GS. Bùi Chí Bửu tổng hợp

Trong nhiều năm qua, sử dụng đất nông nghiệp trên thế giới, đặc biệt ở vùng Tây Phi đã tạo ấn tượng đáng kể do sự chuyển dịch mạnh mẽ các loài cây trồng. Hiện nay, cây điều (Anacardium occidentale L.) là một trong những loài cây trồng được định hướng tốt nhất phục vụ xuất khẩu, chế biến ở Châu Phi, đặc biệt là Guinea-Bissau. Nhiệm vụ của nông nghiệp ở các nước đang phát triển là làm sao tăng thu nhập cho nông dân, thông qua việc chuyển đổi tập quán canh tác truyền thống sang canh tác mới, nhằm mục tiêu thương mại hóa nông sản với giá trị tăng thêm cao nhất. Nhiều kỹ thuật thâm canh được áp dụng, dẫn đến phá vỡ tính hệ thống của hệ sinh thái vốn có; sâu bệnh phát triển mạnh mẽ hơn, các sinh vật gây hại mùa màng tiến hóa hơn, gây khó khăn trong quản lý dịch hại trên đồng ruộng. Cây điều là một ví dụ. Cây điều có tác động kinh tế và xã hội rất lớn ở những nước đang phát triển (Monteiro và ctv. 2015).

Hiện nay, nghiên cứu bộ genome cây trồng (plant genomics) đã được phát triển khá tốt; trong đó metagenomics được xem như một công cụ mới xuất hiện, có khả năng vô cùng to lớn trong định tính tốt hơn mức độ thiệt hại do sâu bệnh với ngân hàng kiến thức khổng lồ về pathogen gây bệnh hại cây trồng trên sản xuất đại trà. Xét về lâu dài, metagenomics của cây điều sẽ là một công cụ đầy triển vọng của nghiên cứu genomics để xác định nấm gây bệnh hại cây điều cũng như phân biệt rạch ròi các pathogen gây bệnh hại, nhằm mục đích hỗ trợ các chiến lược nghiên cứu để kiểm soát và quản lý bệnh hại trong sản xuất điều toàn thế giới, đặc biệt ở Tây Phi (Monteiro và ctv. 2015).

Cây điều có nguồn gốc từ Trung và Nam Mỹ ở phía đông của Brazil – nơi được xem như là cái nôi của đa dạng loài trên thế giới theo Vavilov. Cây điều được du nhập vào Châu Phi khoảng giữa thế kỷ thứ 16 (Salam và Peter, 2010).

Bệnh hại do vi nấm gây ra được xem như là một trong những đe dọa đến kinh tế và an ninh lương thực của toàn cầu. Bệnh xuất hiện thành dịch hại lớn do pathogens thường xảy ra trên cây chủ mới và/hoặc vùng địa lý mới. Khi ấy, bệnh sẽ gia tăng với mức độ khôn lường trên cây chủ như hệ quả của quá trình thuần hóa của hệ sinh thái hoặc xu hướng thương mại mang tính toàn cầu hóa được mở rộng (Gladieux và ctv., 2011; Silva và ctv., 2012a).

Cây điều rất dễ nhiễm bệnh với khoảng 10 loài vi nấm được biết (Cardoso và ctv. 2013).

• Bệnh thán thư (anthracnose foliar blight) và thối quả (fruit rot) do vi nấm Colletotrichum gloeosporioides Penz. & Sacc.
• Bệnh chảy mủ (gummosis) trên cành cây và thân cây, do nấm Lasiodiplodia theobromae (Pat.) Griffon & Maubl.

Đây là hai bệnh thường gặp gây thiệt hại nghiêm trọng ở các nước sản xuất điều (Ghini và ctv., 2011). Tại Brazil, cho dù bệnh chảy mủ ngày càng phát triển ở các Bang Đông Bắc (Cardoso và ctv., 2004; Cysne và ctv., 2010; Moreira và ctv., 2013), nhưng chính bệnh thán thư mới là bệnh quan trọng nhất trong sản xuất đại trà, dẫn đến suy giảm năng suất đáng kể (Freire và ctv., 2002; Araújo, 2013).

Hình 1. Bệnh thán thư trên cây điều

Bệnh hại lá khác có tên là phấn đen (black mold) do nấm Pilgeriella anacardii (Bat., J.L. Bezerra, Castr. & Matta) Arx & E. Müll. và bệnh phấn trắng (powdery mildew) do nấm Oidium anacardii F. Noack, xảy ra với kết quả khó lường trong các vườn điều (Freire và ctv., 2002; Ghini và ctv., 2011).

Những nghiên cứu dịch tễ học về bệnh hại cây điều hầu hết được thực hiện tại Brazil, nơi mà bệnh thán thư đã được báo cáo đầu tiên vào năm 1948 (Rossetti, 1948). Tác nhân gây bệnh hại, C. gloeosporioides, là một pathogen phổ biến đối với hầu hết các loài cây ăn quả nhiệt đới (Figueiredo và ctv., 2012), có tính trạng hình thái học rất biến đổi theo những hệ thống canh tác khác nhau, và bản chất phát sinh bệnh cũng đa dạng (Freire và Cardoso, 2003).

Hình 2. Vi nấm Colletotrichum gloeosporioides Penz. & Sacc

Pathogen này có thể xâm nhiễm vào lá, nhánh cây, hoa, quả non, với triệu chứng làm nhăn nhúm võ ngoài và những vết bệnh có góc cạnh, tạo nên triệu chứng nhất thời, nhầy nhụa, tạo vô số bào tử nhỏ li ti có màu vàng cam trong những môi trường nhất định (Lopez và Lucas, 2010). Trong trường hợp bệnh nặng, là và quả non hoàn toàn bị rụi và rụng xuống đất (Freire và ctv., 2002). Mưa, ẩm độ cao và nhiệt độ bất thường là những yếu tố căn bản giúp bệnh phát tán và lây nhiễm trên diện rộng. Nấm C. gloeosporioides sống được trong mô bệnh ở trong đất, nhưng bào tử được phân tán nhờ mưa – nguồn gốc của phát tán bệnh khắp nơi (Cardoso và Viana, 2011). Bào tử được bảo tồn trong lớp nhày nhụa, lớp này bảo vệ chúng không bị chia cắt ra khi thời tiết quá khô rồi chờ cho đến khi mưa trở lại để tiếp tục phát triển. Tác động của giọt nước mưa rơi làm các bào tử văng ra trong một khoảng cách rộng, cộng thêm tác động của gió làm bệnh trở nên phát triển trên qui mô lớn hơn (Ntahimpera và ctv., 1999). Trong suốt mùa mưa, bệnh tỏ ra nghiêm trọng nhất, mức độ lan bệnh nhanh nhất bên trong cây và giữa các cây với nhau. Nhiệt độ biến thiên từ 22 đến 28°C và có ít nhất 10 giờ ướt sũng; đây là điều kiện tối ưu cho việc lây nhiễm bệnh (Freire và ctv., 2002). Trong điều kiện ẩm độ quá cao và mưa nhiều trong giai đoạn từ điều trổ bông cho đến hình thành quả non, phẩm chất của quả thịt (apple) và hạt điều sẽ bị ảnh hưởng nghiêm trọng, có khi mất mùa hoàn toàn (Cardoso và Viana, 2011; Uaciquete và ctv., 2013).

Hiện nay, bệnh thán thư rất phổ biến trên tất cả các vùng sản xuất điều, đặc biệt tại Brazil và Mozambique (Cardoso và Viana, 2011; Uaciquete và ctv., 2013). Sự lây nhiễm chéo bệnh thán thư trên cây điều từ giống nhiễm bệnh được trồng gần nhau, trong điều kiện vườn tạp đã được chứng nhận thông qua các thí nghiệm dịch tễ học (Lopez và Lucas, 2010; Lakshmi và ctv., 2011).

Trái lại, ở các quốc gia Tây Phi, có rất ít nghiên cứu nội dung nói trên về cách lây nhiễm và tác động của bệnh hại do nấm C. gloeosporioides (Otuonye và ctv., 2014), và những minh chứng của bệnh chảy mủ (cashew gummosis) (Adejumo, 2005; Adeniyi và ctv., 2011). Đặc biệt tại Guinea-Bissau, người ta phát hiện cây điều chết khô mà không có thông tin nào về nấm gây bệnh.

Metagenomics – Phương pháp tiếp cận mới rất triển vọng

Nấm gây bệnh hại rất khó khăn để phát hiện ra chúng mà không có một phương pháp tiếp cận đặc biệt nào đó, ví dụ như chỉ thị phân tử hoặc phương pháp truyền thống đã từng áp dụng trước đây  (Desprez-Loustau và ctv., 2007). Tính trạng hình thái học của pathogen được xác định làm cho việc tìm kiếm của chúng ta nhanh hơn phương pháp truyền thống; đặc biệt là phương pháp dựa trên hình thái học để phát triển trên nền tảng sinh học phân tử.

Những hạn chế của kỹ thuật ELISA (immunological assays) và công nghệ sinh học tùy thuộc vào phân tử DNA, hiện đã và đang được khắc phục. Trong những công cụ mang tính chẩn đoán, “Real Time PCR” và  kỹ thuật “microarray” tỏ ra triển vọng, đáng tin cậy, phân lập nhanh các pathogen gây bệnh cây trồng (Boonham và ctv., 2008; McLoughlin, 2011). Các dữ liệu về chuỗi trình tự gen của những pathogen mục tiêu đã được nâng lên thành nhu cầu cấp thiết trong nghiên cứu. Các phương pháp dựa vào PCR trở nên ngày càng quan trọng nhằm phát hiện và/hoặc thẩm định các pathogen chuyên biệt về mặt số lượng, mà trước đây chưa phân lập được chủng nòi (strain)/ nòi (race); xét về phân loại học, các loài pathogen gần gủi huyết thống cũng được cải thiện trong phân lập chúng khá nhiều. Công nghệ NGS (next generation sequencing) có tiềm năng khắc phục những hạn chế của các phương pháp trước mở ra một hướng nghiên cứu mới khai thác các hệ thống bệnh cây chưa định tính được trước đây (Monteiro và ctv. 2015).

Metagenomics đặc biệt cho thấy có nhiều thuận lợi trong điều tra và định tính những quần thể vi sinh vật từ các mẫu thu thập trong môi trường nhất định nào đó (Unterseher và ctv., 2011; Bragg and Tyson, 2014). Phương pháp genomic rất mạnh mẽ ấy dựa trên kết quả phân tích genome của vi sinh vật, không cần biết khả năng của nó được nuôi cấy ra sao trong phòng thí nghiệm, nhưng người ta vẫn có thể hiểu được đa dạng di truyền, kiến trúc quần thể, và nhiệm vụ mang tính chất sinh thái học của chúng trong các quần thể đã được thăm dò rồi (Guttman và ctv., 2014; Melcher và ctv., 2014). Metagenomics có thuận lợi đối với công nghệ NGS khi nghiên cứu trên diện rộng các quần thể vi sinh vật thông qua phân tích toàn bộ trình tự nucleotide của một mẫu nào đó. Những kết quả đáng giá ấy có từ việc sử dụng metagenomics còn được người ta kỳ vọng vào những đối tượng sống trong đất, nước, hoặc ở những môi trường cực đoan (Cuadros-Orellana và ctv., 2013). Chỉ riêng những kỹ thuật hiện nay của metagenomics đã cho chúng ta những công cụ mới để nghiên cứu mối tương quan giữa ký sinh và ký chủ trên cơ sở đồng tiến hóa (Faure và ctv., 2011; Knief, 2014), tạo ra sự kiện đầy triển vọng để xác định pathogen hiện có trong hệ thống bệnh cây chưa xác định. Trong phương pháp metagenomics để chẩn đoán pathogens, trình tự nucleotide của cây bị nhiễm bệnh, bao gồm trình tự của bất cứ pathogen hiện hữu nào đó, được giải mã và được phân tích. Những đóng góp quan trọng trong lĩnh vực này đều thể hiện trong cách tiếp cận nói trên, kể cả vi khuẩn, virus. Metagenomics được sử dụng để làm rõ và định tính tác nhân gây bệnh giả định đối với triệu chứng vàng bạc trên cam quýt (bệnh Huanglongbing: HLB, bệnh greening) (Duan và ctv., 2009; Tyler và ctv., 2009). Phân tích metagenomic data của triệu chứng “leprosis” trên lá cam quýt tại Colombia cho thấy có một loài virus mới được phát hiện trên chi Cilevirus (Roy và ctv., 2013). Rwahnih và ctv. (2009) đã ghi nhận có một loài virus mới trong kết quả gây bệnh của nhiều virus trước đây với triệu chứng chết chậm trên dây nho ở Syrah. Trên cơ sở chuỗi trình tự genome đầy đủ của virus mới, người ta sử dụng kỹ thuật RT-PCR để phân tích sâu hơn trên toàn bộ cánh đồng trồng nho ở California (Monteiro và ctv. 2015).

Hiện nay, giá phân tích giải trình tự DNA giảm rất nhanh nhờ công nghệ nano đã cho phép chúng ta ứng dụng phát triển các phương pháp có tính chất “high-throughput” và gia tăng mức độ bao phủ lên trình tự nguồn một cách chính xác hơn. Metagenomics trở thành phương pháp năng động bậc nhất trong nghiên cứu pathogen gây hại cây điều. Thách thức chính: khả năng phân tích số liệu NGS tùy thuộc vào trình độ xây dựng các phần mềm chuyên dụng và chiến lược quản lý dữ liệu mang tính chất hợp nhất, đa mục tiêu. Hiện nay nó vẫn còn là một nút thắt cổ chai (bottleneck) cần phải tháo gỡ (Monteiro và ctv. 2015).

TÀI LIỆU THAM KHẢO

Adejumo, T. O. (2005). Effect of NPK fertilization on yield and inflorescence blight of cashew (Anacardium occidentale). J. Agric. Biotech. Sustain. Dev. 2, 66–70.

Adeniyi, D. O., Orisajo, S. B., Fademi, O. A., Adenuga, O. O., and Dongo, L. N. (2011). Physiological studies of fungi complexes associated with cashew diseases. ARPN J. Agric. Biol. Sci. 6, 34–38.

Araújo, J. P. P. (ed.). (2013). Agronegócio Caju: Práticas e inovações. Brasília: Embrapa, p. 532.

Boonham, N., Glover, R., Tomlinson, J., and Mumford, R. (2008). Exploiting generic platform technologies for the detection and identification of plant pathogens. Eur. J. Plant Pathol. 121, 355–363.

Cardoso, J. E., Viana, J. M. P., Freire, F. C. O., and Martins, M. V. V. (2013). “Doenças do  cajueiro,” in Agronegócio Caju—Práticas e Inovações, ed. J. P. P. Araújo (Brasília: Embrapa), 217–238.

Cardoso, J. E., Santos, A. A., Rossetti, A. G., and Vidal, J. C. (2004). Relationship between incidence and severity of cashew gummosis in semiarid northeastern Brazil. Plant Pathol. 53, 363–367. doi: 10.1111/j.0032-0862.2004.01007.x.

Cardoso, J. E., and Viana, F. M. P. (2011). “Capítulo 9: impacto potencial das mudanças climáticas sobre as doenças do cajueiro no Brasil,” in Impacto das mudanças climáticass obredoenças de importantes culturas nobrasil, eds R.Ghini, E. Hamada, and W. Bettiol (Jaguariúna: Embrapa), 162–176.

Cysne, A. Q., Cardoso, J. E., Maia, A. H. N., and Farias, F. C. (2010). Spatial-temporal analysis of gummosis in three cashew clones at Northeastern Brazil. J. Phytopathol. 158, 676–682.

Figueiredo, L. C., Figueirêdo, G. S., Quecine, M. C., Cavalcanti, F. C. N., Santos, A. C., Costa, A. F., và ctv. (2012). Genetic and pathogenic diversity of Colletotrichum gloeosporioides, the causal agent of cashew anthracnose. Indian J. Fundam. Appl. Life Sci. 2, 250–259.

Freire, F. C. O., and Cardoso, J. E. (2003). “Doenças do cajueiro,” in Doenças De Fruteiras Tropicais De Interesse Agroindustrial, eds F. C. O. Freire, J. E. Cardoso, and F. M. P. Viana (Brasília: Embrapa, Informação Técnica), 192–225.

Freire, F. C. O., Cardoso, J. E., dos Santos, A. A., and Viana, F. M. P. (2002). Diseases of cashew nut plants (Anacardium occidentale L.) in Brazil. Crop Prot. 21, 489–494.

Ghini, R., Bettiol, W., and Hamada, E. (2011). Diseases in tropical and plantation crops as affected by climate changes: current knowledge and perspectives. Plant Pathol. 60, 122–132. doi: 10.1111/j.1365-3059.2010.02403.x.

Gladieux, P., Guérin, F., Giraud, T., Caffier, V., Lemaire, C., Parisi, L., và ctv. (2011). Emergence of novel fungal pathogens by ecological speciation: importance of the reduced viability of immigrants. Mol. Ecol. 20, 4521–4532.

Lakshmi, B. K. M., Reddy, P. N., and Prasad, R. D. (2011). Cross-infection potential of Colletotrichum gloeosporioides Penz. isolates causing anthracnose in subtropical fruit crops. Trop. Agric. Res. 22, 183–193.

Lopez, A. M. Q., and Lucas, J. A. (2010). Colletotrichum isolates related to anthracnose of cashew trees in Brazil: morphological and molecular description using LSU rDNA sequences. Braz. Arch. Biol. Technol. 53, 741–752. McLoughlin, K. S. (2011). Microarrays for pathogen detection and analysis. Brief. Funct. Genomics 10, 342–353.

Monteiro, F., Romeiras, M.M., Figueiredo, A., Sebastiana, M., Baldé, A., Catarino, L., Batista, D. (2015). Tracking cashew economically important diseases in the West African region using etagenomics. Frontiers in Plant Science Vol.6; Article 482; doi: 10.3389/fpls.2015.00482.

Moreira, R. C., Lima, J. S., Silva, L. G. C., and Cardoso, J. E. (2013). Resistance to gummosis in wild cashew genotypes in northern Brazil. Crop Prot. 52, 10–13.

Ntahimpera, N., Wilson, L. L., Ellis, M. A., and Madden, L. V. (1999). Comparison of rain effects on splash dispersal of three Colletotrichum species infecting strawberry. Phytopathology 89, 555–563.

Otuonye, A. H., Agbeniyi, S. O., Otuonye, T. C., and Muyiwa, A. A. (2014). Isolation and identification of fungi associated with cashew (Anacardium occidentale L.) leaf spot disease. Compr. Res. J. Agric. Sci. 2, 34–39.

Rossetti, V. (1948). Antracnose dos cajueiros, Vol. 14. São Paulo: O Biológico, p. 269.

Salam, M. A., and Peter, K. V. (2010). Cashew - A Monograph. New Delhi: Studium Press (India) Pvt. Ltd, p. 257.

Silva, D. N., Talhinhas, P., Cai, L., Manuel, L., Gichuru, E. K., Loureiro, A., và ctv. (2012a). Host-jump drives rapid and recent ecological speciation of the emergent fungal pathogen Colletotrichum kahawae. Mol. Ecol. 21, 2655–2670.

Uaciquete, A., Korstenb, L., and Van der Waals, J. E. (2013). Epidemiology of cashew anthracnose (Colletotrichum gloeosporioides Penz.) in Mozambique. Crop Prot. 49, 66–72.