Phương pháp kiểm soát dịch hại đột phá này hoạt động với gien của chính cây để tiêu diệt những con giun siêu nhỏ cụ thể, được gọi là giun tròn, mà không gây hại cho bất kỳ côn trùng, chim hoặc động vật có vú nào khác.

Tiến sĩ Konstantin Blyuss, từ Trường Khoa học Toán học và Vật lý tại Đại học Sussex, cho biết: “Với dân số toàn cầu đang tăng, nhu cầu lương thực thực phẩm cũng tăng theo cùng với đó là nhu cầu cấp thiết phải chuyển từ nhiên liệu hóa thạch sang nhiên liệu sinh học, nghiên cứu của chúng tôi là một bước tiến quan trọng trong việc tìm kiếm bảo vệ cây trồng an toàn với môi trường mà không gây hại cho ong hoặc côn trùng khác”.

Ước tính ngành nông nghiệp thiệt hại 130 tỷ USD mỗi năm do các bệnh giun tròn gây ra. Việc tiêu diệt giun tròn gây hại bằng thuốc trừ sâu hóa học là vấn đề lớn vì phương pháp này có thể gây hại bừa bãi cho các côn trùng khác.

Có những vi khuẩn xuất hiện tự nhiên trong đất có thể giúp bảo vệ cây chống lại giun tròn gây hại, nhưng cho đến nay vẫn chưa có cách nào hiệu quả để khai thác sức mạnh của những vi khuẩn này để bảo vệ cây trồng trên quy mô lớn.

Tiến sĩ Blyuss và các đồng nghiệp của ông đã sử dụng “can thiệp RNA” (RNAi) để nhằm mục tiêu chính xác một loài giun tròn gây hại cho lúa mì.

Tiến sĩ Blyuss giải thích: “Một tuyến trùng, như tất cả các sinh vật sống khác, đòi hỏi một số protein được tạo ra để tồn tại và sinh sản, và sự can thiệp RNA làm quá trình này dừng lại”.

Nhóm nghiên cứu đã phát triển một phương pháp để vô hiệu hóa các gien của giun tròn gây hại bằng cách sử dụng các chất kích thích sinh học có nguồn gốc từ vi khuẩn đất tự nhiên. Các chất kích thích sinh học cũng tắt các gien của chính cây bị ảnh hưởng bởi giun tròn, khiến ký sinh trùng khó gây hại hơn cho cây trồng.

Quá trình vô hiệu hóa gien được kích hoạt khi các chất kích thích sinh học, là chất chuyển hóa của vi khuẩn xảy ra tự nhiên trong đất, được sử dụng cho lúa mì. Các chất kích thích sinh học có thể được sử dụng bằng cách ngâm hạt hoặc rễ trong dung dịch chứa chất kích thích sinh học, hoặc bằng cách thêm dung dịch vào đất nơi trồng cây.

Tiến sĩ Blyuss nói: “Bằng cách ngâm hạt giống của cây vào dung dịch chất kích thích sinh học, cây sẽ đưa các hợp chất đặc biệt được sản xuất bên trong cây vào giun tròn, sau đó giết chết chúng. Các hợp chất này đã nhằm mục tiêu vào  các gien cụ thể của giun tròn, vì vậy chúng tôi biết điều này sẽ không ảnh hưởng đến các sinh vật khác”.

Các chất kích thích sinh học chỉ ảnh hưởng đến giun tròn và gien thực vật cụ thể, và không gây hại cho các loài côn trùng khác. Và bởi vì chúng là tự nhiên, thay vì làm bằng hóa chất, chúng có thể được sử dụng bởi những người nông dân sản xuất hữu cơ để làm cho thực phẩm hữu cơ có giá cả phải chăng hơn trong tương lai.

Mô hình toán học của Tiến sĩ Blyuss giải thích cách thức can thiệp RNA hoạt động trong thực vật và chỉ ra cách hiệu quả nhất để áp dụng các chất kích thích sinh học để giữ cho cây trồng an toàn khỏi tuyến trùng gây hại.

Các thí nghiệm của nhóm cho thấy rằng việc ngâm hạt của cây trong dung dịch chất kích thích sinh học làm tăng cơ hội sống của cây từ 57 - 92%. Kỹ thuật này cũng làm giảm mức độ nhiễm giun tròn từ 73 - 83% so với cây trồng không có chất kích thích sinh học.

Giải thích về nghiên cứu, Tiến sĩ Blyuss nói: “Bằng cách sử dụng các mô hình toán học, chúng tôi đã biết được cách các chất kích thích sinh học được cây lúa mì hấp thụ. Chúng tôi cũng đã xem cách RNAi phát triển bên trong cây và giun tròn, cách cây có thể chuyển đổi tắt các gien cụ thể liên quan đến quá trình ký sinh trùng của giun tròn, do đó ngăn chặn sự xâm nhập của giun tròn và cách các bộ phận của RNAi từ thực vật, khi được ăn bởi giun tròn, gây ra cái chết của chúng bằng cách làm vô hiệu hóa một số gien thiết yếu của chúng”.

Những hiểu biết này được kết hợp với công việc thử nghiệm tiên tiến trong việc phát triển các chủng vi khuẩn đất mới và chiết xuất các chất chuyển hóa của chúng, cũng như với các phân tích di truyền phân tử tiên tiến, để phát triển một thế hệ công cụ mới an toàn với môi trường để kiểm soát giun tròn gây hại ở lúa mì.

Những cây được sản xuất bằng cách sử dụng chất kích thích sinh học có năng suất cây trồng tốt hơn và khả năng kháng sâu bệnh cao hơn. Hơn nữa, bản thân các chất kích thích sinh học là thực sự tự nhiên, vì chúng không là gì khác ngoài các sản phẩm của vi khuẩn đã sống trong đất.

Nghiên cứu này rất thú vị bởi vì các chất kích thích sinh học thu được từ các sản phẩm của vi khuẩn đất tự nhiên, không bị biến đổi gien. Điều quan trọng của nó là không giống như thuốc trừ sâu hóa học, những chất sinh học này cũng có thể được sử dụng để bảo vệ nhiều loại cây trồng nông nghiệp chống lại ký sinh trùng Trong bối cảnh canh tác hữu cơ, đây là một vấn đề đặc biệt thách thức. Hơn nữa, các chất kích thích sinh học này có thể thay thế thuốc trừ sâu hóa học hoặc giảm đáng kể việc sử dụng chúng, do đó hạn chế tác động tiêu cực tiềm ẩn đến môi trường.