Tên đề tài: “Nghiên cứu khả năng và cơ chế kích thích tính kháng bệnh cháy bìa lá lúa của hợp chất trong các loài thực vật tại Đồng bằng Sông Cửu Long”

Tác giả: Trương Văn Xạ, Khóa: 2020

Ngành: Công nghệ sinh học; Mã số: 9420201. Nhóm ngành: Khoa học sự sống

Người hướng dẫn chính: PGS.TS. Nguyễn Đắc Khoa - Trường Đại học Cần Thơ

Người hướng dẫn phụ: TS. Nguyễn Đức Độ - Trường Đại học Cần Thơ

1. Tóm tắt nội dung luận án

    Cháy bìa lá (Xanthomonas oryzae pv. oryzae) là bệnh quan trọng trên ruộng lúa. Luận án này khảo sát khả năng giúp giảm bệnh và cơ chế kích kháng của các hợp chất có trong dịch trích các loài thực vật bản địa tại Đồng bằng Sông Cửu Long, nhằm hình thành biện pháp phòng trị bệnh thân thiện với môi trường, bảo vệ sức khỏe cộng đồng, nâng cao năng suất và chất lượng lúa gạo.

    Dịch trích cỏ cứt heo, cỏ hôi và sống đời không ảnh hưởng đến khả năng nẩy mầm và phát triển của hạt lúa và giúp giảm chiều dài vết bệnh tương đương với thuốc hóa học Starner 20WP. Cây sống đời được xác định là loài Kalanchoe pinnata (Lam.) Pers. dựa vào đặc điểm hình thái và trình tự vùng gen ITS. Tất cả vật liệu từ dịch trích lá sống đời đều không ảnh hưởng đến khả năng nẩy mầm và phát triển của hạt lúa. Trong ba loại cao tổng lá sống đời được ly trích bằng phương pháp tách chiết lỏng-lỏng, cao tổng methanol có hiệu quả tương đương với Starner 20WP nên được phân đoạn bằng phương pháp sắc ký cột silica gel với bốn hệ dung môi khác nhau để tạo ra bốn loại cao phân đoạn F1, F2, F3 và F4. Cao phân đoạn F3 (dung môi acetone) có hiệu quả tương đương với Starner 20WP.

    Khả năng giúp giảm bệnh cháy bìa lá của các loại dịch trích thực vật và cao chiết lá sống đời có liên quan đến cơ chế kích kháng. Kết quả khảo sát hoạt tính của bốn enzyme liên quan đến cơ chế kháng bệnh cháy bìa lá gồm peroxidase, catalase, polyphenol oxidase và phenylalanine ammonia lyase cho thấy hoạt tính của các enzyme tăng cao và sớm khi hạt giống được ngâm với các loại dịch trích thực vật và cao chiết này.

    Sử dụng phương pháp sắc ký khí ghép khối phổ (GC-MS), bốn hợp chất có khả năng kích kháng thực vật gồm (i) 5-oxotetrahydrofuran-2,3-dicarboxylic acid, dimethyl ester, (ii) linoleic acid, (iii) ethyl linolenate và (iv) 1,3-benzenedicarboxylic acid, bis(2-ethylhexyl) ester được phát hiện với tỷ lệ cao (>5%) trong cao tổng methanol và cao phân đoạn F3. Kết quả khảo sát đối chiếu khả năng giúp giảm bệnh của các sản phẩm thương mại gồm Dimethyl furan-2,5-dicarboxylate (FDME) [giống cấu trúc (i)], Linoleic acid-water soluble (LinA) [giống cấu trúc (ii) và (iii)] và Bis(2-ethylhexyl) phthalate (DEHP) [giống cấu trúc (iv)] cho thấy hỗn hợp FDME và DEHP tỷ lệ 10%:8% và 10%:10% có khả năng giúp giảm chiều dài vết bệnh tương đương với thuốc Starner 20WP; vì vậy, có thể suy ra hai hợp chất hiện diện trong lá sống đời là 5-oxotetrahydrofuran-2,3-dicarboxylic acid, dimethyl ester (cấu trúc giống với FDME) và 1,3-benzenedicarboxylic acid, bis(2-ethylhexyl) ester (cấu trúc giống với DEHP) có liên quan đến cơ chế kích kháng giúp giảm bệnh cháy bìa lá lúa

2. Những kết quả mới của luận án

    Luận án đã tuyển chọn được ba loại dịch trích thực vật (Cỏ cứt heo, Cỏ hôi, Sống đời) có khả kích thích tính kháng bệnh lưu dẫn (kích kháng) trong cây lúa giúp giảm bệnh cháy bìa lá và chứng minh được cơ chế kích kháng thông qua hoạt tính của bốn enzyme liên quan đến cơ chế kháng bệnh gồm peroxidase (POX), catalase (CAT), polyphenol oxidase (PPO) và phenylalanine ammonia lyase (PAL). Cây Sống đời được chọn để tiến hành các nghiên cứu tách chiết và xác định hoạt chất sinh học được định danh là Kalanchoe pinnata (Lam.) Pers. dựa vào đặc điểm hình thái và kỹ thuật giải trình tự vùng gen bảo tồn ITS của thực vật. Luận án cũng đã xác định được khả năng giúp giảm bệnh và cơ chế kích kháng của các cao tổng, cao phân đoạn và hai hoạt chất sinh học có trong cây Sống đời là 5-oxotetrahydrofuran-2,3-dicarboxylic acid, dimethyl ester và 1,3-benzenedicarboxylic acid, bis(2-ethylhexyl) ester.

3. Các ứng dụng/khả năng ứng dụng trong thực tiễn, các vấn đề cần tiếp tục nghiên cứu

Luận án góp phần hình thành biện pháp kiểm soát bệnh cháy bìa lá thân thiện với môi trường để ứng dụng vào sản xuất lúa một cách bền vững, thích ứng với biến đổi khí hậu tại vùng Đồng bằng Sông Cửu Long.

- Thesis title: Bioactive compounds in extracts of indigenous plants in the Mekong Delta of Vietnam induce rice resistance against bacterial leaf blight

- Major: Biotechnology                                          Code: 9420201

- Full name of PhD student: Trương Văn Xạ            Year: 2020

- Scientific supervisor: Assoc. Prof. Nguyễn Đắc Khoa and Dr. Nguyễn Đức Độ

- Educational institution: Institute of Food and Biotechnology, Can Tho University

1. Content of thesis summary

Bacterial leaf blight caused by (Xanthomonas oryzae pv. oryzae) is an important rice disease. This study aims at testing for disease-reducing effects of bioactive compounds in extracts of indigenous plants in the Mekong Delta of Vietnam and investigating the involvement of induced resistance in the observed disease reduction. This helps make an eco-friendly strategy to control the disease thus improve rice yield and quality.

Aqueous crude extracts of either cỏ cứt heo (Ageratum conyzoides), cỏ hôi (Chromolaena odorata) or sống đời (Kalanchoe pinnata) did not show any adverse effects on rice seed germination and development. Seed soaking using these extracts reduced lesion lengths on rice leaves similar to application of the bacteriocide Starner 20WP did. Kalanchoe pinnata (Lam.) Pers. used in this study was identified based on its morphological characteristics and the ITS gene sequence. All extracts made from K. pinnata leaves using different extraction methods did not show any adverse effects on rice seed germination and development. Among the three leaf extracts made by the liquid-liquid extraction method using three different solvents, methanol extract reduced lesion lengths similar to Starner 20WP did. Four fractionated extracts F1, F2, F3 and F4 were obtained when the methanol extract was fractionated by silica gel column chromatography using four different solvents. The F3 extract (fractionated in acetone solvent) reduced lesion lengths similar to Starner 20WP did. Induced resistance involves in the observed disease reduction. Indeed, activities of the four defense-related and/or antioxidant enzymes, i.e., peroxidase, catalase, polyphenol oxidase and phenylalanine ammonia lyase, increased early in rice leaves after seed soaking application with the extracts.

Using Gas Chromatography Mass Spectrometry, the four bioactive compounds including (i) 5-oxotetrahydrofuran-2,3-dicarboxylic acid, dimethyl ester, (ii) linoleic acid, (iii) ethyl linolenate and (iv) 1,3-benzenedicarboxylic acid, bis(2-ethylhexyl) ester were detected with high proportions in both methanol and F3 extracts (>5%). The commercially available chemicals having similar structures with these compounds were used to have sufficient materials for validation studies. They include Dimethyl furan-2,5-dicarboxylate (FDME) [equivalent of (i)], Linoleic acid-water soluble (LinA) [equiv. (ii) and (iii)] and Bis(2-ethylhexyl) phthalate (DEHP) [equiv. (iv)]. Seed soaking using the mixture of FDME and DEHP either 10%:8% or 10%:10% provided similar protection against rice bacterial leaf blight as that of the chemical control. Therefore, the two bioactive compounds 5-oxotetrahydrofuran-2,3-dicarboxylic acid, dimethyl ester (equiv. FDME) and 1,3-benzenedicarboxylic acid, bis(2-ethylhexyl) ester (equiv. DEHP) detected in K. pinnata leaf extracts are attributed to induce rice resistance against bacterial leaf blight.

2. The novel aspects of the thesis

Aqueous crude extracts of either cỏ cứt heo (A. conyzoides), cỏ hôi (C. odorata) or sống đời (K. pinnata)] were found to be capable of inducing rice resistance against bacterial leaf blight based on activities of the four defense-related and antioxidant enzymes, i.e., peroxidase (POX), catalase (CAT), polyphenol oxidase (PPO) and phenylalanine ammonia lyase (PAL). Kalanchoe pinnata (Lam.) Pers. used in this study was identified based on its morphological characteristics and the ITS gene sequence. Disease-reducing effects of the extracts made from K. pinnata leaves using different extraction solvents, the fractionated extracts and the two bioactive compounds 5-oxotetrahydrofuran-2,3-dicarboxylic acid, dimethyl ester and 1,3-benzenedicarboxylic acid, bis(2-ethylhexyl) ester detected in K. pinnata leaf extracts were shown to be involved in induced resistance.

3. Application prospects and suggestions for further study

The results of this study serve as a basis for developing an eco-friendly and sustainable approach to control bacterial leaf blight in rice fields, particularly useful under impacts of climate change in the Mekong Delta of Vietnam.

• Xem chi tiết nội dung luận án
• Xem thông tin đăng tải tại Website Bộ giáo dục và Đào tạo. (Nhập tên NCS vào ô tìm kiếm)