Ứng dụng công nghệ di truyền trong chọn tạo giống cây trồng kháng tuyến trùng

Cây đậu nành chuyển gene sinh trưởng bình thường so với cây đối chứng không chuyển gene, các nốt sưng tạo ra trên rễ ít hơn so với cây đối chứng. Nguồn: NVCC

Đây chỉ là một trong rất nhiều bệnh do tuyến trùng gây ra trên các loài cây trồng ở Việt Nam cũng như trên thế giới. Tuyến trùng nematode là một loại động vật không xương sống, thuộc ngành Giun tròn, có số lượng loài rất lớn, phân bố đa dạng, sống ở trong nước bao gồm cả nước biển, ký sinh trên động thực vật gồm cả con người… Chỉ tính riêng tuyến trùng ký sinh trên thực vật hiện nay đã có khoảng hơn 27.000 loài, trong đó tuyến trùng gây bướu rễ Meloidogyne khoảng 5.000 loài. Chúng tấn công hầu hết các loại cây lương thực, cây công nghiệp và cây trồng phổ biến hiện nay. Do vậy, tuyến trùng ký sinh thực vật là đối tượng gây hại nghiêm trọng nhất trong tất cả các đối tượng gây hại trên cây trồng. Dù không gây chết ngay lập tức song tuyến trùng gây hại thường làm giảm khả năng hút nước và hấp thụ dinh dưỡng, khiến cây sinh trưởng kém, còi cọc, lá úa vàng. Nguy hiểm hơn, tuyến trùng còn gián tiếp mở đường, tạo điều kiện cho các tác nhân gây hại khác như nấm bệnh, vi khuẩn, virus xâm nhập vào cây trồng, làm suy giảm năng suất và chất lượng nông sản. Việc phát hiện sớm cây bị nhiễm tuyến trùng cũng không dễ vì các triệu chứng do tuyến trùng gây ra khó phân biệt với triệu chứng thiếu dinh dưỡng hay ảnh hưởng của thời tiết bất lợi.

Bằng cách tìm hiểu chức năng gene của tuyến trùng và tương tác của chúng với cây trồng, PGS.TS Nguyễn Vũ Phong và nhóm nghiên cứu tại Trường Đại học Nông Lâm TP. HCM đang tiến gần hơn với các phương pháp hiệu quả giúp ức chế tuyến trùng, một trong những mối đe dọa lớn nhất với mùa màng hiện nay. Trong quá trình tìm kiếm, nhóm nghiên cứu nhận thấy công nghệ RNA can thiệp có thể là một trong những cách tiếp cận phù hợp. Bản chất của giải pháp này là vô hiệu hóa “vũ khí” của tuyến trùng – các effector.

Nhóm nghiên cứu đã sử dụng phương pháp làm câm lặng gene thông qua ký chủ (HIGS – Host Induced Gene Silencing). Phương pháp HIGS này được ứng dụng ngày càng nhiều để bảo vệ cây trồng khỏi những tác nhân gây hại. Về nguyên lý, các nhà nghiên cứu sẽ thiết kế một cấu trúc làm câm gene để chuyển vào cây trồng nhằm tạo ra các phân tử RNA chuyên biệt. Khi tuyến trùng tấn công cây trồng, các phân tử RNA này từ cây trồng sẽ được hút vào cơ thể tuyến trùng, làm câm các gene mã hóa các effector ở tuyến trùng.

Về bản chất, các kỹ thuật này cũng tương tự kỹ thuật chuyển gene để tạo ra cây trồng biến đổi gene từ trước đến nay. Tuy nhiên, điểm khác biệt nằm ở cấu trúc làm câm lặng gene được đưa vào trong tế bào thực vật. Trong trường hợp này, cấu trúc được chuyển vào sẽ tạo ra các đoạn ARN sợi đôi, sau đó được hệ thống bên trong cây trồng cắt ra thành những đoạn ngắn hơn. Khi tuyến trùng tấn công cây trồng, nó sẽ hút các đoạn ARN ngắn này vào trong cơ thể. Cơ chế RNA can thiệp trong tuyến trùng sẽ làm biến đổi sự biểu hiện gene (câm lặng gene), từ đó gây biến đổi hoạt động sống bình thường của tuyến trùng, làm chúng bị ức chế hoặc suy yếu.

Nhóm nghiên cứu đã thực hiện thử nghiệm trên cây đậu nành và cây lúa. Kết quả cho thấy, các dòng đậu nành và lúa biến đổi gene mang các trúc RNA can thiệp của nhóm nghiên cứu có khả năng giảm khả năng ký sinh và sinh sản của tuyến trùng từ 50% -70% so với đối chứng. Ngoài lúa và đậu nành, việc mở rộng ứng dụng công nghệ này cho các loại cây trồng khác cũng rất triển vọng.

Với công nghệ RNA can thiệp, các nhà nghiên cứu đã tạo được ba dòng cây đậu nành chuyển gene thế hệ T1 là DT22-2-2, DT22-3-1, DT22-5-1. Ba dòng cây này được lây nhiễm với tuyến trùng Meloidogyne incognita nhằm đánh giá khả năng kháng tuyến trùng. Kết quả cho thấy cả ba đều có khả năng kháng tuyến trùng Meloidogyne incognita, chứng minh vai trò quan trọng của effector tham gia trong quá trình ký sinh của tuyến trùng và hiệu quả của phương pháp RNA can thiệp ứng dụng trong chọn tạo giống cây trồng kháng với tác nhân sinh học gây bệnh. Sau 30 ngày lây nhiễm tuyến trùng, cây sinh trưởng bình thường, các nốt sưng rễ giảm 45 – 50% so với cây đối chứng.

Các kết quả này sẽ là nền tảng khoa học vững chắc để ứng dụng công nghệ hiện đại trong việc chọn tạo giống cây trồng kháng tuyến trùng.

Theo: vista.gov.vn