Phòng trừ cỏ dại bằng biện pháp di truyền

Cỏ Waterhemp và Palmer amaranth, hai loại cỏ dại xâm lấn nguy hiểm đe dọa nguồn cung cấp thực phẩm ở Bắc Mỹ, ngày càng tăng tính kháng thuốc diệt cỏ. Một cách tiếp cận mới bằng biện pháp di truyền có thể một ngày nào đó làm giảm nhu cầu về thuốc hóa học để phòng trừ cỏ dại. Bây giờ, các nhà khoa học đã tiến một bước gần hơn.

Trong một nghiên cứu được công bố hôm nay trên Tạp chí Weed Science, các nhà nghiên cứu từ Đại học Illinois đã xác định được các dấu hiệu di truyền phân biệt cỏ đực waterhemp và cỏ cái Palmer amaranth. Phát hiện này là một phần quan trọng trong việc phát triển hệ thống phòng trừ cỏ dại bằng biện pháp di truyền đối với cỏ dại gây hại.

Palmer amaranth. Ảnh: Lauren D. Quinn

Mục tiêu của các nhà nghiên cứu là một ngày nào đó đưa các cây cỏ đực biến đổi gen vào quần thể để giao phối với các cây cỏ cái hoang dại. Các cây cỏ đực biến đổi gen sẽ mang gen phát động (gen drive), một đoạn mã hóa DNA cho tính đực, sẽ được truyền lại cho tất cả thế hệ con cái của nó và cứ thế tiếp tục. Cuối cùng, tất cả cây cỏ trong một quần thể nhất định sẽ trở thành cây cỏ đực, việc sinh sản sẽ chấm dứt và quần thể cỏ sẽ bị tiêu diệt.

Đó là một chiến lược gây tranh cãi, nhưng Pat Tranel, nhà khoa học của đại học Illinois dẫn đầu dự án, nói rằng họ vẫn còn ở giai đoạn ban đầu.
 

Tranel, giáo sư, phó trưởng khoa Khoa học cây trồng, Trường đại học khoa học nông nghiệp, tiêu dùng và môi trường tại Đại học Illinois nói “Phải nhấn mạnh rằng chúng tôi không ở thời điểm phóng thích cây cỏ biến đổi gen waterhemp và cỏ Palmer. Nghiên cứu cơ bản có thể cho chúng tôi biết có thể làm điều đó như thế nào”.

Ông ấy nói thêm rằng nhóm nghiên cứu đã không tìm thấy gen hoặc các gen cụ thể quy định tính đực của một trong các loài. Thay vào đó, họ đã xác định được các trình tự di truyền nhỏ liên kết với vùng quy định tính đực, có lẽ giả định trên một nhiễm sắc thể nào đó. Họ nghĩ rằng (các) gen cụ thể quy định tính đực nằm ở đâu đó trong vùng đó.
 

Trong nghiên cứu của mình, các nhà nghiên cứu đã trồng 200 cây của mỗi loài và mỗi giới tính, sau đó trích xuất DNA và xác định xem có bất kỳ những trình tự nào là đặc trưng cho giới tính nhất định hay không.
 

Tranel nói: “Chúng tôi đã tìm thấy các trình tự hiện diện ở cỏ đực waterhemp và cỏ đực Palmer mà không được tìm thấy ở trong các loài giống cái. Sau đó, chúng tôi đã lấy những cây cỏ đực đã được biết trước đến từ các quần thể khác và tìm kiếm các trình tự – chúng nằm ở trong đó”. Tranel bày tỏ “Những trình tự của chúng tôi không chỉ hoạt động, chúng còn khẳng định cỏ đực thuộc giới tính dị giao tử (heterogametic sex) trong các cây cỏ này”.

Ở con người, con trai có nhiễm sắc thể X và Y và giao tử đực đóng góp hoặc X hoặc Y cho thế hệ tiếp theo. Con gái có hai nhiễm sắc thể X và mỗi trứng đều mang một X. Con trai là giới tính dị giao tử (heterogametic); con gái là giới tính đồng giao tử (homogametic). Tương tự, cỏ đực waterhemp và cỏ đực Palmer amaranth tạo ra hạt phấn có hoặc vùng Y đặc trưng cho cỏ đực hoặc không có.

Tranel giải thích: "Thực tế các cây cỏ đực là giới tính dị giao tử thể hiện tính đực là trội. Điều đó tốt ở chỗ dễ dàng hơn để kiểm soát tính trạng (tính đực) nếu gen của tính trạng đó là trội", Tranel giải thích. "Khi chúng ta đi đến điểm xác định các gen cụ thể cho tính đực, chúng sẽ là mục tiêu rõ ràng cho gen phát động nơi bạn có thể nhân rộng gen quy định tính đực đó trong quần thể".

Tuy nhiên, việc có một bộ các trình tự di truyền có thể xác định chính xác cỏ đực trước khi ra hoa có thể giúp các nhà nghiên cứu hiểu rõ hơn về mặt sinh học của cây cỏ và phản ứng của chúng với môi trường. Ví dụ, Tranel nói rằng khám phá này có thể giúp xác định xem liệu cỏ dại có thể chuyển đổi giới tính dưới một số điều kiện nào đó hoặc nếu một giới tính nhạy cảm hơn với thuốc diệt cỏ. Cả hai khái niệm đã được đề xuất bởi nghiên cứu trước đây hoặc là các báo cáo giả định.
 

Ngoài việc theo đuổi những câu hỏi cơ bản này, nhóm của Tranel hiện đang nỗ lực tìm kiếm cây kim trong đống cỏ khô: đó là tìm gen quy định tính đực trong vùng quy định tính đực. Khi họ tìm thấy nó, sẽ mất thời gian trước khi biện pháp phòng trừ cỏ về mặt di truyền của cỏ waterhemp and Palmer amaranth có thể trở thành hiện thực. Và ngay cả khi đó, Tranel nói rằng việc sử dụng tất cả các công cụ trong bộ công cụ quản lý cỏ dại vẫn rất quan trọng.

“Tôi sẽ không bao giờ xem điều này là giải pháp thay thế cho tất cả các chiến lược khác của chúng tôi, nhưng thật tuyệt khi tưởng tượng đây là một phần của giải pháp”, ông nói.

Nguyễn tiến Hải theo Sciencedaily.