Các yếu tố phức hợp có thể thúc đẩy sự xuất hiện và tiến hóa của nguồn bệnh thực vật

Gần đây, một nghiên cứu sử dụng các cây trồng từ 2 chi thuộc họ bầu bí: bí xanh, bí đỏ, bí ngồi có nguồn gốc châu Mỹ cũng như dưa leo, dưa lê có nguồn gốc từ châu Á. Cây họ bầu bí được sử dụng như hệ thống mô hình để tìm hiểu cách thức và lý do tại sao các mầm bệnh thực vật xuất hiện.

Trong nghiên cứu này, 88 mẫu vi khuẩn Erwinia tracheiphila được phân lập từ 2 chi thực vật ký chủ này ở miền đông nước Mỹ và giải trình tự bộ gen của chúng. E. tracheiphila là tác nhân gây bệnh héo rũ vi khuẩn của các cây họ bầu bí, dẫn đến thiệt hại về năng suất và chi phí cho phòng trừ bệnh khoảng 10 triệu đô la mỗi năm. Tuy nhiên có rất ít biện pháp có hiệu quả để phòng trừ do thiếu kiến thức cơ bản về nguồn bệnh này.

Trình tự bộ gen của E. tracheiphila cho thấy bộ gen của vi khuẩn này kết hợp rất nhiều các gen và các DNA từ nhiều nguồn khác nhau, điều này cho thấy vi khuẩn này đã trải qua những thay đổi lớn trong thời gian gần đây. Có rất ít sự khác biệt về di truyền giữa bộ gen của 88 dòng vi khuẩn phân lập được. Từ những dữ liệu di truyền này cho thấy rằng E. tracheiphila tiến hóa như nguồn bệnh chỉ trong thời gian gần đây.

Các nhà nghiên cứu đã tìm thấy 3 dòng vi khuẩn khác nhau. Đáng ngạc nhiên là dưa leo là cây ký chủ nhạy cảm nhất và mẫm cảm với cả 3 dòng vi khuẩn trên. Điều đáng chú ý là bí ngô và bí ngồi có nguồn gốc từ Đông Bắc Mỹ và đã có mặt khắp châu Mỹ trong hàng triệu năm, dưa leo và dưa lưới chỉ được đưa vào Bắc Mỹ sau khi thực dân châu Âu định cư vào khoảng những năm 1.500. Điều này chứng minh rằng việc du nhập 1 cây trồng mới và nhân rộng sản xuất ở vùng Đông Bắc Mỹ đã vô tình gây ra sự xuất hiện của một mầm bệnh mới và rất nguy hại.

Phát hiện của chúng tôi cho thấy rằng du nhập cây họ bầu bí, đặc biệt là dưa leo, được trồng độc canh chuyên sâu, kết hợp với khí hậu địa phương, đã góp phần tạo ra một môi trường sinh thái mới thích hợp cho sự xuất hiện 1 mầm bệnh vi khuẩn mới.

Trường hợp này cho chúng ta cơ hội để mổ xẻ tại sao bệnh này chỉ xuất hiện duy nhất ở miền đông nước Mỹ - dựa vào thông tin của trình tự gen của bộ gen vi khuẩn - Tại sao khí hậu địa phương và canh tác nông nghiệp đã thúc đẩy sự xuất hiện, trú ngụ và tiến hóa của mầm bệnh thực vật này.

Điều này cho chúng ta những hiểu biết quan trọng rằng canh tác độc canh càng cao ở Bắc Mỹ dường như là 1 đóng góp quan trọng cho sự bùng phát dịch bệnh thực vật này. Độc canh là trồng 1 loại cây ký chủ với diện tích lớn thay vì trồng nhiều cây trồng trên cùng 1 cánh đồng. chẳng hạn như trường hợp với hệ thống đa canh của người da đỏ cổ đại.

Vi khuẩn E. tracheiphila có nhiều điểm tương đồng đáng chú ý với bệnh dịch hạch do vi khuẩn Yersinia pestis, đã giết chết 1 nửa dân số Châu Âu trong thời trung cổ. Cả vi khuẩn E. tracheiphila và Y. pestis đều có những thay đổi đáng kể trong bộ gene của chúng. Những thay đổi này cho phép cả 2 mầm bệnh này xuất hiện thành các quần thể ký chủ lớn, dày đặc, tương tự về mặt di truyền – con người trong trường hợp của Y.pestis và cây họ bầu bí trong trường hợp E. tracheiphila

Sự xuất hiện gần đây của E. tracheiphila là 1 vấn đề của sản xuất nông nghiệp và mỗi cá nhân sản xuất không thể giải quyết được. Nghiên cứu này cho thấy rằng sản xuất nông nghiệp hiện đại – năng suất cao không thể tưởng tượng - cũng có tính nhạy cảm không lường trước được đối với vi sinh vật gây bệnh. Kết quả này giúp chúng ta tạm dừng và thúc đẩy chúng ta suy nghĩ nhiều hơn về cách bảo vệ hệ thống nông nghiệp của mình từ các tác nhân gây bệnh như vi khuẩn E. tracheiphila trong tương lai.

Nguyễn Hiếu Hạnh theo Sciencedaily.