Tích hợp hai gen: Một chiến lược quan trọng trong việc phát triển các giống cà chua kháng virus

Các nhà nghiên cứu chứng minh rằng các giống cà chua có các gen kháng Ty-1/ Ty-3 và Ty-6 có thể chống lại sự lây nhiễm bệnh của các loài begomovirus nhiệt đới có độc lực cao là tác nhân gây bệnh vàng xoăn lá cà chua. Nguồn ảnh: GS. Sota Koeda, Đại học Kindai, Nhật Bản.

Bệnh xoăn vàng lá cà chua (TYLCD ) được gây ra bởi chủng virus Begomovirus, là một vấn đề toàn cầu trong hoạt động canh tác cà chua vì nó ảnh hưởng đến năng suất. Mặc dù chuyển các gen kháng bệnh là một trong những chiến lược để kiểm soát bệnh TYLCD, nhưng việc đưa vào một gen đơn lẻ Ty là chưa đủ để cung cấp khả năng bảo vệ toàn diện chống lại các chủng Begomovirus.

Hiện nay, các nhà nghiên cứu đã xác định rằng kết hợp giữa gen Ty-1/Ty-3 có thể hoàn toàn bảo vệ cây cà chua khỏi chủng virus Begomoviruses, qua đó mở ra một chiến lược đầy triển vọng để cải thiện các giống cà chua và đảm bảo ổn định sản xuất. Nghiên cứu này được công bố trên tạp chí Euphytica.

Gánh nặng bệnh hại trên cà chua và các biện pháp phòng trừ hiện nay

Cà chua là một trong những loại rau quả quan trọng nhất trên thế giới và được tiêu thụ mỗi ngày. Tuy nhiên, chúng thường nhiễm bệnh vàng xoăn lá, một bệnh hại nghiêm trọng do nhiều loại virus thuộc chi Begomovirus gây ra, làm ảnh hưởng trầm trọng đến năng suất và sản lượng. Một trong những chiến lược cơ bản để kiểm soát bệnh TYLCD là việc đưa các gen kháng virus Ty vào các giống cà chua.

Hiện nay, có sáu gen Ty đã được nhận diện, và một hoặc nhiều hơn những gen này đã được chuyển vào các giống cà chua thương mại.

Việc chỉ đưa vào một loại gen Ty có thể giúp cây kháng lại một số chủng Begomoviruses có độc lực thấp trong khi các chủng virus có độc lực cao vẫn có thể làm suy giảm sự sinh trưởng của những cây có tính kháng hạn chế. Sự kết hợp nhiều gen Ty có thể giúp cây cải thiện tính kháng bệnh. Tuy nhiên, việc đưa vào tất cả các loại gen Ty đôi khi có thể kéo theo việc liên kết với những vùng gen hoang dại có thể có ảnh hưởng tiêu cực đến những tính trạng của cà chua trồng trọt. Hiện tượng này được gọi là sự kéo theo do liên kết “linkage drag”.

Các mục tiêu nghiên cứu và các thách thức vùng miền do virus

Để giải quyết vấn đề này một nhóm nghiên cứu dẫn đầu bởi giáo sư Sota Koeda, cùng với sinh viên cao học Moeno Shimoide, đến từ Khoa Sau Đại học Nông nghiệp, Trường Đại học Kindai, Nhật Bản đã nghiên cứu sự kết hợp của các gen Ty có thể cung cấp tính kháng chống lại những chủng Begomovirus có độc lực cao phổ biến ở vùng Đông Nam Á.

Giáo sư Koeda cho biết: “Để kiểm soát các chủng Begomoviruses hoành hành ở Đông Nam Á, một trong những chủng có độc lực cao gây hại trên toàn cầu, việc chỉ dựa vào một gen kháng đơn lẻ phổ biến ở Châu Âu và Nhật Bản là không hiệu quả. Do vậy, việc xác định những tổ hợp gen kháng nào là cần thiết và đầy đủ để kiểm soát hiệu quả là rất quan trọng trong công tác chọn giống cà chua có khả năng kháng virus”.

Thử nghiệm các giống cà chua thương mại và thực nghiệm

Các nhà nghiên cứu trước tiên đã thử nghiệm tính kháng của cây cà chua đối với 3 chủng Begomovirus có khác biệt về độc lực. Họ đã dùng giống phổ biến của Nhật Bản có khả năng kháng bệnh TYLCV, bao gồm Monotaro Sakura (MS), Momotaro Peace (MP), và giống không có tính kháng là Momotaro (M). Họ cũng kiểm tra vài dòng AVTO từ Trung tâm Rau Quả Thế giới, được chọn tạo đặc biệt có tính kháng cao với bệnh TYLCD.

Giống MS và MP biểu hiện triệu chứng nhiễm bệnh do chủng độc lực cao Begomoviruses gây ra. Đáng chú ý, vài dòng AVTO biểu hiện khả năng chống chịu tốt hơn đối với cả 3 chủng virus, với chủng 1919, 1920, và 1701 thể hiện mức độ kháng cao nhất và không có triệu chứng nhiễm bệnh.

Kết hợp các gen chủ chốt và các mức độ kháng

Phân tích di truyền cho thấy dòng AVTO1919 mang hai bản sao (đồng hợp tử) của gen Ty-1 và Ty-6, trong khi AVTO1920 mang hai bản sao Ty-3 và Ty-6. AVTO1701 có bốn gen Ty, bao gồm Ty-2, Ty-3, Ty-5, và Ty-6, nhưng không thể hiện khả năng kháng virus tốt hơn 1919 hoặc 1920. Dòng MP có duy nhất một bản sao (dị hợp tử) của gen Ty-1, chỉ thể hiện mức độ kháng virus giới hạn.

Giáo sư Koeda cho biết: “Nghiên cứu của chúng tôi đề nghị rằng việc đưa số lượng ít gen kháng hơn dự kiến có thể làm tăng tính kháng bệnh. Điều này mở ra một hướng nghiên cứu đầy triển vọng cho cải thiện các giống cà chua đồng thời cân bằng tính kháng, năng suất và chất lượng quả”.

Các kiểu di truyền và ứng dụng trong chọn giống

Giống lai AVTO1919 hoặc AVTO1920 với giống mẫn cảm Monkeymaker (MM) tạo ra con lai có tính kháng thấp hơn với viruses so với bố mẹ AVTO, mặc dù chúng vượt xa với MM.

Những kết quả này chỉ ra rằng tính kháng do các gen Ty-1 hoặc Ty-3 kết hợp với Ty-6 là kiểu trội không hoàn toàn. Do đó, việc tích hợp gen Ty-1/Ty-3 và Ty-6 trong trạng thái đồng hợp tử ở cà chua có thể tạo ra mức độ kháng Begomoviruses rất mạnh.

Giáo sư Koeda phát biểu rằng: “Nhìn chung, các phát hiện của chúng tôi cung cấp những chỉ dẫn giá trị cho việc tăng cường khả năng kháng Begomoviruses ở các loại cây trồng khác, và đại diện cho một khám phá có thể đóng góp cho việc sản xuất thực phẩm bền vững”.

Trương Thị Tú Anh theo Phys.org