Một Polysaccharide từ hạt của cây lanh (Linum usitatissimum) có khả năng dẫn dụ tuyến trùng ký sinh thực vật. Một hợp tác nghiên cứu tại Đại học Kumamoto, Nhật Bản đã trở thành nghiên cứu đầu tiên tinh chế và xác định thành công chất dẫn dụ tuyến trùng nốt sần ký sinh thực vật từ hạt lanh. Các thí nghiệm của họ cho thấy rhamnogalacturonan-I (RG-I), một thành phần trong thành tế bào hạt lanh có thể thu hút tuyến trùng nốt sần. Các liên kết giữa rhamnose và L-galactose rất cần thiết cho sự dẫn dụ tuyến trùng.

Hành vi của tuyến trùng khi phản ứng với chất dẫn dụ của hạt lanh.

A: Tuyến trùng bị thu hút bởi một hạt lanh (Phía trên). Thí nghiệm thu hút tuyến trùng bằng dịch tiết của hạt ở 0 giờ (B) và 16 giờ (C) sau khi cho tuyến trùng vào dung dịch. Sau 16 giờ, hoạt động thu hút tuyến trùng (khuẩn lạc màu trắng) được quan sát (Dưới cùng). Thí nghiệm xác định sự bắt màu của các thành phần của vách tế bào hạt lanh ở 0 giờ (B) và 16 giờ (C). Một lượng lớn các thành phần của thành tế bào được giải phóng sau 16 giờ.

Tuyến trùng ký sinh thực vật là một trong nhiều loài dịch hại nông nghiệp được biết đến. Tuyến trùng ký sinh sẽ xâm nhiễm vào rễ cây và hình thành các nốt sần trên rễ. Cây bị tuyến trùng gây hại nặng không thể hấp thụ nước và muối vô cơ một cách hiệu quả, làm cho cây còi cọc, chậm phát triển hoặc thậm chí chết. Thiệt hại nông nghiệp do tác nhân tuyến trùng đã gây ra những lo ngại lớn trên toàn cầu. Mức độ thiệt hại nông nghiệp liên quan đến tuyến trùng được ước tính lên tới hàng trăm tỷ USD mỗi năm.

Các biện pháp xử lý tuyến trùng hiện nay như sử dụng thuốc hóa học và khử trùng đất đạt hiệu quả cao do tiêu diệt trực tiếp tuyến trùng trong đất. Tuy nhiên, chi phí thuốc trừ sâu và khử trùng đất đã trở thành gánh nặng tài chính lớn cho người nông dân. Ngoài ra, các giải pháp này còn gây ra thiệt hại đáng kể cho sức khỏe con người và môi trường, do thuốc hóa học làm mất cân bằng hệ vi sinh vật trong đất. Do đó, việc phát triển các phương pháp kiểm soát tuyến trùng thân thiện với môi trường là rất cần thiết.

Nhiều nỗ lực đã thực hiện để xác định chất dẫn dụ tuyến trùng do cây trồng tiết ra nhưng không thành công. Một trong những lý do là không thể thu số lượng lớn dịch tiết từ rễ để tinh chế và xác định. Hơn nữa, việc thiếu các phương pháp nhân nuôi tuyến trùng quy mô lớn cũng hạn chế khả năng thực hiện các thử nghiệm chọn lọc chất dẫn dụ.

Sự hợp tác nghiên cứu tại Đại học Kumamoto đã xác định các chất dẫn dụ để phát triển các thiết bị bẫy tuyến trùng. Trước đó, nhóm nghiên cứu đã phát triển thành công phương pháp nhân nuôi tuyến trùng trong điều kiện phòng thí nghiệm. Gần đây, họ phát hiện ra rằng hạt lanh có chứa một chất thu hút tuyến trùng. Hạt lanh có thể trồng với số lượng lớn, là nguồn lý tưởng để tinh chế chất dẫn dụ tuyến trùng. Bây giờ, các nhà nghiên cứu đã phân lập thành công chất dẫn dụ tuyến trùng từ dịch chiết hạt lanh bằng cách sử dụng một loạt các bước tinh chế sắc ký.

Nhóm nghiên cứu đã phân tích chất dẫn dụ tinh khiết và phát hiện ra rằng nó bao gồm các polysaccharid của thành tế bào. Cấu trúc của nó được tìm thấy giống với cấu trúc rhamnogalacturonan-I với các gốc rhamnose và axit galacturonic xen kẽ và các phân tử galactose và fucose là các chuỗi tổng hợp RG.

Nghiên cứu chuyên sâu cho thấy các chuỗi L-galactose rất quan trọng để thu hút tuyến trùng. Điều thú vị là trong khi D-galactose thường được tìm thấy trong thành tế bào thực vật, thì L-galactose tương đối hiếm, nhưng rất dồi dào trong hạt lanh. Các nhà nghiên cứu tin rằng sở thích duy nhất của tuyến trùng là L-galactose, điều này cho thấy tuyến trùng có một cơ chế nhận biết tinh vi, có khả năng phân biệt các phân tử nhỏ khác nhau của chất dẫn dụ. Các nhà nghiên cứu khẳng định thêm rằng đường tổng hợp disaccharide có liên kết rhamnose-L-galactose có khả năng thu hút tuyến trùng. Những loại đường này không được sử dụng như một nguồn dinh dưỡng cho tuyến trùng, mà hoàn toàn là một chất dẫn dụ.

Cấu trúc của chất dẫn dụ tuyến trùng RG-I

(Hình phía trên) liên kết rhamnose-L-galactose (vòng tròn màu đen) là yếu tố cần thiết để thu hút tuyến trùng. (Hình phần dưới) disaccharide rhamnose-L-galactose đại diện cho đoạn RG-I nhỏ nhất có thể thu hút tuyến trùng.

Giáo sư Shinichiro Sawa, người đứng đầu nghiên cứu cho biết: “Trong nghiên cứu của chúng tôi, chất dẫn dụ tuyến trùng đã được tìm thấy, giờ đây chúng tôi đang tiến một bước gần hơn để phát triển một thiết bị bẫy tuyến trùng. Do chất dẫn dụ này là một chế phẩm có nguồn gốc thực vật và không chứa hóa chất diệt tuyến trùng, nên có thể bỏ qua quy trình đăng ký thuốc trừ sâu. Bên cạnh đó, chúng tôi tin rằng chất dẫn dụ tuyến trùng từ nghiên cứu này không có tác động tiêu cực đến môi trường hoặc sức khỏe con người, và có tiềm năng đóng góp vào nền nông nghiệp bền vững và thân thiện với môi trường. Chúng tôi mong muốn nghiên cứu này sẽ truyền cảm hứng cho những sáng tạo mới cho ngành nông nghiệp”.

Nghiên cứu này được công bố trên tạp chí Science Advances ngày 2 tháng 7 năm 2021.

Nguyễn Hiếu Hạnh theo Đại học Kumamoto.