Lúa mì chỉnh sửa gen kháng được bệnh phấn trắng

Các nhà khoa học Trung Quốc đã phát triển một giống lúa mì đã được chỉnh sửa gen có thể chống lại nấm gây bệnh phấn trắng, mà không làm hạn chế sự phát triển của hạt.

Bệnh phấn trắng trên lá cản trở sự phát triển của lúa mì và các loại cây trồng khác.

Bệnh phấn trắng (powdery mildew) là một trong những bệnh hại lúa mì chính: nó làm cây vàng lá và còi cọc, có thể phá hủy tới 40% diện tích ruộng, khiến nó trở thành một trong những mầm bệnh gây hại và tốn kém nhất.

Trong những chuyến thám hiểm vào những năm 1940 tới Ethiopia, các nhà khoa học đã phát hiện một số loại lúa mì địa phương không bị ảnh hưởng bởi loại nấm này. Tuy nhiên, những cây này và các phiên bản lai tạo sinh trưởng kém và không phát triển hạt. Vì vậy, vào những năm 1980, các nhà khoa học đã tạo ra giống lúa mạch có thể kháng nấm khá tốt và vẫn sinh trưởng tương đối mạnh để tạo ra hiệu quả kinh tế. Đây là một bước tiến đột phá, đã giúp bảo vệ lúa mì khỏi bệnh phấn trắng trong hàng thập kỷ trở lại đây.

Ở lúa mì, một gen gọi là MLO, khi bị đột biến có khả năng nhanh chóng làm dày thành tế bào và tự hủy các tế bào xung quanh ngăn cho nấm không còn tế bào sống để lây nhiễm, nhưng nó làm năng suất giảm 5% - gây thiệt hại trong nông nghiệp quy mô lớn.

Vài năm trước, Gao Caixia, nhà khoa học thực vật tại Viện Di truyền và sinh học phát triển thuộc Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc, và các đồng nghiệp đã bắt đầu nghiên cứu các phương pháp chỉnh sửa gen chính xác, trong đó có CRISPR. Các phương pháp chỉnh sửa gen mới cho phép thực hiện những thay đổi có mục tiêu đối với bộ gen. Thường thì những thay đổi này cũng có thể thực hiện được bằng lai tạo truyền thống, nhưng phải mất thời gian đến vài năm, thay vì vài tháng như chỉnh sửa gen. Một điểm hấp dẫn khác của việc chỉnh sửa gen là, một số quốc gia gần đây đã tạo điều kiện thương mại hóa thuận lợi và nhanh chóng hơn nhiều.

Đúng như mong đợi, lúa mì chỉnh sửa gen của Gao chống lại nấm gây bệnh phấn trắng, nhưng điều ngạc nhiên là ở khoảng 30 cây trong thí nghiệm vẫn phát triển nhanh và số hạt không có sự khác biệt so với những cây không bị chỉnh sửa. “Tôi chắc chắn rằng chúng tôi đã khám phá ra điều gì đó tuyệt vời,” Gao nhớ lại.

Tìm hiểu sâu hơn về bộ gen của những cây đã được chỉnh sửa, Gao và các đồng nghiệp phát hiện, việc chỉnh sửa vô tình loại bỏ không chỉ một phần của gen MLO mà còn cả một đoạn DNA lớn trên một nhiễm sắc thể, dẫn đến một gen gần đó được gọi là TMT3 hoạt động mạnh hơn, và đây là nguyên nhân giữ cho cây phát triển bình thường. Gao cho biết gen TMT3 mã hóa cho một loại protein liên quan đến vận chuyển các phân tử đường, nhưng vẫn chưa rõ vì sao gen này đã khắc phục được tình trạng mất năng suất do đột biến gen MLO gây ra.

TMT3 cũng được tìm thấy trong nhiều loài thực vật khác. Do đó, Gao và các đồng nghiệp muốn thử chỉnh sửa gen một số cây như dâu tây, ớt và dưa chuột, đây là những loại cây rất dễ bị bệnh phấn trắng. Đồng thời, họ đã chỉnh sửa gen bốn giống lúa mì được nông dân Trung Quốc ưa chuộng, và sẽ kiểm tra năng suất các giống này trong các thử nghiệm lớn hơn.

Trước khi có thể bán bất kỳ loại lúa mì chỉnh sửa gen nào cho nông dân ở Trung Quốc, các giống lúa mì chỉnh sửa gen mới cần được Bộ Nông nghiệp nước này phê duyệt. Gao lạc quan: Hướng dẫn mới của Bộ về việc phê duyệt cây trồng chỉnh sửa gen tạo ra một con đường rõ ràng để thương mại hóa.

Anh Phương – CESTI, theo Science.org