Sao chép cơ chế tự nhiên giúp cây kháng virus

Cây trồng trong nhà kính. Nguồn: Kyoka Kuroiwa – INRAE.

Trong hàng ngàn năm qua, cây trồng đã được cải tiến bởi quá trình thuần hóa. Nông dân lai tạo và chọn lọc các giống mới, thích nghi với môi trường thay đổi liên tục. Mặc dù hiệu quả nhưng quá trình này tốn nhiều thời gian. Hơn nữa, tính trạng mong muốn phải hiện diện ở đâu đó trong sự đa dạng của loài được cải thiện.

Do đó, việc sao chép một cơ chế tự nhiên từ một loài sang một loài khác có lợi ích về mặt nông học trở thành một thách thức mới. Trong số các công nghệ hiện có, kỹ thuật mới về chỉnh sửa bộ gen thực vật đã có từ năm 2012. Thường được so sánh với chiếc kéo phân tử, kỹ thuật CRISPR-Cas9 cho phép chỉnh sửa một vùng DNA của thực vật theo cách đúng mục tiêu và chính xác.

Trong số nhiều loài cây trồng như hồ tiêu và đậu Hà Lan, một số giống có khả năng kháng bệnh do virus thuộc giống potyvirus gây ra. Làm thế nào để chúng làm được điều này? Để lây nhiễm vào thực vật, vi rút phải chiếm được protein từ vật chủ của chúng nhưng những protein này đã hoàn thành các chức năng trong tế bào thực vật. Thực vật chống lại sự lây nhiễm này cần có các đột biến  gen mã hóa liên quan đến một trong những protein "dễ nhiễm" này.

Những đột biến này làm cho vi rút không thể sử dụng protein chủ, trong khi protein này vẫn hoạt động bình thường trong cây trồng. Do đó, cây trồng cần có những đột biến như vậy để chống lại sự lây nhiễm mà không cần thay đổi bất cứ thứ gì khác cho cây!

Một nghiên cứu mới nhằm chuyển đổi cơ chế tự nhiên này sang các loại cây trồng có lợi ích về mặt nông học, bằng cách nghiên cứu tính khả thi của nó ở cà chua bi. Để làm được điều này, các nhóm nhà khoa học từ INRAE ​​đã sử dụng một cách tiếp cận khác với cách tiếp cận thông thường. Họ đã không cố gắng vô hiệu hóa gen khiến cây trồng dễ bị nhiễm vi-rút, mà thay vào đó, họ đã sửa đổi nó để bắt chước các đột biến chịu trách nhiệm về tính kháng có trong đậu Hà Lan hoặc ớt.

Để đạt được mục tiêu này, họ đã áp dụng kỹ thuật CRISPR-Cas9 nhắm mục tiêu vào hai vùng của gen này. Những sửa đổi đồng thời này dẫn đến những thay đổi trong protein do gen này tạo ra. Những thay đổi này giúp cây trồng có sức đề kháng mạnh mẽ đối với một số loại vi-rút thuộc giống potyvirus, bao gồm cả PVY. Giống như các đột biến chọn lọc tự nhiên ở các loài khác, những thay đổi này không làm thay đổi biểu hiện hoặc sự tích lũy protein do gen tạo ra, cũng như không ảnh hưởng đến chức năng của nó.

Công trình này cung cấp một bằng chứng về khái niệm, đề xuất một cách tiếp cận mới để chỉnh sửa các đột biến chính xác, nhằm mục đích tái tạo sức đề kháng tự nhiên ở các loài nhạy cảm và do đó hạn chế sử dụng thuốc trừ sâu.

Bùi Anh Xuân theo Phys.org