Khám phá chất hóa học mới giúp bảo vệ cây trồng khỏi nấm bệnh

Zymoseptoria tritici, nấm gây bệnh đốm lá trên lúa mì được kiềm chế bằng C18-SMe2+. Ảnh: Đại học Exeter.

Nấm gây bệnh là mối đe dọa lớn và ngày càng tăng đối với an ninh lương thực toàn cầu. Hiện nay, chúng ta bảo vệ cây trồng khỏi sự tấn công của nấm bệnh bằng cách phun các loại hóa chất chống nấm, còn được gọi là thuốc diệt nấm. Tuy nhiên, khả năng kháng thuốc ngày càng tăng của các loài vi sinh vật đòi hỏi phải phát triển liên tục các loại thuốc diệt nấm mới.

Một nhóm các nhà nghiên cứu từ Đại học Exeter, dẫn đầu bởi Giáo sư Gero Steinberg, đã kết hợp các nghiên cứu chuyên môn để tham gia vào cuộc chiến chống lại nấm gây bệnh trên thực vật.

Trong một ấn phẩm gần đây, trên tạp chí khoa học uy tín Nature Communications, họ đã báo cáo việc xác định các hoạt chất mono-alkyl chuỗi lipophilic cation (MALCs) giúp bảo vệ cây trồng chống lại bệnh đốm lá Septoria tritici trên lúa mì và bệnh đạo ôn trên lúa nước.

Đây là hai loại bệnh gây hại nghiệm trọng cho sự sịnh trưởng của lúa mì và lúa nước, do đó gây nguy hiểm cho an ninh lương thực. Quá trình nghiên cứu của các nhà khoa học bắt đầu với phát hiện MALCs ức chế hoạt động của ty thể nấm.

Ty thể là "kho năng lượng" di động, cung cấp "nhiên liệu" cho tất cả các quá trình thiết yếu của mầm bệnh. Bằng cách ức chế một con đường thiết yếu trong ty thể, MALCs đã cắt giảm nguồn cung cấp năng lượng cho tế bào, cuối cùng sẽ giết chết mầm bệnh.

Whilst Steinberg và các đồng nghiệp cho biết "cơ chế hoạt động" này tương tự đối với các MALC khác nhau, có hiệu quả chống lại các loại nấm gây bệnh trên thực vật. Đã có một MALC được tổng hợp và đặt tên là C18-SMe2+ cho thấy cơ chế hoạt động bổ sung bất ngờ.

Đầu tiên, C18-SMe2+ tạo ra các phân tử tích cực bên trong ty thể, nhắm vào các protein nấm thiết yếu và từ đó bắt đầu một chương trình "tự hủy", cuối cùng dẫn đến việc "tự chết tế bào" của nấm. Kế đến, C18-SMe2+ "báo động" hệ thống phòng thủ thực vật, chuẩn bị cho khả năng bị tấn công tiếp theo, do đó làm tăng khả năng thực vật chống lại kẻ xâm nhập.

Quan trọng nhất, các nhà nghiên cứu của Exeter chứng minh rằng C18-SMe2+ không có độc tính đối với thực vật và ít độc hơn đối với các sinh vật dưới nước và tế bào người so với các loại thuốc diệt nấm đang lưu hành hiện nay.

Giáo sư Steinberg nói: "Đó là cách tiếp cận kết hợp của các nhà khoa học Exeter, cho phép chúng tôi phát triển và mô tả đầy đủ chất hóa học mới này”. “Trường đại học đã nộp bằng sáng chế (GB 1904744.8), nhằm phát huy tiềm năng của chất hóa học mới này trong cuộc chiến không ngừng chống lại nấm hại. Hiện nay chúng tôi đang tìm kiếm các đối tác / nhà đầu tư để đưa sự phát triển này ra ngoài thực tiễn và chứng minh tính hữu dụng của nó trong “điều kiện nông nghiệp thực sự”. Mục tiêu lâu dài của chúng tôi là thúc đẩy an ninh lương thực bền vững, đặc biệt là ở các quốc gia đang phát triển".

Giáo sư Steinberg nói thêm: "Tôi luôn muốn áp dụng nghiên cứu của mình ra thực tiễn và mang lại lợi ích. Cách tiếp cận có tầm nhìn của Hội đồng nghiên cứu khoa học sinh học (BBSRC) đã mang đến cho tôi cơ hội này, và tôi rất biết ơn về điều đó. Đối với tôi, dự án này là một ví dụ mạnh mẽ về nghiên cứu tiến bộ có lợi cho công chúng".

Giáo sư Sarah Gurr nói: "Đây là một nghiên cứu kịp thời và quan trọng. Chúng ta luôn nhận thức được áp lực ngày càng tăng của nấm bệnh trên thực vật nhu cầu cấp thiết bảo vệ cây trồng, an toàn lương thực tốt hơn. Thách thức không chỉ là khám phá và mô tả phương thức hoạt động của các loại thuốc chống nấm mới mà còn đảm bảo rằng các chất hóa học này không gây hại cho thực vật, động vật hoang dã hay sức khỏe con người”.

Do đó, loại thuốc chống nấm mới này là một khám phá thú vị và tính hữu dụng của nó có thể vượt ra ngoài lĩnh vực nấm bệnh thực vật, đi xa hơn trong lĩnh vực nấm bệnh ở người và các ứng dụng khác trong công nghiệp như sơn, và chất bảo quản.

Lê Thị Kim Loan theo Phys.org