Mầm bệnh hại cây trồng “vô hiệu hóa hệ thống báo động” của cây

Các nhà khoa học đã xác định được cơ chế giúp một trong những bệnh hại thực vật nguy hiểm nhất thế giới vượt qua hệ thống phòng vệ của cây trồng - một phát hiện có ý nghĩa quan trọng trong việc phát triển các giống cây trồng có khả năng kháng bệnh và thích ứng tốt hơn với điều kiện môi trường biến động.

Biến đổi khí hậu khiến cây trồng ngày càng dễ bị sâu bệnh tấn công hơn so với trước kia.

Công trình nghiên cứu, được công bố trên tạp chí Nature Communications, mô tả một nhóm enzyme do vi sinh vật Phytophthora infestans sinh tổng hợp - đây là tác nhân gây ra nạn đói khoai tây ở Ireland vào thế kỷ XIX, đồng thời là mối đe dọa thường xuyên đối với cây khoai tây và cà chua trên toàn cầu.

Dưới sự dẫn dắt của các nhà sinh học và hóa học tại Đại học York, phối hợp cùng Viện James Hutton và Đại học Tự do Bruxelles, nhóm nghiên cứu quốc tế đã phát hiện rằng mầm bệnh này sử dụng các enzyme đặc biệt, gọi là AA7 oxidase, để vô hiệu hóa hệ thống cảnh báo sớm của cây trồng, làm suy yếu khả năng phòng vệ trước khi cây kịp phản ứng.

Nhóm nghiên cứu cũng chứng minh rằng khi vô hiệu hóa các gen mã hóa cho những enzyme này, mầm bệnh mất khả năng xâm nhiễm cây chủ.

Phân tử báo động

Tiến sỹ Federico Sabbadin, từ Trung tâm Sản phẩm Nông nghiệp Mới (CNAP), Khoa Sinh học, cho biết: “Hiện tượng này tương tự như việc kẻ đột nhập cắt dây hệ thống báo động của ngôi nhà trước khi xâm nhập. Cơ chế của mầm bệnh là tiến hóa loại enzyme có hoạt tính tương tự với enzyme mà chính thực vật sử dụng để điều hòa các tín hiệu cảnh báo của mình.

Bằng cách tác động lên các phân tử báo động, mầm bệnh vô hiệu hóa chúng trước khi cây kịp phản ứng - như thể vi sinh vật đã học được ‘ngôn ngữ’ của cây và sử dụng nó để chống lại vật chủ. Khi các gen mã hóa cho những enzyme này bị bất hoạt, khả năng gây nhiễm của vi sinh vật giảm đáng kể.

Trong bối cảnh biến đổi khí hậu ngày càng làm gia tăng các hiện tượng thời tiết cực đoan và gây gián đoạn sản xuất nông nghiệp, cây trồng trở nên dễ bị tổn thương hơn trước sâu bệnh. Khi nhu cầu lương thực toàn cầu tiếp tục tăng, mỗi vụ mùa thất bát đều làm gia tăng nguy cơ thiếu hụt và đẩy giá nông sản lên cao.

Chiến lược cải thiện bảo vệ cây trồng

Với việc khám phá cơ chế tiềm ẩn của vi sinh vật gây bệnh, các nhà khoa học đã mở ra hướng mới trong việc bảo vệ cây trồng. Sự ức chế enzyme AA7 có thể giúp duy trì trạng thái kích hoạt của hệ thống phòng vệ ở thực vật, hỗ trợ nông dân bảo vệ năng suất trong điều kiện khí hậu ngày càng bất ổn.

Tiến sỹ Stephen Whisson từ Viện James Hutton cho biết: “Chúng ta cần những chiến lược hiệu quả hơn để bảo vệ nguồn lương thực, nếu muốn đảm bảo an ninh lương thực toàn cầu trong tương lai. Phát hiện mới này là một bước tiến quan trọng trong nỗ lực đó. Các enzyme này được bảo tồn rộng rãi ở nhiều loài mầm bệnh thực vật chủ yếu, và việc nhận diện chúng mở đường cho các chiến lược bảo vệ cây trồng tiên tiến hơn”.

Phạm Thành Nhân theo Đại học York.