Rầy lá được biết đến như là các tác nhân truyền bệnh kí sinh trùng vi khuẩn (phytoplasma), bao gồm các loài thuộc chi Hishimonoides, Macrosteles, Amplicephalus, Osbornellus and Amplicephalus (tính từ trên cùng bên trái, theo chiều kim đồng hồ). Loài rầy lá Osbornellus ở dưới cùng bên phải được tìm thấy lần đầu tiên có mang một chủng phytoplasma.  Ảnh: Christopher Dietrich.

Phytoplasmas là những kí sinh trùng vi khuẩn có thể xâm nhập vào mô mạch của cây, gây ra nhiều bệnh khác nhau trên thực vật. Trong khi các nghiên cứu về phytoplasma chủ yếu bắt đầu bằng việc kiểm tra cây bị nhiễm bệnh, một phân tích mới tập trung vào những côn trùng rất nhỏ mang nguồn vi khuẩn này truyền từ cây này sang cây khác. Qua ly trích và kiểm tra DNA từ các mẫu rầy lá thu thập được trong tự nhiên, nghiên cứu đã xác định được các chủng phytoplasmas và tìm thấy sự liên kết mới giữa rầy lá và phytoplasma gây hại trên cây trồng.

“Công bố này trên tạp chí Biology, là nghiên cứu đầu tiên nhắm vào các phytoplasmas trên côn trùng trong tự nhiên”, Valeria Trivellone - nghiên cứu sinh sau tiến sỹ tại Illinois Natural History Survey, đồng thời cũng là người dẫn dắt nghiên cứu với nhà côn trùng học Christopher Dietrich cho biết. Đây cũng là lần đầu tiên ứng dụng phân tử được sử dụng để tìm kiếm và định danh phytoplasmas trong rầy lá.

Nhóm nghiên cứu bao gồm các nghiên cứu sinh sau tiến sỹ tại Illinois Natural History từ trái sang phải: Yanghui Cao và Valeria Trivellone và nhà côn trùng học Christopher Dietrich. Ảnh: Fred Zwicky.

“Chúng tôi so sánh các kỹ thuật phân tử truyền thống với phương pháp giải trình tự gen hế hệ mới và thấy rằng các kỹ thuật mới hơn làm tốt hơn”, Trivellone cho biết. Những kỹ thuật này sẽ cho phép các nhà nghiên cứu nhắm tới các vùng mục tiêu trong bộ gen phytoplasma để có một bức tranh rõ hơn về sự khác nhau giữa các chủng vi khuẩn và cách và chúng tấn công thực vật.

“Một điều thực sự mới mẻ về nghiên cứu này đó là chúng tôi tập trung vào các trung gian truyền bệnh trên rầy lá, chứ không phải trên thực vật”, Dietrich cho biết. Ông nói, phương pháp tiếp cận tiêu chuẩn để tìm kiếm phytoplasmas tốn nhiều công sức hơn, đòi hỏi các nhà khoa học phải trích xuất DNA từ cây bị bệnh và kiểm tra phytoplasmas.

“Nhưng ngay cả khi bạn xác định được phytoplasma, bạn cũng không biết con rầy lá hoặc vật trung gian nào khác đã truyền nó sang cây trồng. Vì vậy các nhà nghiên cứu phải quay trở lại đồng ruộng để thu thập tất cả các côn trùng có khả năng làm trung gian. Sau đó, họ thực hiện các thí nghiệm dẫn truyền, họ để rầy lá chích hút trên các cây bị bệnh và sau đó đặt chúng lên cây không bị bệnh và quan sát liệu cây có bị lây nhiễm từ đó hay không”, Dietrich cho biết.

Bởi vì đây là nghiên cứu tốn khá nhiều công sức và thời gian, “chúng tôi vẫn chưa có ý tưởng nào về loài côn trùng nào sẽ truyền hầu hết các phytoplasmas giữa các cây trồng. Điều này thực sự giới hạn khả năng của bạn để thiết lập một chiến lược quản lý hiệu quả”, Dietrich cho hay.

Ở nghiên cứu mới, các nhà nghiên cứu chuyển qua các mẫu rầy lá trong bộ sưu tập INHS. Dietrich đã thu thập nhiều côn trùng trung gian truyền bệnh trong vòng 25 năm như một phần công việc của anh ấy trong việc định danh mối tương quan di truyền và tiến hoá của chúng. Các nhà nghiên cứu đã kiểm tra 407 loài rầy lá thu thập khắp thế giới ở các vùng có ít tác động của sự phát triển của con người. Mẫu được thu từ Bắc đến Nam Mỹ, Châu Phi, châu Âu, Châu Á và châu Úc.

Nhóm nghiên cứu tách chiết DNA từ các mẫu và xử lý từng mẫu một sử dụng tiếp cận giải trình tự gen truyền thống và đời mới. Các kỹ thuật mới cho thấy giá thấp hơn và cung cấp nhiều thông tin hơn phương pháp truyền thống. Trong số các côn trùng được sàng lọc, 41 mẫu cho thấy chứa phytoplasmas và các nhà nghiên cứu đã có được các chuỗi trình tự phytoplasma hữu ích từ 23 loài rầy lá. Những phytoplasma này bao gồm các chủng gây bệnh xoăn vàng lá, làm giảm khả năng quang hợp của cây và giảm năng suất ở một số cây trồng khác nhau. Những phytoplasmas này được tìm thấy trong một số loài rầy lá mới mà chưa bao giờ cho thấy khả năng truyền bệnh. “Những con rầy lá có thể chuyển phytoplasma vào các cây trồng hoang dã trong tự nhiên”, Trivellone cho biết.

Nghiên cứu này đã phát hiện phytoplasmas ở những vùng trên thế giới nơi chưa có báo cáo nào về nguồn bệnh và một số chủng vi khuẩn mới. Các báo cáo trước đây cũng không cho thấy mối tương quan giữa một số phytoplasmas và rầy lá.

Các nhà khoa học không có công cụ để nhắm mục tiêu vi khuẩn ở những cây không có triệu chứng để ngăn chặn dịch bệnh bùng phát, vì vậy việc kiểm soát phytoplasmas liên quan đến việc sử dụng thuốc trừ sâu để tiêu diệt các vật trung gian truyền bệnh.

“Bởi vì các thuốc trừ sâu chỉ nhắm đến các đối tượng dịch hại cụ thể, cũng có thể tiêu diệt cả các côn trùng có ích, điều này thật không bền vững”, Trivellone nói.

Dietrich kiểm tra các loài rầy lá thu thập trong 25 năm qua, bây giờ là bộ sưu tập INHS. Ảnh: Fred Zwicky.

Dietrich cho biết: “Chúng tôi đã tìm ra rất nhiều chủng phytoplasmas trong tự nhiên mà con người chưa biết đến. Chúng không gây ra triệu chứng bệnh ở các cây bản địa mà chúng liên kết có thể trong hàng triệu năm. Chúng chỉ bắt đầu gây bệnh khi chuyển qua kí chủ mới mà chưa từng nhiễm phytoplasma trước đó”.

Khám phá mới này song song với với những phát hiện trong các bệnh truyền nhiễm mới nổi của con người có nguồn gốc từ động vật hoang dã. “Đây là lý do tại sao chúng ta cần nhìn rộng hơn về tự nhiên và xem những gì ở ngoài kia”, Dietrich nhấn mạnh.

Đinh Thị Lam theo Đại học Illinois.