Tín hiệu từ lớp sáp của lá có thể giúp chống lại bệnh hại cây trồng

Sơ đồ mặt cắt ngang lớp cutin của lá cho thấy lớp sáp bề mặt ở phía trên, nơi diễn ra quá trình nấm tiếp xúc, nảy mầm và bắt đầu xâm nhiễm. Nguồn: River J. Pachulicz và Bryan R. Coad.

Các nhà nghiên cứu đang tìm hiểu cách các tác nhân gây bệnh do nấm nhận diện bề mặt cây trồng, mở ra hướng phát triển các chiến lược bảo vệ cây trồng nhằm ngăn chặn quá trình nhiễm bệnh ngay từ đầu.

Bề mặt phủ sáp của lá cây trồng có thể nắm giữ chìa khóa giúp ngăn ngừa bệnh nấm trước khi quá trình nhiễm bệnh bắt đầu, theo nghiên cứu mới từ Đại học Adelaide.

Các nhà khoa học phát hiện rằng hai loại bệnh phấn trắng (powdery mildew) có thể nảy mầm trên các bề mặt nhân tạo được phủ lớp sáp lá, ngay cả khi không có cấu trúc bên dưới của lá. Kết quả cho thấy các tín hiệu hóa học trong lớp sáp có thể giúp bào tử nấm nhận diện ký chủ phù hợp và bắt đầu phát triển.

Nghiên cứu được bình duyệt và công bố trên Tạp chí Biointerphases.

Tình trạng kháng thuốc diệt nấm làm gia tăng mức độ cấp thiết

Bệnh nấm có thể gây thiệt hại nghiêm trọng cho các cây trồng ngũ cốc, đe dọa sản xuất nông nghiệp và an ninh lương thực. Thuốc trị bệnh nấm vẫn là biện pháp phòng trừ chủ yếu, nhưng hiệu quả của chúng đang chịu áp lực khi các tác nhân gây bệnh ngày càng phổ biến và có khả năng chống chịu cao hơn.

Thay vì phụ thuộc vào việc phun thuốc diệt nấm trên diện rộng, nhóm nghiên cứu tại Đại học Adelaide đã tập trung vào điểm mà sự tiếp xúc giữa cây trồng và nấm bắt đầu: Bề mặt lá.

“Các nghiên cứu về vật liệu sinh học đã phát triển những công cụ tiên tiến để tạo ra các lớp phủ bề mặt có độ đồng nhất cao, đồng thời sử dụng phương pháp phân tích bề mặt để tìm hiểu các hệ thống phức tạp”, Bryan Coad, tác giả của nghiên cứu cho biết. “Việc áp dụng những kỹ thuật đó vào lĩnh vực bệnh học cây trồng cho phép chúng tôi đặt ra những câu hỏi mới và nghiên cứu các tương tác này với mức độ kiểm soát mà trước đây chưa thể thực hiện được”.

Lớp phủ sáp trên lá có thể giúp tác nhân gây bệnh tìm thấy ký chủ

Lá cây được bao phủ bởi một lớp sáp tự nhiên gọi là lớp cutin/lớp biểu bì (cuticle). Vai trò chính của lớp này là bảo vệ cây trước các tác động của môi trường, bao gồm mất nước và tổn thương vật lý.

Tuy nhiên, ngày càng có nhiều nghiên cứu cho thấy lớp biểu bì này cũng phát ra các tín hiệu hóa học đến những sinh vật khác. Trong số đó có thể có các tác nhân gây bệnh do nấm như bệnh phấn trắng.

Bằng cách tái tạo lớp phủ của lá trong điều kiện được kiểm soát, các nhà khoa học có thể nghiên cứu những tín hiệu nào thúc đẩy bào tử nấm nảy mầm và liệu những tín hiệu đó có thể bị ngăn chặn hay không.

“Trọng tâm hiện nay là xác định những tín hiệu cụ thể trên bề mặt có liên quan đến quá trình nhận diện ký chủ, đồng thời tìm hiểu cách chuyển hóa kiến thức đó thành các chiến lược bảo vệ cây trồng mang tính thực tiễn”, Coad cho biết.

Bề mặt nhân tạo giúp cách ly ảnh hưởng của lớp sáp

Các nhà nghiên cứu phủ sáp từ lớp biểu bì của lá lên những bề mặt không có nguồn gốc sinh học. Cách làm này cho phép họ cách ly ảnh hưởng hóa học của lớp sáp khỏi những tác động vật lý do hình dạng và cấu trúc của lá tạo ra.

Cả hai loài bệnh phấn trắng được đưa vào nghiên cứu đều nảy mầm trên các bề mặt được phủ sáp. Kết quả cho thấy lớp sáp trên lá có thể ảnh hưởng đến sự phát triển của nấm một cách độc lập với hình dạng và cấu trúc cơ bản của lá.

Tuy nhiên, những phát hiện này mới chỉ ở giai đoạn ban đầu. Quá trình nhiễm nấm thành công còn phụ thuộc vào nhiều yếu tố như độ nhám của bề mặt, khả năng thấm ướt và các điều kiện môi trường, cũng như sự tương tác giữa những yếu tố này.

Bảo vệ cây trồng có thể bắt đầu trước khi quá trình nhiễm bệnh xảy ra

Hiểu đầy đủ hơn về những quá trình này có thể hỗ trợ phát triển các phương pháp kiểm soát bệnh, qua đó giảm sự phụ thuộc vào thuốc diệt nấm thông thường.

Một khả năng là phát triển các biện pháp xử lý có thể che khuất, thay đổi hoặc làm gián đoạn những tín hiệu trên bề mặt mà các tác nhân gây bệnh do nấm sử dụng để nhận diện ký chủ. Thay vì tiêu diệt nấm sau khi chúng tiếp xúc với cây, cách tiếp cận này hướng tới việc ngăn chặn tác nhân gây bệnh bắt đầu quá trình nhiễm bệnh.

Để đạt được mục tiêu đó sẽ cần sự hợp tác giữa các nhà hóa học, nhà khoa học cây trồng, chuyên gia bệnh nấm học và các nhà khoa học vật liệu.

“Cuối cùng, mục tiêu là ngăn chặn các tác nhân gây bệnh do nấm nhận diện ký chủ ngay từ đầu”, Coad nói. “Nếu chúng ta có thể hiểu được những tín hiệu trên bề mặt kích hoạt quá trình nhiễm bệnh, chúng ta có thể bắt đầu phát triển các chiến lược nhằm phá vỡ hoặc ngăn chặn những tín hiệu đó trước khi bệnh được hình thành”.

Nguyễn Tiến Hải theo Seedworld.