Cách virus gây hại trên lúa làm rối loạn cơ chế phòng vệ của cây để bảo vệ côn trùng môi giới truyền bệnh

Nguồn: Ashutosh Sonwani từ Pexels.

Rầy nâu và rầy ăn lá không chỉ gây hại cho cây lúa bằng cách chích hút mà còn đóng vai trò là các côn trùng môi giới truyền bệnh virus hại cây hết sức nguy hiểm, gây tổn thất năng suất nghiêm trọng trên toàn thế giới. Đáng chú ý, khả năng né tránh thiên địch bền bỉ của chúng không chỉ là sự ngẫu nhiên- mà còn được chính các virus hại cây mà rầy nâu và rầy ăn lá môi giới truyền bệnh mang theo âm thầm củng cố.

Một nghiên cứu do nhóm của GS. Zhang Xiaoming tại Viện Động vật học, Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc (CAS), phối hợp với nhóm của GS. Ian T. Baldwin tại Trung tâm Xuất sắc CAS về Khoa học Phân tử Thực vật, đã phát hiện một chiến lược sinh thái hoàn toàn mới.

Thay vì chỉ “đi nhờ” thụ động qua côn trùng môi giới truyền bệnh, các virus gây hại lúa chủ động làm suy yếu các con đường phòng vệ của cây để bảo vệ chính các côn trùng môi giới truyền bệnh của mình. Phát hiện này làm thay đổi cách chúng ta hiểu về mối tương tác giữa cây trồng-virus-côn trùng-ong ký sinh, đồng thời mang lại những gợi ý mới cho quản lý dịch hại và bệnh hại theo hướng bền vững.

Kết quả nghiên cứu đã được công bố trên tạp chí Science Advances.

Cách cây lúa tự bảo vệ

Mô hình đề xuất minh họa cách các virus lây nhiễm trên lúa làm suy yếu cơ chế phòng vệ gián tiếp của lúa chống lại côn trùng môi giới truyền bệnh. Nguồn: Phòng thí nghiệm Zhang Xiaoming.

Trong điều kiện bình thường, khi bị rầy nâu nhỏ và các loài côn trùng ăn lá khác tấn công, cây lúa sẽ giải phóng methyl salicylate (MeSA) - một hợp chất hữu cơ bay hơi đóng vai trò như tín hiệu cảnh báo hóa học.

MeSA không chỉ xua đuổi côn trùng gây hại mà còn thu hút các thiên địch tự nhiên như ong ký sinh. Những loài ong này đẻ trứng vào trong trứng của sâu hại, qua đó kiểm soát hiệu quả mật số sâu hại và hình thành một tuyến phòng vệ gián tiếp quan trọng của cây trồng.

Cách virus phá vỡ hệ thống phòng vệ của cây

Tuy nhiên, các virus truyền qua côn trùng như virus gây bệnh sọc trong trên lá lúa (Rice Stripe Virus), được lan truyền bởi rầy nâu nhỏ, có thể làm gián đoạn hệ thống phòng vệ này của cây lúa. Thông qua protein NS2, các virus này ức chế quá trình sinh tổng hợp MeSA và về cơ bản “tắt” tín hiệu báo động của cây lúa.

Hệ quả là không còn thu hút được ong ký sinh, còn các côn trùng mang virus thì được bảo vệ hiệu quả. Điều này tạo ra một chu trình tự củng cố: virus bảo vệ côn trùng môi giới của mình, và côn trùng môi giới truyền bệnh lại giúp virus lây lan mạnh hơn.

Khôi phục cân bằng sinh thái trên ruộng lúa

Để phá vỡ chu trình này, các nhà nghiên cứu đã tiến hành thí nghiệm quy mô lớn ngoài đồng ruộng trong hai năm liên tiếp tại Jurong, tỉnh Giang Tô. Bằng cách bố trí các thiết bị giải phóng MeSA chậm trong ruộng lúa, họ đã khôi phục tín hiệu bị gián đoạn của cây.

Kết quả cho thấy số lượng ong ký sinh tăng lên đáng kể, mật độ sâu hại giảm xuống, và tỷ lệ ong ký sinh trứng tăng từ khoảng 40% ở các ruộng bị nhiễm virus lên hơn 60% - tương đương với mức quan sát được ở các ruộng không nhiễm virus. Đồng thời, sự lây truyền virus cũng được kiểm soát hiệu quả.

Vì MeSA là một chất chuyển hóa tự nhiên do cây lúa sản xuất, chiến lược này thân thiện với môi trường, không gây ô nhiễm hóa học và khó tạo ra hiện tượng kháng thuốc. Thay vì tiêu diệt sâu hại một cách triệt để, phương pháp này khôi phục các tương tác sinh thái bị phá vỡ và tái kích hoạt những cơ chế kiểm soát dịch hại tự nhiên vốn có của hệ sinh thái.

Nguyễn Tiến Hải theo Phys.org