Làm sáng tỏ chiến lược xâm nhiễm của nấm gây bệnh thực vật nhằm định hình tương lai của công tác bảo vệ cây trồng

Các bệnh do nấm là một trong những nguyên nhân hàng đầu gây thiệt hại mùa màng, đe dọa an ninh lương thực toàn cầu và sinh kế trong sản xuất nông nghiệp. Trong số các loài nấm gây bệnh thực vật, nhóm nấm gây bệnh thán thư và nấm đạo ôn lúa được biết đến là có chung một chiến lược xâm nhiễm. Chúng hình thành các cấu trúc xâm nhiễm chuyên biệt có chứa melanin gọi là appressorium (áp bào) và xâm nhập vào mô thực vật thông qua cơ chế melanized appressorium-mediated entry (MAE – xâm nhập qua áp bào có chứa melanin). Tuy nhiên, ngày càng có nhiều bằng chứng cho thấy một số loài nấm có thể không tuân theo mô hình truyền thống này, đặt ra câu hỏi liệu quá trình hình thành melanin có thực sự là điều kiện không thể thiếu đối với sự xâm nhiễm hay không.

Các nhà nghiên cứu phát hiện những con đường xâm nhiễm thay thế mà nấm Colletotrichum sử dụng để xâm nhập vào thực vật, làm thay đổi quan điểm vốn được chấp nhận từ lâu trong lĩnh vực bệnh học thực vật và chứng minh rằng quá trình hình thành melanin ở áp bào không phải là yêu cầu phổ quát đối với sự xâm nhiễm. (Nguồn ảnh: TS. Hiroki Irieda, Đại học Shinshu, Nhật Bản.)

Mới đây, nhóm nghiên cứu do phó giáo sư Hiroki Irieda tại Hội đồng Học thuật thuộc Viện Nông nghiệp, Đại học Shinshu (Nhật Bản) dẫn đầu đã tìm hiểu liệu tất cả các loài thuộc chi Colletotrichum có cần hình thành áp bào chứa melanin để xâm nhập vào cây trồng hay không, hay tồn tại những chiến lược xâm nhiễm thay thế. Kết quả nghiên cứu được công bố trên tạp chí Nature Communications vào ngày 27 tháng 6 năm 2026.

Ông Irieda cho biết: "Đối với xã hội loài người, bảo vệ thực vật, đặc biệt là trước các tác nhân gây bệnh do nấm, là một vấn đề hết sức quan trọng. Vì vậy, chúng tôi đã nghiên cứu các cơ chế phân tử nền tảng của chiến lược xâm nhiễm ở nấm, đặc biệt là quá trình tác nhân gây bệnh xâm nhập vào thực vật. Hiểu rõ cơ chế này sẽ góp phần phát triển các chiến lược mới nhằm kiểm soát và phòng ngừa bệnh hại".

Kiểm chứng vai trò của quá trình hình thành melanin

Các nhà nghiên cứu đã kết hợp các phương pháp di truyền học, hiển vi học, sinh lý học và phát sinh chủng loài để khảo sát chiến lược xâm nhiễm ở nhiều loài Colletotrichum. Họ sử dụng các chất ức chế quá trình sinh tổng hợp melanin cùng với các dòng đột biến thiếu melanin nhằm ngăn cản quá trình hình thành melanin ở áp bào, sau đó đánh giá khả năng gây nhiễm trên cây ký chủ và trên cây Arabidopsis thaliana bị suy giảm khả năng miễn dịch. Kính hiển vi có độ phân giải cao kết hợp với các phân tích chức năng được sử dụng để đánh giá sự hình thành áp bào, khả năng đâm xuyên và xâm chiếm mô thực vật, trong khi các phân tích phát sinh chủng loài được thực hiện nhằm làm rõ mối quan hệ tiến hóa giữa các loài nấm có khả năng xâm nhiễm mà không phụ thuộc vào quá trình hình thành melanin.

Ông Irieda cho biết: "Nghiên cứu của chúng tôi bắt đầu từ việc phát hiện một chủng Colletotrichum đặc biệt không bị ảnh hưởng bởi các chất ức chế sinh tổng hợp melanin và vẫn có khả năng xâm nhập vào cây thông qua các áp bào không chứa melanin. Quan sát bất ngờ này đã thúc đẩy chúng tôi tìm hiểu liệu quá trình hình thành melanin có thực sự cần thiết cho sự xâm nhập vào cây hay không".

Ba con đường xâm nhập vào mô thực vật

Kết quả nghiên cứu đã thách thức một giả định nền tảng trong lĩnh vực bệnh học nấm trên thực vật khi chứng minh rằng áp bào chứa melanin không phải là yêu cầu phổ quát đối với sự xâm nhiễm của các loài Colletotrichum. Nhóm nghiên cứu đã phát hiện một chiến lược xâm nhiễm mới, được gọi là nonmelanized appressorium-mediated entry (NMAE – xâm nhập qua áp bào không chứa melanin), trong đó nấm vẫn có thể xâm nhập thành công vào mô thực vật mặc dù không tạo ra melanin.

Nghiên cứu cũng cho thấy vai trò của quá trình hình thành melanin khác nhau giữa các loài Colletotrichum, đồng thời một số dòng tiến hóa nhất định có tỷ lệ cao các loài nấm thuộc kiểu xâm nhiễm NMAE. Một số chủng còn có khả năng gây nhiễm tự nhiên trước khi áp bào của chúng được hình thành melanin, chứng minh rằng melanin không phải lúc nào cũng là bước đầu tiên hoặc bước thiết yếu trong quá trình xâm nhập vào thực vật.

Bên cạnh đó, nhóm nghiên cứu còn tái phát hiện một chiến lược xâm nhiễm khác là hyphal tip-based entry (xâm nhập thông qua đầu sợi nấm), cho thấy các loài Colletotrichum có thể sử dụng ít nhất ba con đường khác nhau để xâm nhập vào cây trồng. Tổng hợp các kết quả này đã làm sáng tỏ tính linh hoạt ngoài dự đoán của cơ chế xâm nhiễm ở nấm.

Mở rộng định hướng kiểm soát bệnh hại

Việc chứng minh rằng một số loài Colletotrichum có thể gây nhiễm mà không cần áp bào chứa melanin đã mang lại những hiểu biết mới về sự đa dạng và quá trình tiến hóa của khả năng gây bệnh ở nấm. Phát hiện này làm nổi bật các cơ chế xâm nhiễm trước đây chưa được nhận diện và có thể trở thành các mục tiêu tiềm năng cho công tác quản lý bệnh hại cây trồng trong tương lai.

Đáng chú ý, nghiên cứu đã chỉ ra sự tồn tại của nhiều con đường xâm nhập vào thực vật và chứng minh rằng quá trình hình thành melanin không phải là yêu cầu bắt buộc đối với mọi cơ chế xâm nhiễm. Kết quả này tạo nền tảng cho việc phát triển các chiến lược bảo vệ cây trồng thế hệ mới. Trong bối cảnh các hệ thống nông nghiệp đang phải đối mặt với những thách thức ngày càng gia tăng từ các bệnh do nấm không ngừng tiến hóa, việc hiểu rõ các con đường xâm nhiễm thay thế này có thể góp phần xây dựng những giải pháp bền vững hơn nhằm bảo vệ sản xuất lương thực toàn cầu.

Ông Irieda kết luận: "Nghiên cứu của chúng tôi đề xuất một khuôn khổ mới về chiến lược xâm nhiễm thực vật của nấm Colletotrichum, đòi hỏi sự thay đổi trong cách nhìn nhận từ mô hình xâm nhập đơn lẻ dựa trên MAE truyền thống sang mô hình đa dạng hóa các con đường xâm nhập. Cách tiếp cận này có thể định hướng cho việc phát triển các chiến lược hiệu quả hơn nhằm bảo vệ cây trồng trước các bệnh nấm mới nổi".

Phạm Thành Nhân theo Phys.org