Thay đổi tính kháng của các đối tượng gây hại đối với cây bông vải công nghệ sinh học: Chìa khóa là lai tạo giống

Nguồn: Peng Wan, Dong Xu, Shengbo Cong, Yuying Jiang, Yunxin Huang, Jintao Wang, Huaiheng Wu, Ling Wang, Kongming Wu, Yves Carrière, Andrea Mathias, Xianchun Li, Bruce E. Tabashnik. Hybridizing transgenic Bt cotton with non-Bt cotton counters resistance in pink bollworm. Proceedings of the National Academy of Sciences, 2017.

TÓM TẮT

Lai những cây bông vải biến đổi gen Bt với những cây bông vải không biến đổi gen Bt tạo ra hạt lai làm giảm 96% tỷ lệ dịch hại và giảm 69% lượng thuốc trừ sâu ở Thung lũng sông Dương Tử của Trung Quốc. Chiến lược này đã làm giảm tính kháng của dịch hại lên cây bông vải Bt, ở dưới ngưỡng phát hiện trong vùng, mang lại ích lợi cho hàng triệu nông hộ quy mô nhỏ.

Những gói hạt giống bông vải lai gồm những hạt lai khác nhau được bán ở Trung Quốc. (Credit: Peng Wan)

Dịch hại từ côn trùng thích ứng nhanh chóng với các cây trồng biến đổi gen đang đe dọa ngành nông nghiệp trên toàn thế giới. Một nghiên cứu mới được công bố trong Proceedings of the National Academy of Sciences cho thấy thành công đáng kinh ngạc của chiến lược đối phó với vấn đề này: Lai cây bông vải biến đổi gen với cây bông vải bình thường để làm giảm tính kháng của sâu hồng đục quả bông vải, loài sâu phá hại toàn cầu.

Nghiên cứu này là kết quả của sự hợp tác lâu dài giữa các nhà nghiên cứu tại Đại học Arizona (UA) và tại Trung Quốc. Hơn 11 năm, họ đã thử nghiệm trên 66.000 con sâu hồng đục quả bông vải từ Thung lũng sông Dương Tử của Trung Quốc, một vùng rộng lớn ở đông nam Trung Quốc, nơi có hàng triệu nông dân sản xuất nhỏ.

Theo các tác giả nghiên cứu, lần đầu tiên đã thay đổi được tính kháng của sâu hại quan trọng đối với cây bông vải chuyển gen Bt. Bruce Tabashnik, giáo sư tại Trường Đại học Nông nghiệp và Khoa học Đời sống thuộc trường Đại học Arizona nói "Chúng ta đã chứng kiến ​​những cuộc bùng phát tính kháng lúc tăng lúc giảm trên một diện tích nhỏ. Nhưng đây không phải là điểm sáng.Tính kháng của sâu hại đã tăng đáng kể khắp toàn bộ vùng, sau đó nó giảm xuống dưới ngưỡng phát hiện sau khi thực hiện chiến lược quan trọng này".

Bông vải, ngô và đậu tương đã được thay đổi kỹ thuật di truyền để tạo ra các protein diệt côn trùng từ vi khuẩn Bacillus thuringiensis có nhiều trong đất, hay gọi là Bt. Các protein từ vi khuẩn Bt này thân thiện với môi trường vì chúng không độc đối với con người và động vật. Chúng đã được những người trồng trọt hữu cơ sử dụng để phun trong hơn 50 năm, và trong các cây trồng biến đổi gen Bt được trồng bởi hàng triệu nông dân khắp thế giới với trên hơn 1 tỷ acre (xấp xỉ 400 triệu hecta) kể từ năm 1996. Thật không may, nếu không có biện pháp đối phó thích hợp, dịch hại có thể bùng phát tính kháng nhanh chóng.

Chiến lược cơ bản để làm chậm tính kháng của dịch hại là cung cấp nơi phát triển những cây ký chủ của dịch hại không tạo ra những protein Bt. Điều này cho phép sự tồn tại của những côn trùng dễ bị ảnh hưởngvới những protein từ vi khuẩn Bt và làm giảm cơ hội cho hai côn trùng có tính kháng giao phối nhau và tạo ra sâu non có tính kháng. Trước năm 2010, Cơ quan Bảo vệ Môi trường Hoa Kỳ yêu cầu có nơi phát triển cho những cây ký chủ trong những cánh đồng riêng biệt hoặc ở các mảnh ruộng lớn trong cùng cánh đồng. Vườn cây như là nơi phát triển của câybông vải không biến đổi gen Bt được cho là có khả năng ngăn ngừa sự phát triển tính kháng đối với sâu hồng đục quả cây bông vải biến đổi gen Bt ở Arizona trong hơn một thập niên. Ngược lại, mặc dù có khuyến cáo tương tự đối với nơi sinh trưởng của cây trồng ở Ấn Độ, nhưng nông dân ở đây đã không tuân thủ và sâu hồng đục quả đã bùng phát tính kháng nhanh chóng.

Chiến lược khéo léo được sử dụng ở Trung Quốc đòi hỏi việc lai tạo cây bông vải Bt với cây bông vải không Bt, sau đó lai tạo thu được con lai thế hệ đầu tiên và trồng các hạt lai thế hệ thứ hai. Điều này tạo ra sự kết hợp ngẫu nhiên ngoài đồng có75% cây bông vải Bt bên cạnh với 25% cây bông không Bt.

“Bởi vì bông vải là cây tự thụ, những con lai thế hệ đầu tiên phải được tạo ra bằng thụ phấn bằng tay tốn kém và mất thời gian" Tabashnik, một thành viên của Học viện BIO5 của UA, nói. Tuy nhiên, những con lai thế hệ thứ hai và tất cả các thế hệ kế tiếp có thể đạt được nhanh thông qua tự thụ phấn. Vì vậy, kết hợp con lai và những lợi ích của nó có thể được duy trì liên tục.

Tabashnik gọi điều này là chiến lược cách mạng vì nó không được thiết kế để đẩy lùi tính kháng phát sinh nếu không được cơ quan chính phủ ủy nhiệm. Thay vào đó, nó nảy sinh từ cộng đồng canh tác của thung lũng sông Dương Tử. Trong khi hầu hết sự chú ý trước đây đã tập trung vào những hạn chế của việc lai tạo giữa cây biến đổi gen và cây bình thường, các tác giả chỉ ra rằng các kết quả mới chứng minh lợi ích từ sự lai giống như vậy.

Tabashnik nói thêm: "Đối với những người trồng trọt ở Trung Quốc, phương pháp này mang lại những lợi ích ngắn hạn. Đó không phải là sự hy sinh ngắn hạn đặt ra cho họ về những kết quả tiềm năng lâu dài. Những cây lai có xu hướng cho sản lượng cao hơn so với các cây bố mẹ, và ít chi phí hơn cho những con lai thế hệ thứ hai, vì vậy đó là chọn lọc có định hướng thị trường để có lợi, và nó thúc đẩy tính bền vững. Kết quả của chúng tôi cho thấy giảm 96% tỷ lệ dịch hại và lượng thuốc trừ sâu giảm hơn 69%”.

Mặc dù hạt ngô lai đã được trồng ở Hoa Kỳ từ năm 2010, nhưng các kết quả của hạt lai đối với thích ứng dịch hại đã không được thử nghiệm trước đó trên quy mô lớn. Tabashnik giải thích "Nghiên cứu của chúng tôi cung cấp bằng chứng đầu tiên cho thấy hạt lai từ cây Bt và cây không Bt trong cùng cánh đồng làm chậm phát triển tính kháng hoặc trong trường hợp này là kết quả thay đổi tính kháng.

Không giống như chiến lược ở Trung Quốc, các hạt ngô lai được trồng ở Hoa Kỳ không liên quan đến việc lai tạo. Các hạt ngô lai cũng chỉ có 5% là cây ngô không Bt, không đủ để thay đổi tính kháng hiệu quả.

Đồng tác giả Kongming Wu, người đứng đầu công trình nghiên cứu được thực hiện tại Trung Quốc và là một giáo sư ở Viện Bảo vệ Thực vật ở Bắc Kinh đã giải thích "Nghiên cứu này đưa ra một lựa chọn mới để quản lý tính kháng rất thuận lợi cho người nông dân quy mô nhỏ và có thể hữu ích rộng rãi ở các nước đang phát triển như Trung Quốc và Ấn Độ”.

Tabashnik cho biết: "Một điều tuyệt vời về chiến lược kết hợp hạt lai này là chúng ta không phải lo lắng về sự tuân thủ hay những vấn đề về quy định của người trồng. "Chúng tôi biết điều đó có hiệu quả đối với hàng triệu nông dân ở thung lũng sông Dương Tử, cho dù nó phát triển ở nơi khác vẫn được xác định".

ThS. Nguyễn Tiến Hải chuyển ngữ.