Nghiên cứu phát hiện sớm khả năng kháng bệnh ở cây lương thực

Bệnh héo rũ do vi khuẩn tàn phá cây lương thực trên toàn thế giới. Dịch bệnh này phá hủy các loại cây trồng chính như cà chua, khoai tây, chuối, gừng và tiêu. Bệnh xảy ra ở nhiều quốc gia và tấn công hơn 200 loài thực vật.

Vi khuẩn gây bệnh tồn tại trong đất, hạt và các bộ phận của thực vật trong nhiều năm. Nó có thể lây nhiễm vào nước và thiết bị nông nghiệp.

Các nhà nhân giống cây trồng và nông dân muốn biết làm thế nào để tạo nên giống kháng với vi khuẩn càng sớm càng tốt. Nhưng cho đến nay họ đã phải trồng cây và sau đó chờ đợi cho cây trưởng thành để quan sát sức đề kháng của cây.

Bây giờ nghiên cứu cho thấy một cách có thể tiết kiệm thời gian và giảm nguy cơ đáng kể cho nông dân và các nhà nhân giống cây trồng. Một phương pháp mới hứa hẹn dự báo khả năng kháng của giống cây trồng sớm hơn nhiều so với trước đây.

Hiện nay, các nhà nghiên cứu có thể phân tích tính kháng của giống cây trồng ở giai đoạn cây con đối với một loạt các mối đe dọa. Họ sử dụng các chất chuyển hóa thực vật và mô hình thống kê để giải mã sự bảo vệ hóa học của thực vật.

Kết hợp với các phương pháp di truyền, cách tiếp cận này sẽ hữu ích để xác định tính kháng mà phụ thuộc vào một số gien, một thách thức lâu dài trong nhân giống cây trồng.

Giáo sư Ian Dubery, Giám đốc Trung tâm Nghiên cứu Chuyển hóa Thực vật tại Đại học Johannesburg cho biết: “Khi nông dân mua hạt giống, họ cần phải suy nghĩ về các mối đe dọa bệnh với thực vật. Nếu đất đã bị nhiễm vi khuẩn Ralstonia solanacearum gây héo, nông dân có hai lựa chọn. Đầu tiên, đừng trồng các cây bị tấn công bởi bệnh héo vi khuẩn. Hai, chọn giống cây trồng có khả năng kháng hơn. Nếu có cả các điều kiện hạn hán và nhiệt độ cao cùng với vi khuẩn gây bệnh héo, nông dân muốn một giống cây có khả năng kháng đối với cả ba mối đe dọa”.

Điều này có thể đơn giản trong thời đại xác định được trình tự DNA toàn bộ hệ gien. Các nhà nghiên cứu có thể phân tích tất cả các gien của các giống cây trồng và chọn những gien thích hợp cho các mối đe dọa ở một trang trại cụ thể. Nhưng sức đề kháng của một cây trồng có thể không hoạt động như thế. Đối với một mối đe dọa, một gien duy nhất có thể bật hoặc tắt tính kháng. Đối với một số gien khác có thể có liên quan đến tính kháng bệnh này.

Dubery nói thêm: “Rất khó để thấy những giống nào có khả năng kháng bệnh héo rũ do vi khuẩn. Kháng với Ralstonia solanacearum là một đặc tính đa nguyên - nó phụ thuộc vào nhiều gien - và chúng chưa được hiểu rõ. Sẽ mất nhiều thời gian trước khi khoa học biết cách hoạt động của các gien gây nên tính kháng này”.

Trong khả năng miễn dịch của thực vật, tính nhạy cảm và sức đề kháng có thể bị ảnh hưởng nặng nề bởi các yếu tố môi trường.

Với tình hình hiện tại, nông dân có nguy cơ cây con chết trong đất bị nhiễm bệnh. Cây trưởng thành cũng có thể sống kém hơn dự kiến. Các nhà nhân giống cây trồng có khoảng thời gian rủi ro trong việc cải thiện giống cây trồng, điều này không thích hợp cho nông nghiệp.

Dylan Zeiss đã nghiên cứu bốn giống cà chua. Các giống này cho thấy tính kháng trung bình đến cao đối với Ralstonia solanacearum trong sản xuất nông nghiệp thương mại.

Ông lấy một chút lá, thân và rễ từ những cây khỏe mạnh của từng giống cây và nghiền chúng. Sau đó, ông đã phân tích các hỗn hợp này để tìm ra các chất mà các giống cây trồng tự tạo ra để bảo vệ mình.

Zeiss cho biết: “Thực vật có thể phát triển khả năng đề kháng với các mối đe dọa như vi khuẩn, virus hoặc các điều kiện khắc nghiệt của môi trường. Nhưng không giống như động vật, chúng không có các tế bào miễn dịch lưu thông để hỗ trợ miễn dịch mắc phải. Các cây trồng sử dụng kháng thể bẩm sinh được mã hóa bởi gien của chúng, đồng thời tổng hợp một loạt các hóa chất chống vi khuẩn để chống lại các mối đe dọa, thời tiết và những điều kiện bất lợi khác”.

Zeiss phân tích 41 loại hóa chất này, được gọi là chất chuyển hóa thứ cấp, từ các giống cà chua. Ông đã sử dụng một loại chất lỏng đặc biệt kết hợp với phép đo phổ độ nét cao. Điều này cho thấy những giống cây nào tạo ra những chất chuyển hóa với lượng là bao nhiêu.

Sau đó, các nhà nghiên cứu đã chạy dữ liệu thô thông qua một công cụ thống kê để thực hiện phân tích đa biến.

Các cây trồng đưa ra thông báo về những gì đang tấn công cây. Một số giống có khả năng nhận biết tốt hơn một số mối đe dọa cùng một lúc, và tạo nên tất cả các hóa chất cần thiết để tự bảo vệ mình.

Nếu một giống cây trồng có sức đề kháng mạnh hơn với một mối đe dọa, nó sẽ tạo nên nhiều hóa chất cần thiết hơn. Nếu giống cây trồng không có nhiều sức đề kháng chống lại mối đe dọa đó, nó sẽ không tạo ra hóa chất, hoặc với số lượng thấp hơn nhiều.

Dubery nói: “Về nguyên tắc, chúng tôi có thể sử dụng phương pháp này cho bất kỳ tương tác mầm bệnh thực vật nào. Khả năng kháng của giống cây trồng có thể được dự đoán ở giai đoạn cây con. Nếu một giống cây trồng có khả năng di truyền để phát triển tính kháng với một mối đe dọa, nó sẽ tổng hợp các hóa chất để bảo vệ chính nó”.

Dubery nói: Trong tương lai, các nhà nhân giống cây trồng có thể chọn giống cây lương thực có khả năng chịu nhiệt, hạn hán, vi khuẩn và virus, bằng cách kết hợp các chất chuyển hóa với công nghệ dựa trên gien.

Nguyễn Minh Thu (Theo sciencedaily)