Ấu trùng côn trùng có thể dựa vào các đối tác siêu nhỏ để giúp chúng ăn lá cây. Nguỏn: Egor Kamelev, Pexels.

Ấu trùng côn trùng ăn cỏ thường dùng miệng để bôi các loại protein tiêu hóa khác nhau lên thực vật mà chúng muốn ăn và khi thực vật phát hiện ra các chất hóa học thường thấy trong chất tiết miệng này, chúng có thể phản ứng lại vết thương bằng cách tạo ra các phân tử phòng vệ, bao gồm protein và các chất chuyển hóa chuyên biệt của chúng làm vô hiệu hóa các protein tiêu hóa của côn trùng và do đó ngăn côn trùng lấy chất dinh dưỡng từ thực vật.

Tất nhiên, sự tồn tại của các cơ chế bảo vệ hóa học như vậy trong thực vật là một vấn đề, mà côn trùng ăn cỏ phải chống lại. Một cách mà côn trùng đã phát triển để khắc phục những vấn đề này là hình thành quan hệ đối tác với vi khuẩn. Ví dụ, dịch tiết đường miệng tiêu hóa của bọ khoai tây Colorado (Leptinotarsa ​​Decemlineata) bao gồm vi khuẩn có thể ngăn chặn các cơ chế bảo vệ của cây cà chua mà loài bọ này thường ăn. Do đó, bọ cánh cứng và vi khuẩn đã đạt được “sự cộng sinh”, là một thuật ngữ mà các nhà sinh vật học sử dụng để mô tả mối quan hệ hợp tác đôi bên cùng có lợi. Bọ cánh cứng cung cấp cho vi khuẩn một môi trường thoải mái bên trong miệng và các cơ quan bài tiết khác, và vi khuẩn giúp bọ cánh cứng tiêu thụ chất dinh dưỡng từ cây cà chua.

Đối với Giáo sư (GS) Gen-ichiro Arimura của Đại học Khoa học Tokyo, đây là một kết quả hấp dẫn: “Mặc dù ai cũng biết rằng các vi sinh vật cộng sinh ở động vật (đặc biệt là vi khuẩn trong ruột của động vật ăn cỏ) ảnh hưởng đến các hoạt động sinh học như tiêu hóa và sinh sản, nhưng chúng ảnh hưởng như thế nào đến con mồi (tức là thực vật) không được biết đến nhiều. Nói cách khác, thực tế là các đối tác vi khuẩn của côn trùng thay đổi các quá trình sinh hóa bên trong thực vật sống trước khi nó bị ăn là một vấn đề được các nhà khoa học quan tâm”.

Giáo sư Arimura và nhóm nghiên cứu của ông, cộng tác với Đại học Okayama, tự hỏi liệu quan hệ đối tác như vậy với vi khuẩn có thể áp dụng trong trường hợp côn trùng Spodoptera litura, ấu trùng của loài côn trùng này thường gây hại mùa màng ở châu Á hay không. Trong một bài báo gần đây được công bố trên tạp chí New Phytologist, nhóm nghiên cứu của Giáo sư Arimura đã thử nghiệm áp dụng chất tiết ra từ miệng của ấu trùng S. litura đối với các lá bị hư hỏng của cây cải xoong (Arabidopsis thaliana). Khi các nhà nghiên cứu khử trùng chất tiết trong miệng để tiêu diệt hoặc loại bỏ bất kỳ vi khuẩn nào có thể có trong chúng, họ phát hiện ra rằng việc bôi những chất tiết này lên lá cây sẽ kích thích sự biểu hiện của các gien liên quan đến phòng vệ và sản xuất oxylipin đóng vai trò quan trọng trong việc bảo vệ Arabidopsis thaliana từ quá trình tiêu hóa.

Tuy nhiên, khi các nhà nghiên cứu sử dụng dịch tiết miệng chưa được khử trùng, vi khuẩn có trong dịch tiết miệng hoạt động để ngăn chặn sự biểu hiện của các gien liên quan đến phòng thủ và sản xuất oxylipin. Ngược lại, vi khuẩn kích thích sản xuất axit salicylic và axit abscisic, hai chất hóa học có tác dụng ngăn chặn việc sản xuất oxylipin.

Những phát hiện này là bằng chứng thuyết phục cho thấy vi khuẩn trong dịch tiết miệng của S. litura hỗ trợ ấu trùng vượt qua cơ chế bảo vệ của thực vật và các nhà nghiên cứu muốn xác định vi khuẩn gây ra điều này. Các thử nghiệm về dịch tiết ở miệng của ấu trùng cho thấy sự hiện diện của một loại vi khuẩn gọi là Staphylococcus epidermidis, và các thí nghiệm tiếp theo xác nhận S. epidermidis hoạt động để ngăn chặn các cơ chế bảo vệ của cây.

Những kết quả này cung cấp những hiểu biết quan trọng về cách S. litura chống lại cơ chế bảo vệ của thực vật và GS Arimura hy vọng rằng việc biết thêm về mối quan hệ giữa ấu trùng và vi khuẩn sẽ giúp các nhà khoa học cây trồng phát triển các kỹ thuật để bảo vệ các loài cây trồng quan trọng trước S. litura. Những kỹ thuật như vậy có thể giúp nông dân giảm thiểu việc sử dụng thuốc trừ sâu có hại cho môi trường và GS Arimura bày tỏ sự lạc quan rằng nghiên cứu của ông sẽ góp phần tạo ra nguồn cung cấp thực phẩm an toàn và đảm bảo và một môi trường phong phú.