Các nhà nghiên cứu phát hiện cây ngô kêu gọi tuyến trùng khi bị sâu đục rễ kháng gen Bt tấn công

Một ngày nào đó - trong cuốn bách khoa toàn thư về khoa học có lẽ  khái niệm "Tính bền bỉ" có thể bao gồm một bức ảnh sâu đục rễ ngô phương Tây. Loài sâu gan dạ và láu cá này đã tìm ra một cách tránh né hầu như mọi biện pháp phòng vệ của cây ngô cũng như của những người trồng ngô nhắm vào nó.

Đây là lý do tại sao nó có tên khác là “Con bọ tỷ đô” trong nhiều chu trình nông nghiệp, một cái tên phản ánh mức độ gây hại hàng năm của loài côn trùng này tới kinh tế của những người trồng ngô ở Mỹ, những người đã trồng 89,1 triệu mẫu cây trồng này vào năm ngoái, theo Bộ Nông nghiệp Hoa Kỳ. Không phải tất cả diện tích ngô đó đều có rủi ro. Nhưng sâu đục rễ được xem là loại dịch hại nguy hiểm nhất ở Vành đai ngô của Midwest, nơi có sản lượng ngô cao nhất, mà dẫn đầu là Iowa, Illinois, Nebraska, và Minnesota.

Hãy xem ghi nhận ấn tượng về loài sâu này: Nó đã sống sót sau khi bị xử lý bằng thuốc trừ sâu ở cả dạng hạt và dạng phun. Nó đã tìm ra cách đánh bại biện pháp luân canh cây trồng, một biện pháp nhằm ngăn cản sự gia tăng mật độ sâu đục rễ. Và các nhà khoa học nói rằng nó đã phát triển tính kháng với các cây ngô chuyển gen có khả năng giải phóng độc tố khi bị sâu hại này tấn công, một biện pháp phòng vệ mà đã được chúng minh là có hiệu quả trong ít nhất một thập kỷ.

Hiện nay, các nhà nghiên cứu tại Đại học Delaware và USDA đã phát hiện ra một chiến lược phòng vệ trực tiếp của các cây lai, cung cấp một số biện pháp chống lại loài sâu hại cứng đầu này. Ivan Hiltpold, trợ lý giáo sư ngành côn trùng học và sinh thái đời sống hoang dã tại Khoa Nông nghiệp và Tài nguyên thiên nhiên, Đại học Delaware và Bruce Hibbard của USDA, người hướng dẫn nghiên cứu di truyền thực vật tại Đại học Missouri, đã công bố phát hiện của họ trên tạp chí Journal of Economic Entomology.

Sâu đục rễ ngô miền Tây đã gặp phải những thất bại đáng kể khi nông dân bắt đầu trồng các giống ngô lai được biến đổi gen để sản xuất ra các độc tố với côn trùng từ một loài vi khuẩn có tên là Bacillus thuringiensis (Bt). Khi một con sâu mẫn cảm tấn công một cây ngô lai, độc tố này thường sẽ giết chết sâu, ngăn ngừa thiệt hại.

Sau khoảng một thập kỷ có hiệu quả, những con sâu đục rễ ngô đã phát triển tính kháng lại ngô chuyển gen Bt.

Tuy nhiên, ngô Bt không chịu bất lực.

Hiltpold và Hibbard đã phát hiện ra rằng khi một con sâu hại rễ có tính kháng gen Bt xâm nhập mạnh vào cây ngô lai biến đổi gen, gây ra sự thiệt hại tăng cường, ngô lai sẽ phát ra một tín hiệu hóa học cụ thể, giống như kiểu ném tảng thịt xuống đại dương làm mồi cho cá mập. Trong trường hợp này, hợp chất hữu cơ được cây ngô phát ra sẽ thu hút tuyến trùng, những sinh vật nhỏ như giun ăn những ấu trùng sâu đục rễ.

Bạn có thể gọi nó là sự phòng vệ tiếng chuông báo hiệu bữa tối cho tuyến trùng. Các hóa chất nói với tất cả tuyến trùng trong vùng rằng bữa tối đã sẵn sàng và ấu trùng sâu đục rễ là món ăn trong thực đơn.

Đây là một báo hiệu tuyệt vời cho tuyến trùng, nhưng lại là điểm yếu mới của sâu đục rễ kháng gen Bt – điều mà các nhà kinh tế nông nghiệp gọi là “chi phí tương thích”, một sự đánh đổi giải thích một tính trạng mới thu được phải trả giá bằng một điều gì đó trong sự phát triển hoặc khả năng sinh sản của sinh vật như thế nào.

Ví dụ, việc chọn tạo giống ngô cho bắp lớn hơn có thể đem đến những hệ quả cho giống ngô đó trong tương lai. Nó có thể mất đi các tính trạng nhất định mà các giống ngô bắp nhỏ hơn vẫn duy trì được.

Hibbard cho biết: “Đây là trường hợp đầu tiên chúng tôi biết tới một số chi phí tương thích liên quan tới tính kháng – và đó là một quan điểm khác về chi phí tương thích so với bất kỳ quan điểm nào trước đây”. “Lý do duy nhất khiến cho tuyến trùng nhắm vào sâu hại có tính kháng này là chúng gây sát thương nhiều hơn cho cây”.

Tính kháng của sâu hại rễ miền Tây đối với giống ngô lai này đã khiến nó phải trải qua một lớp phòng vệ khác – các hợp chất được cây ngô phát ra chỉ để kêu gọi tuyến trùng khi cây bị loại sâu hại có tính kháng này tấn công. Ngô sẽ không phát ra các hợp chất này nếu không có sự tấn công của sâu kháng bởi vì khi đó tổn thương của cây không đủ lớn để kích hoạt sự phòng vệ.

"Vì vậy, nếu bạn sử dụng giống ngô đúng với những loại tuyến trùng này thì bạn có cơ hội kiểm soát các quần thể sâu kháng gen Bt", Hiltpold nói, “Đó là cách để quản lý loại dịch hại kháng này và nó ít có khả năng tiến hóa tính kháng hơn nữa”.

Mặc dù vậy, sử dụng tuyến trùng để bảo vệ cây trồng là một gợi ý tốn kém. Chúng không phải là một giải pháp kinh tế để quản lý các quần thể sâu đục rễ ngô miền Tây, Hiltpold chia sẻ.

Tuy nhiên, chúng có thể được sử dụng để xử lý những diện tích ngô có vấn đề và các ổ sâu kháng, ông nói.

Một số nông dân nghi ngờ biện pháp tuyến trùng và không ủng hộ chúng bằng mọi cách, Hiltpold nói. Và đúng là như thế, ví dụ: có một số loại tuyến trùng là mối đe dọa lớn cho cây đậu nành. Song, những con tuyến trùng bị dẫn dụ bởi các cây ngô biến đổi gen Bt này không phải là tuyến trùng gây hại cây ngô. Chúng là những tuyến trùng ăn côn trùng.

Và chúng có thể là một loại vũ khí khác trong kho vũ khí của nông dân trồng ngô.

“Đây chỉ là một yếu tố cấu thành khác của phương pháp quản lý dịch hại tổng hợp” Hibbard nói. “Việc này sẽ giúp tiêu diệt một số côn trùng kháng thuốc”. Nhưng hiện nay, các quần thể tuyến trùng tự nhiên không đủ lớn để quản lý hiệu quả sâu hại rễ. Bạn cần áp dụng kết hợp nhiều biện pháp”.

Hiltpold nói: Sâu đục rễ ngô miền Tây không phải là vấn đề đáng kể đối với cây ngô ở Delaware. Vì nó không thích đất cát. Nhưng Hibbard quan tâm tới việc nghiên cứu xem liệu tuyến trùng có thể có ích cho cây dưa hấu, một loại cây trồng quan trọng khác ở Delaware hay không.

“Để phòng trừ côn trùng hoặc dịch hại cây trồng, bạn càng áp dụng kết hợp nhiều biện pháp thì việc quản lý sẽ càng bền vững hơn”, Hiltpold nói.

Nguyễn Thị Hồng Nhung theo Phys.org