau là đáng kể.

Endophytic bacteria cư trú trong hệ sinh thái thích hợp tương tự như các chồi mầm ở thực vật, điều này làm cho chúng trở thành các tác nhân kiểm soát sinh học (Berg et al., 2005). Thật vậy, nhiều nghiên cứu đã chỉ ra rằng Endophytic bacteria có khả năng kiểm soát được mầm bệnh trên thực vật (Sturz & Matheson, 1996; Duijff et al., 1997; Krishnamurthy & Gnanamanickam, 1997), ở côn trùng (Azevedo et al, 2000.) và cả ở tuyến trùng ( Hallmann et al., 1997, 1998). Trong một số trường hợp chúng có thể đẩy mạnh tốc độ nẩy mầm của hạt, thúc đẩy sự hình thành cây con trong điều kiện bất lợi (Chanway,1997) và nâng cao khả năng tăng trưởng của thực vật ( Bent & Chanway,1998). Endophytic bacteria còn có thể ngăn chặn mầm bệnh phát triển bằng cách tổng hợp các chất nội sinh trung gian, qua đó để tiếp tục tổng hợp các chất chuyển hóa và các hợp chất hữu cơ mới. Nghiên cứu cơ chế sản sinh chất chuyển hóa mới trong sự đa dạng sinh học của Endophytic bacteria có thể phát hiện các loại thuốc mới để điều trị có hiệu quả các bệnh ở người, thực vật và động vật (Strobel et al., 2004).

Cùng với việc sản xuất các chất mới, nhiều Endophytic bacteria đã cho thấy khả năng làm giảm các chất ngoại sinh (xenobiotic) hay có thể hoạt động như các vectơ mở đầu cho quá trình đó. Chúng có khả năng kháng kim loại nặng, kháng khuẩn và làm giảm các gốc hữu cơ thông qua tiếp xúc với các hợp chất trong thực vật và đất nơi chúng cư trú. Khả năng làm giảm những chất xenobiotics đang được nghiên cứu cẩn thận để cải tiến kỹ thuật khử độc bằng thực vật (Siciliano et al., 2001; Barac et al., 2004; Germaine et al., 2004, 2006; Porteous-Moore et al., 2006; Ryan et al., 2007a). Bài nghiên cứu này nhằm trình bày tổng quan về các ứng dụng tiềm năng của Endophytic bacteria, đặc biệt là trong lĩnh vực khử độc bằng thực vật và nông nghiệp bền vững. 

Sự phân lập và đa dạng sinh học của vi khuẩn endophytes

Để tự bảo vệ mình trước những tác động của môi trường, Endophytic bacteria tạo thành những ổ vi khuẩn ,xâm chiếm và ký sinh trên đốt cây . Những vi khuẩn này thường xâm chiếm vào vùng không gian ở giữa các tế bào, và chúng có thể được phân lập từ tất cả các bộ phận của cây, bao gồm cả hạt giống (Posada & Vega, 2005). Endophytic bacteria được phân lập từ cây một lá mầm tới cây hai lá mầm, từ những loài cây thân gỗ, như gỗ sồi và lê, cây thân thảo tới cây lương thực như củ cải đường và ngô. Những nghiên cứu cổ điển về sự đa dạng của Endophytic bacteria tập trung vào phương pháp phân lập chúng từ các mô nội sinh sau khi khử trùng bề mặt thực vật với hypochlorite natri hoặc các hóa chất tương tự (Miche & Balandreau, 2001). Một nghiên cứu của et al Lodewyckx. (2002) nêu lên phương pháp phân lập và mô tả đặc điểm vi khuẩn endophytes từ các loài thực vật khác nhau. Dựa trên nền tảng nghiên cứu của Hallmann et al. (1997) và Lodewyckx et al. (2002),Rosenblueth & Martinez-Romero (2006) và Berg & Hallmann (2006) đã công bố một danh sách toàn diện của Endophytic bacteria được phân lập từ một loạt  các bộ phận của cây.

Một nghiên cứu gần đây của al Porteous-Moore và cộng sự. (2006) mô tả sự đa dạng của Endophytic bacteria tìm thấy trong cây Dương, tăng trưởng tại môi trường phytoremediation nhiễm toluene, với mục đích xác định các chủng tiềm năng để tăng cường phytoremediation toluene, Ethylbenzene, và hợp chất xylen (BTEX). Theo mô tả của nghiên cứu trên, Endophytic bacteria được phân lập từ hai giống Dương. Sau khi phân lập, tiến hành phân tích, so sánh trình tự của đoạn mồi 16S RNA, BOX-PCR của DNA,các trình tự mang đặc tính sinh lý, liên quan đến chất sử dụng, thuốc kháng sinh và kim loại nặng nhạy cảm. Nghiên cứu này và một nghiên cứu của Germaine et al. (2004, 2006) đã chứng minh rằng trong các cộng đồng đa dạng vi khuẩn tìm thấy trong cây Dương, một số chủng Endophytic có mặt và có tiềm năng để tăng cường các chất hữu cơ dễ bay hơi phytoremediation và thuốc diệt cỏ.Công trình nghiên cứu gần đây của Frank et al. (2006) là dùng kỹ thuật  sinh học phân tử trong việc phân lập, tìm hiểu các đặc tính của Endophytic bacteria và ứng dụng  trong cộng đồng.Các chủng Endophytic sinh sống trên thân cây, rễ, củ…đã được phân tích và nhận diện bằng cách chạy RFLP với đoạn mồi là 16S rRNA. Năm đơn vị phân loại triển vọng nhất và khả năng tồn tại được xác định là Cellulomonas, Clavibacter, Curtobacterium, Pseudomonas và Microbacterium được tìm ra thông qua trình tự gen 16S rRNA, acid béo và sử dụng nguồn phân tích carbon (Elvira-Recuenco & van Vuurde, 2000; Zinniel et al, 2002)…

Việc nuôi cấy dựa trên môi trường nuôi cấy cơ bản và môi trường nuôi cấy độc lập thật sự rất hữu ích. Reiter & Sessitsch (2006) đã điều tra sự hiện diện và phân loại Endophytic bacteria ở các bộ phận khí sinh hoàn toàn trên cây nghệ (cây nghệ albiflorus). Kết quả của họ cho thấy rằng tương tự như ở các loài thực vật khác, cây nghệ là một ký chủ cho cộng đồng Endophytic bacteria sinh trưởng và phát triển, tuy nhiên cũng có loài chưa được biết đến. Các bước tiến hành thí nghiệm bao gồm ly trích, phân lập, nuôi cấy và nhận diện Endophytic bacteria bằng kỹ thuật in dấu DNA với đoạn mồi 16S rRNA. Kết quả chỉ ra rằng một số nhóm mới xuất hiện góp phần vào tính đa dạng của Endophytic bacteria, chủ yếu là Gammaproteobacteria and Firmicutes , chúng sống nội sinh trên cây nghệ.Thành phần, phân loại các nhóm Endophytic bacteria đa dạng và có sự khác nhau là do sự đa dạng của gen 16S rRNA trong thư viện gen. Chỉ có ba nhóm vi khuẩn được tìm thấy trong môi trường nuôi cấy, trong đó có 17 loại đại diện. Trong khi sáu nhóm được xác định trong phân tích thư viện gen bao gồm 38 loại. Nhóm nổi bật tìm thấy trong môi trường nuôi cấy là nhóm Gram dương, có tỷ lệ G+C thấp.Trong khi ở các thư viện clone, các Gammaproteobacteria chiếm ưu thế. Nghiên cứu này khẳng định rằng các nhóm Endophytic bacteria trong môi trường nuôi cấy  là một tập hợp con của đa dạng sinh học tổng endophyte.

 

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s