Phát triển thành công phương pháp PCR phát hiện nhanh ong ký sinh giúp kiểm soát rệp sáp bột hồng hại Sắn

Các nhà khoa học từ Đại học Kyushu (Nhật Bản) và các Viện nghiên cứu tại Việt Nam vừa phát triển thành công một phương pháp xét nghiệm PCR đơn giản, có khả năng phát hiện chính xác sự hiện diện của ong ký sinh bên trong cơ thể Rệp sáp bột hồng hại sắn ở giai đoạn rất sớm. Kỹ thuật mới này không chỉ giúp xác định nhanh chóng tỷ lệ ký sinh trên đồng ruộng mà còn là một công cụ mạnh mẽ để đánh giá hiệu quả của các chương trình kiểm soát sinh học, góp phần bảo vệ ngành sắn một cách bền vững và hiệu quả hơn.

Ong ký sinh Anagyrus lopezi đang tấn công để đẻ trứng vào cơ thể Rệp sáp bột hồng. Nguồn: Ngọc Hùng.

Rệp sáp bột hồng hại sắn (Phenacoccus manihoti) là một trong những loài côn trùng gây hại nguy hiểm nhất đối với cây sắn ở Đông Nam Á. Để đối phó với loài gây hại này, một giải pháp an toàn và bền vững đã được triển khai rộng rãi: sử dụng biện pháp đấu tranh sinh học cổ điển bằng cách nhập nội và phóng thích loài ong ký sinh thiên địch Anagyrus lopezi. Loài ong này có khả năng đẻ trứng vào cơ thể Rệp sáp bột hồng, ấu trùng ong sau đó sẽ phát triển bên trong và tiêu diệt vật chủ, giúp kiểm soát quần thể rệp sáp một cách tự nhiên.

Chương trình này đã đạt được những thành công đáng kể tại Việt Nam, Thái Lan, và Campuchia. Tuy nhiên, một thách thức mới đã nảy sinh: sự xuất hiện của các loài ong ký sinh bậc hai (hyperparasitoid), điển hình là loài Prochiloneurus pulchellus. Loài ong này không tấn công Rệp sáp bột hồng mà lại đẻ trứng vào chính ấu trùng của ong A. lopezi đang phát triển bên trong rệp, làm giảm hiệu quả của chương trình đấu tranh sinh học.

Do đó, việc đánh giá chính xác tỷ lệ Rệp sáp bột hồng bị ký sinh bởi ong A. lopezi và tỷ lệ ong A. lopezi bị ký sinh bậc hai bởi ong P. pulchellus trên đồng ruộng là cực kỳ quan trọng. Nó giúp các nhà khoa học và nhà quản lý hiểu rõ hơn về hiệu quả thực sự của chương trình và đưa ra các chiến lược can thiệp phù hợp.

Tuy nhiên, các phương pháp truyền thống để xác định tỷ lệ ký sinh thường gặp nhiều hạn chế, tốn thời gian, và khó xác định chính xác loài ong ký sinh khi chúng còn ở giai đoạn trứng hoặc ấu trùng nhỏ. Chính vì vậy, việc phát triển một phương pháp phân tử nhanh, nhạy và chính xác là một nhu cầu cấp thiết.

Để giải quyết thách thức trên, nhóm nghiên cứu do tiến sỹ Shun-ichiro Takano dẫn đầu đã phát triển một phương pháp xét nghiệm dựa trên kỹ thuật Phản ứng chuỗi Polymerase (PCR). Ý tưởng cốt lõi là thiết kế các đoạn mồi (primers) đặc hiệu, có khả năng nhận diện và nhân bản một đoạn gen đặc trưng của từng loài ong, giống như việc tìm kiếm một "dấu vân tay di truyền" độc nhất. Các nhà khoa học đã chọn một đoạn gen ty thể có tên là Cytochrome c oxidase subunit I (COI). Đây là đoạn gen thường được sử dụng trong việc định danh loài côn trùng vì nó có độ biến đổi cao giữa các loài nhưng lại ổn định trong cùng một loài. Từ trình tự gen COI của ong A. lopezi và P. pulchellus, nhóm đã sử dụng các công cụ tin sinh học để thiết kế hai cặp mồi riêng biệt: Một cặp mồi chỉ có thể "bắt cặp" và nhân bản đoạn gen của A. lopezi. Một cặp mồi khác chỉ có thể nhân bản đoạn gen của P. pulchellus. Để đảm bảo phương pháp hoạt động hiệu quả trong thực tế, nhóm đã tiến hành các thí nghiệm kiểm chứng: Họ cho ong A. lopezi ký sinh lên Rệp sáp bột hồng và thu mẫu ở các thời điểm khác nhau. Tương tự, họ cho ong P. pulchellus ký sinh lên các xác rệp đã bị ong A. lopezi ký sinh và thu mẫu ở từng độ tuổi. DNA tổng số được tách chiết từ toàn bộ cơ thể Rệp sáp bột hồng (bao gồm cả trứng hoặc ấu trùng ong ký sinh bên trong), sau đó được đưa vào phản ứng PCR với các cặp mồi đã thiết kế.

Kết quả điện di cho thấy các vạch DNA đặc trưng của ong ký sinh Anagyrus lopezi  được nhân bản thành công bằng kỹ thuật PCR.
(0d, 3d, 6d: số ngày sau ký sinh; A.l: A. lopezi (+); P.m: P. manihoti (-); P.p: P. pulchellus)

Kết quả nghiên cứu đã thành công ngoài mong đợi với độ nhạy và tính đặc hiệu vượt trội của phương pháp PCR mới. Phương pháp PCR cho tỷ lệ phát hiện đạt 100% ở tất cả các mẫu, bất kể thời gian sau khi bị ký sinh. Điều này có nghĩa là kỹ thuật này đủ nhạy để phát hiện được sự hiện diện của ong ký sinh ngay từ khi nó chỉ là một quả trứng nhỏ.

Tỷ lệ phát hiện ong ký sinh bậc hai cũng rất cao, dao động từ 94.1% đến 100% tùy thuộc vào giai đoạn phát triển của ong bên trong. Ngay cả ở giai đoạn trứng, tỷ lệ phát hiện cũng đạt 100%.

Những kết quả này khẳng định rằng các cặp mồi được thiết kế có độ nhạy và độ đặc hiệu rất cao, có khả năng phát hiện chính xác sự ký sinh ngay từ giai đoạn sớm nhất, một điều mà các phương pháp truyền thống không thể làm được. Việc phát triển thành công phương pháp PCR đơn giản này mang lại nhiều ý nghĩa và tiềm năng ứng dụng nhanh chóng và hiệu quả, đánh giá chính xác hiệu quả đấu tranh sinh học, giám sát sự ảnh hưởng của ký sinh bậc hai. Qua đó giúp các nhà quản lý đưa ra quyết định tốt hơn như có cần phóng thích bổ sung ong ký sinh hay không, hoặc cần can thiệp vào những khu vực có tỷ lệ ký sinh bậc hai cao bất thường.

Nghiên cứu của Takano và cộng sự không chỉ là một thành công về mặt kỹ thuật mà còn là một bước tiến quan trọng trong việc cung cấp một công cụ giám sát hiệu quả cho các chương trình đấu tranh sinh học. Phương pháp này hứa hẹn sẽ được áp dụng rộng rãi, góp phần quản lý bền vững dịch hại Rệp sáp bột hồng và bảo vệ ngành sản xuất sắn quan trọng của Việt Nam và khu vực Đông Nam Á.

Nguyễn Ngọc Hùng theo Entomological Science.