Công nghệ mới mang đến cơ hội chiến đấu chống lại dịch bệnh ở cây nho

Các nhà khoa học tại Đại học Riverside đã có một nỗ lực trong việc loại bỏ mối đe dọa đối với các vườn nho do loài rầy xanh đuôi đen gây ra, cũng như khả năng kháng thuốc trừ sâu của nó ngày càng tăng.

Quả nho khô héo trên cây nho sắp chết, có thể do bệnh Pierce. (Nataliia Shcherbyna / iStock / Getty).

Khi loài côn trùng dài nửa inch này ăn quả nho, nó sẽ truyền vi khuẩn gây bệnh Pierce. Một khi bị nhiễm bệnh, cây nho có khả năng chết trong vòng ba năm - một vấn đề ngày càng nghiêm trọng đối với ngành sản xuất rượu vang trị giá 58 tỷ đô la của California. Hiện tại, loài côn trùng này chỉ có thể được kiểm soát bằng cách kiểm dịch và phun thuốc hóa học, những biện pháp ngày càng kém hiệu quả.

Công nghệ chỉnh sửa gien mới mang lại hy vọng kiểm soát tình hình. Các nhà khoa học tại Đại học Riverside đã chứng minh rằng công nghệ này có thể tạo ra những thay đổi vật lý vĩnh viễn ở côn trùng. Họ cũng cho thấy những thay đổi này đã được truyền lại cho ba thế hệ côn trùng trở lên.

Nghiên cứu đã được xuất bản trên tạp chí Scientific Reports.

Peter Atkinson, nhà côn trùng học và đồng tác giả bài báo cho biết: “Nhóm của chúng tôi lần đầu tiên thiết lập các phương pháp tiếp cận di truyền để kiểm soát loài côn trùng này”.

Đối với dự án này, các nhà nghiên cứu đã sử dụng công nghệ CRISPR để loại bỏ các gien kiểm soát màu mắt của côn trùng. Trong một thí nghiệm, họ chuyển mắt của côn trùng thành màu trắng. Trong một trường hợp khác, đôi mắt chuyển sang màu đỏ như máu. Sau đó, nhóm nghiên cứu đã chứng minh những thay đổi màu mắt này là vĩnh viễn, được truyền sang con cái của những cặp bố mẹ đã được chỉnh sửa.

Mắt của rầy xanh đuôi đen với màu tự nhiên và được điều chỉnh CRISPR. (Inaiara de Souza Pacheco / UCR).

CRISPR dựa trên hệ thống miễn dịch của vi khuẩn. Trong các cuộc tấn công của vi rút, vi khuẩn lưu lại các đoạn ADN từ những kẻ xâm lược. Khi vi rút quay trở lại, vi khuẩn nhận ra, cắt và phá hủy ADN của vi rút.

Các nhà khoa học sử dụng CRISPR giống như kéo phân tử để nhắm mục tiêu các chuỗi ADN cụ thể.

Inaiara de Souza Pacheco, nhà côn trùng học Đại học Riverside và là tác giả chính của nghiên cứu cho biết: “Đây là một công nghệ tuyệt vời vì nó có thể rất cụ thể đối với một loài côn trùng và không gây ra các hiệu ứng ngoài mục tiêu đối với các loài côn trùng, động vật hoặc con người khác. Đó là một chiến lược kiểm soát côn trùng thân thiện với môi trường hơn nhiều so với việc sử dụng hóa chất”.

Một trong những khám phá thú vị mà nhóm nghiên cứu đã thực hiện là gien màu mắt của những côn trùng trên nằm trên nhiễm sắc thể không giới tính. Tất cả các loài động vật đều có hai loại nhiễm sắc thể: giới tính và nhiễm sắc thể thường, hoặc không hữu tính.

Pacheco nói: “Việc biết các gien màu trắng nằm trên nhiễm sắc thể thường chứng tỏ rằng sự di truyền của các gien này không liên quan đến giới tính của côn trùng. Điều này quan trọng đối với việc phát triển các chiến lược kiểm soát”.

Ví dụ, ở muỗi, chỉ có con cái mới truyền vi rút cho người. Xác định các gien trên nhiễm sắc thể giới tính có lợi cho muỗi cái là rất quan trọng đối với các chiến lược kiểm soát muỗi. Ngược lại, điều quan trọng là phải biết khi nào các gien quan trọng không nằm trên nhiễm sắc thể giới tính.

Các triệu chứng của bệnh Pierce, lây truyền bởi rầy xanh đuôi đen. (UCANR).

Để chứng minh rằng các đột biến do CRISPR tạo ra sẽ truyền sang các thế hệ tiếp theo, nhóm nghiên cứu cũng phải thiết lập cách để các côn trùng giao phối theo cặp. Atkinson giải thích: “Điều đó không phải lúc nào cũng đơn giản trong côn trùng học, vì côn trùng đôi khi cần nhiều hơn một loài côn trùng khác để được kích thích giao phối”.

Giờ đây, nhóm đã chứng minh được rằng CRISPR có thể hoạt động trên những loài côn trùng này, họ có một mục tiêu mới.

Rick Redak, nhà côn trùng học Đại học Riverside và đồng tác giả bài báo cho biết: “Chúng tôi đang sử dụng CRISPR để thử và sửa đổi các bộ phận miệng của côn trùng để chúng không thể lấy được vi khuẩn gây ra bệnh Pierce”.

Có nhiều khả năng nhóm nghiên cứu sẽ thành công trong việc sửa đổi miệng, dựa trên hiệu quả mà họ có thể thay đổi gien cho màu mắt của côn trùng. Nhóm nghiên cứu đã tiêm các phân tử CRISPR vào những quả trứng mới đẻ gần đây và trong một số thí nghiệm, nhiều con trong số 100% trứng trở thành nhộng với màu mắt thay đổi.

Nhà sinh vật học thực vật Linda Walling và đồng tác giả bài báo cho biết: “Nó hoàn toàn đáng kinh ngạc vì tỷ lệ thành công ở các sinh vật khác thường là 30% hoặc thấp hơn. Tỷ lệ chỉnh sửa gien thành công cao ở côn trùng này báo hiệu khả năng phát triển các phương pháp kiểm soát côn trùng mới, cũng như hiểu được đặc tính sinh học cơ bản của loài gây hại này”.

Atkinson cũng ngạc nhiên rằng nhóm nghiên cứu đã tiến gần đến mục tiêu tạo ra côn trùng không lây nhiễm như thế nào. Atkinson nói: “Trước CRISPR, việc tạo ra các đột biến cụ thể một cách dễ dàng ở tần số cao như vậy là không thể. Bây giờ chúng tôi tự tin có thể nghĩ ra cách tạo ra côn trùng không có khả năng truyền bệnh này”.

Ông nói: “Kết quả của nghiên cứu này là một ví dụ về sức mạnh mà các khoa nông nghiệp trong Trường Cao đẳng Khoa học Tự nhiên và Nông nghiệp, Đại học Riverside mang lại để phát triển các chiến lược kiểm soát dịch hại sáng tạo”.

Nguyễn Minh Thu – Mard, theo Sciencedaily.