Protocol chỉnh sửa gen của loài bọ phấn trắng mở ra hướng kiểm soát loài dịch hại này

Kỹ thuật CRISPR của nhóm nghiên cứu đã tạo ra các đột biến làm cho ấu trùng bọ phấn có mắt màu trắng chuyển sang màu đỏ khi chúng trưởng thành. Những đột biến này di truyền qua các thế hệ. Ảnh: Jason Rasgon, bang Pennsylvania.

Bọ phấn trắng là một trong những loài gây hại nông nghiệp quan trọng nhất trên thế giới nhưng lại rất khó để diệt trừ chúng và rất khó để kiểm soát di truyền một phần do kích thước của chúng quá nhỏ bé. Để giải quyết vấn đề khó khăn này, một nhóm các nhà nghiên cứu quốc tế đã phát triển protocol chỉnh sửa gen CRISPR/Cas9 có thể đưa đến các phương pháp kiểm soát mới đối với loài dịch hại nguy hiểm này.

Theo Jason Rasgon, giáo sư về côn trùng học và dịch tễ bệnh hại, ở bang Pennsylvania, bọ phấn trắng (Bemisia tabaci) gây hại trên nhiều loại cây trồng, chúng chích hút gây hại trực tiếp cho cây, gián tiếp tạo điều kiện cho sự phát triển của nấm bệnh và còn là vector lây truyền bệnh virus hại cây.

Ông Rasgon cho biết "Chúng tôi đã tìm ra cách để biến đổi gen của những loài côn trùng này và kỹ thuật của chúng tôi mở đường không chỉ cho các nghiên cứu sinh học cơ bản về loài côn trùng này, mà còn cho sự phát triển của các chiến lược kiểm soát di truyền tiềm năng".

Kết quả của nhóm nghiên cứu đã được xuất bản vào ngày 21 tháng 4 trên Tạp chí CRISPR.

Hệ thống CRISPR/Cas9 bao gồm enzyme Cas9 (hoạt động như một cặp 'kéo phân tử', cắt DNA tại một vị trí cụ thể trên bộ gen để có thể thêm hoặc loại bỏ các đoạn DNA) và RNA dẫn đường (định hướng Cas9 tới phần chính xác cần điều chỉnh của bộ gen).

"Việc chỉnh sửa gen của CRISPR/Cas9 thường được thực hiện bằng cách tiêm phức hợp chỉnh sửa gen vào phôi côn trùng, nhưng kích thước cực kỳ nhỏ của phôi bọ phấn trắng và tỷ lệ tử vong cao của trứng sau khi tiêm chính là thách thức để áp dụng kỹ thuật này", ông Rasgon nói. "Kiểm soát ReMOT (Receptor-Mediated Ovary Transduction) là một loại kỹ thuật CRISPR/Cas9 đặc biệt được phát triển trong phòng thí nghiệm của chúng tôi, giải quyết thao tác tiêm phôi. Phức hợp chỉnh sửa gen được gắn vào một phân tử khóa mục tiêu đến buồng trứng được gọi là BtKV, sau đó phức hợp này được tiêm vào con bọ phấn cái trưởng thành và BtKV sau đó đưa phức hợp chỉnh sửa gen vào buồng trứng của côn trùng này".

Để nghiên cứu sử dụng ReMOT Control ở loài bọ phấn trắng, nhóm nghiên cứu đã nhắm đến gen "trắng", có liên quan đến màu mắt. Khi gen này hoạt động bình thường, bọ phấn có mắt màu nâu, nhưng khi nó không hoạt động do đột biến, côn trùng có thể có mắt màu trắng. Nhóm nghiên cứu phát hiện ra rằng ReMOT Control tạo ra các đột biến dẫn đến côn trùng ấu trùng có mắt màu trắng và chuyển sang màu đỏ khi chúng trưởng thành.

"Về mặt thực tế, chúng tôi đã nghiên cứu một số sự phát triển màu mắt," Ông Rasgon nói. "Chúng tôi dự đoán chúng sẽ có mắt màu trắng, điều ngạc nhiên là chúng chuyển sang màu đỏ. Tuy nhiên, điều quan trọng là chúng tôi thấy rằng các đột biến chúng tôi tạo ra bằng ReMOT Control được truyền lại cho con cái, điều đó có nghĩa là sự thay đổi này có thể di truyền cho các thế hệ tương lai".

Ông Rasgon cho biết nhóm nghiên cứu hy vọng nghiên cứu POP (Proof-of-principle, bằng chứng về nguyên tắc) của họ sẽ giúp các nhà khoa học tiến hành những nghiên cứu chiến lược tương tự bằng cách sử dụng các gen tác động đến khả năng truyền virus của côn trùng để giúp kiểm soát các loài côn trùng này và bảo vệ cây trồng.

"Kỹ thuật này có thể được sử dụng cho các ứng dụng để xóa bất kỳ gen nào trong loài bọ phấn trắng, cho các nghiên cứu sinh học cơ bản hoặc để phát triển các chiến lược kiểm soát di truyền tiềm năng", ông Rasgon khẳng định.

Lê Thị Thanh theo Phys.org