Phân tích hệ gen của Ceratobasidium theobromae và mối liên hệ với bệnh chổi rồng hại sắn ở Philippines

Cris Q. Cortaga, Alejandra Gil-Ordóñez, Mónica F. Fronda, John Emmanuel B. Tandang, Juan M. Pardo, Ana M. Leiva, Warren Arinaitwe, Clarise Marie S. Evaristo, Jonathan Newby, Al Imran Malik, Wilmer J. Cuellar.

Cây sắn không chỉ là nguồn tinh bột quan trọng thứ ba ở Philippines mà còn là sinh kế của hàng triệu nông dân. Tuy nhiên, hơn một thập kỷ qua, những cánh đồng sắn tại quốc gia này đang phải đối mặt với một dịch bệnh nghiêm trộng – Bệnh Chổi rồng hại sắn (Cassava Witches' Broom Disease - CWBD). Cây sắn bị bệnh có biểu hiện các đốt trên thân bị co ngắn lại, lá vàng úa, teo nhỏ và mọc thành từng chùm như những chiếc chổi lông gà, làm suy giảm nghiêm trọng năng suất củ.

Bệnh Chổi Rồng gây hại nặng trên ruộng sắn ở tỉnh Đồng Nai.

Suốt nhiều năm, các tổ chức nghiên cứu bệnh cây Philippines đã cho rằng nguyên nhân gây ra bệnh này là một loại vi khuẩn Phytoplasma. Kết quả sơ bộ này đã định hình các biện pháp phòng trừ, dẫn đến việc sử dụng các loại thuốc bảo vệ thực vật, thậm chí cả thuốc kháng sinh, một cách tốn kém nhưng hiệu quả lại rất hạn chế.

Giờ đây, một nghiên cứu đột phá mang tầm quốc tế vừa công bố trên tạp chí Frontiers in Fungal Biology đã hoàn toàn thay đổi bức tranh này. Bằng các phương pháp phân tích di truyền tiên tiến nhất, các nhà khoa học đã chính thức loại trừ vi khuẩn Phytoplasma và chỉ đích danh thủ phạm thực sự: Một loại nấm mang tên Ceratobasidium theobromae.

Nghiên cứu được thực hiện bởi một nhóm các nhà khoa học đến từ Đại học Philippines Los Baños (UPLB) phối hợp cùng Trung tâm Nông nghiệp Nhiệt đới Quốc tế (CIAT) và các đối tác trong khu vực Đông Nam Á. Họ đã tiến hành những cuộc khảo sát quy mô lớn tại các vùng trồng sắn trọng điểm trên khắp các đảo Luzon, Visayas và Mindanao của Philippines.

Kết quả thực địa cho thấy mức độ lây lan đáng báo động: Bệnh Chổi rồng xuất hiện ở tất cả các khu vực khảo sát, với tỷ lệ cây nhiễm bệnh vượt quá 50%, thậm chí có nơi lên tới hơn 90%.

Để tìm ra nguyên nhân thực sự, nhóm nghiên cứu đã áp dụng kỹ thuật sinh học phân tử (PCR) giúp phát hiện DNA của mầm bệnh. Các xét nghiệm tìm vi khuẩn Phytoplasma trên hàng loạt mẫu cây bệnh đều cho kết quả âm tính. Ngược lại, khi xét nghiệm tìm nấm Ceratobasidium theobromae (trước đây từng được phát hiện gây bệnh chết ngược trên cây ca cao), kết quả lại dương tính với độ chính xác và độ nhạy rất cao (hơn 91%).

Phân bố địa lý và triệu chứng của bệnh chổi rồng sắn (CWBD) ở Philippines.

Không dừng lại ở việc chẩn đoán, các nhà khoa học đã tiến thêm một bước dài bằng cách giải trình tự thành công toàn bộ hệ gen của chủng nấm C. theobromae phân lập từ cây sắn ở Philippines (đặt tên là chủng PHL1).

Khi đem so sánh "bản đồ gen" này với các chủng nấm khác trên thế giới, một phát hiện thú vị nữa lại xuất hiện: Chủng nấm gây bệnh chổi rồng trên sắn ở Philippines lại có quan hệ di truyền rất gần gũi với chủng nấm gây bệnh trên cây ca cao ở nước láng giềng Indonesia. Chủng nấm ở Philippines (vùng hải đảo) có sự khác biệt rõ rệt so với các chủng nấm gây bệnh chổi rồng sắn ở khu vực Đông Nam Á lục địa (như Việt Nam, Lào, Campuchia). Nghiên cứu cũng chỉ ra rằng đợt bùng phát bệnh chổi rồng sắn gần đây tại khu vực châu Mỹ (như Brazil) có khả năng cao là do mầm bệnh lây lan từ khu vực Đông Nam Á lục địa, chứ không phải từ Philippines.

So sánh hệ gen của các chủng C. theobromae và R. solani dựa trên nội dung của các cụm gen tương đồng và mối quan hệ tiến hóa của chúng bằng cách tiếp cận toàn bộ hệ gen.

Phát hiện này không chỉ là một thành tựu khoa học mà còn mang lại ý nghĩa thực tiễn vô cùng to lớn đối với ngành nông nghiệp. Xác định đúng thủ phạm là nấm (chứ không phải vi khuẩn) có nghĩa là việc sử dụng thuốc kháng sinh để chữa bệnh chổi rồng sắn là hoàn toàn vô ích và lãng phí. Giờ đây, các cơ quan chức năng và người nông dân có thể tập trung vào các biện pháp quản lý nấm bệnh phù hợp, an toàn và hiệu quả hơn, giúp giảm chi phí sản xuất và bảo vệ môi trường. Thông tin về nguồn gốc và sự lây lan của các chủng nấm khác nhau giúp các quốc gia thắt chặt kiểm dịch và ngăn chặn mầm bệnh di chuyển qua biên giới.

Nghiên cứu này một lần nữa khẳng định sức mạnh của khoa học hiện đại trong việc giải quyết các thách thức nông nghiệp. Bằng cách tìm ra chính xác tác nhân gây bệnh Chổi rồng, chúng ta đã tiến một bước dài trong công cuộc bảo vệ cây sắn, nguồn sinh kế quan trọng của hàng triệu nông dân.

Nguyễn Ngọc Hùng theo Frontiers in Fungal Biology.