Sâu ăn rễ ngô phương Tây (Diabrotica virgifera) gây thiệt hại hàng năm hơn hai tỷ đô la Mỹ cho ngành sản xuất ngô, là một trong những loại sâu hại kinh tế quan trọng nhất trong sản xuất nông nghiệp. Loài côn trùng này có nguồn gốc từ Mỹ, nhưng những năm gần đây xuất hiện nhiều ở châu Âu. Chúng có khả năng chống lại nhiều chiến lược kiểm soát dịch hại thông thường, trong khi cơ chế bảo vệ tự nhiên của cây ngô chống lại kẻ thù đặc biệt này lại khá yếu ớt.

Christelle Robert và Matthias Erb từ Đại học Bern đã từng chỉ ra rằng sâu ăn rễ ngô (rootworm) có khả năng chống lại các chất chuyển hóa bảo vệ ngô quan trọng nhất (các benzoxazinoid). Robert đã chứng minh rằng sâu non thậm chí còn bị thu hút bởi benzoxazinoids và có thể sử dụng những chất này để bảo vệ chúng khỏi các tuyến trùng thiên địch. Tuy nhiên, cho đến nay vẫn chưa rõ benzoxazinoids nào thu hút sâu hại. Sự kết hợp của di truyền học, hóa học và hành vi sinh thái đã cho phép các nhà khoa học giải đáp điều thắc mắc này: Ấu trùng Rootworm nhận ra các phức chất sắt đặc biệt được hình thành ở bề mặt rễ khi benzoxazinoid liên kết với sắt.

Hấp thu sắt: nhược điểm của cây ngô

Rễ của cây ngô non tiết ra benzoxazinoids, liên kết với sắt và tạo thành phức hợp trong đất. Các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng những phức hợp này làm tăng khả năng cung cấp sắt cho cây ngô và do đó cải thiện sự phát triển của cây trồng. Tuy nhiên, sâu hại rễ sử dụng những phức hợp sắt chính xác: Ấu trùng Rootworm lần theo các phức hợp sắt benzoxazinoid để tìm đến rễ cây giàu chất dinh dưỡng của cây ngô. Đồng thời, chúng hấp thu những phức hợp này cho nhu cầu riêng của chúng. Christelle Robert cho biết: “Sâu ăn rễ ngô đã phát triển một chiến lược thông minh để khai thác khả năng tạo ra sắt của cây ký chủ. Có thể nói, chiến lược này cho phép côn trùng gây thiệt hại nghiêm trọng cho cây ngô và gây ra mất mùa nghiêm trọng. "Hành vi này cũng đặt ra sự tiến thoái lưỡng nan đối với các nhà tạo giống cây trồng: Để loại bỏ sâu hại rễ, chúng ta phải làm giảm sự sản xuất các benzoxazinoid trong rễ, nhưng điều này lại làm suy yếu khả năng hấp thu sắt của thực vật". Tuy nhiên hiện nay chúng ta hiểu cách sâu ăn rễ định hướng trong đất, chúng ta sẽ có cách để giảm sự gây hại của chúng", Nhà khoa học giải thích rằng cô đã suy nghĩ về khả năng sử dụng các phức chất sắt như chất hấp dẫn để dẫn dụ sâu hại, giữ chúng không tiếp cận rễ ngô.

Các kết quả của nghiên cứu nhấn mạnh sự tiến thoái lưỡng nan mà các loài thực vật phải đối mặt khi loài ăn cỏ bùng phát và phát triển khả năng kháng lại sự phòng thủ. “Vì benzoxazinoids có chức năng cả trong việc phòng vệ loài ăn cỏ và sự hấp thụ chất dinh dưỡng, nên rất khó để cây trồng ngay lập tức ngừng sản xuất hợp chất phòng thủ  liên quan rất nhiều chức năng quan trọng khác. Sẽ là thách thức lớn khi chúng ta muốn trồng cây ngô chống được sâu ăn rễ tốt mà không làm giảm khả năng hấp thu dinh dưỡng sắt của chúng”. Jonathan Gershenzon thuộc Viện Sinh thái Hóa học Max Planck cho biết. Cùng với Tobias Köllner và nhóm của ông ở Jena, ông đã đóng góp vào việc lai tạo các dòng ngô, được loại bỏ các bước khác nhau của quá trình sinh tổng hợp benzoxazinoid. Những dòng này rất cần thiết cho việc xác định benzoxazinoid - sau khi gắn kết với sắt - tạo thành hợp chất mà sâu hại nhận biết và sử dụng như một dấu hiệu cho việc lựa chọn cây trồng.

Thực tế là sâu ăn rễ ngô Phương Tây có khả năng nhận diện được các hợp chất sắt và điều chỉnh hành vi chế độ ăn của nó phù hợp với chuỗi thức ăn. “Nhiều nguyên tố vi lượng quan trọng liên kết với các phân tử hữu cơ trong tự nhiên. Chúng tôi hy vọng rằng các sinh vật bậc cao khác cũng có khả năng cảm nhận các dạng sinh học sẵn có của các nguyên tố vi lượng và sử dụng chúng để cải thiện sự cân bằng dinh dưỡng” Matthias Erb nói. "Sâu hại rễ ngô phương Tây là một loại côn trùng gây bực bội, nhưng lại rất thú vị vì chúng ta rút ra được một phương pháp dẫn dụ mới trong tự nhiên".

Lê Thị Thanh theo Sciencedaily.