Trong ngành nông nghiệp, gạo là nguồn lương thực chính cho hơn một nửa dân số trên toàn cầu, làm cho việc canh tác lúa trở nên quan trọng đối với an ninh lương thực. Tuy nhiên, nấm đạo ôn Pyricularia oryzae (syn. Magnaporthe oryzae) lại gây hại đáng kể cho cây lúa, làm thiệt hại và giảm năng suất. Các phương pháp truyền thống để kiểm soát nấm bệnh này chủ yếu phụ thuộc vào thuốc diệt nấm hóa học, gây nguy hại đối với môi trường và góp phần tạo ra các chủng nấm kháng thuốc. Vì thế, các nhà khoa học đã nghiên cứu những phương pháp tương tác vi khuẩn tự nhiên để kích thích sức khỏe cây trồng và quản lý nguồn bệnh một cách bền vững.

Trong một nghiên cứu gần đây của phó giáo sư Yuuki Furuyama ở Bộ môn Khoa học Sinh học Ứng dụng thuộc Đại học Khoa học Tokyo, một nhóm các nhà khoa học đã đặt ra mục tiêu nghiên cứu mối quan hệ giữa Pyricularia oryzae và vi khuẩn có lợi Streptomyces griseus. Nhóm nghiên cứu gồm có cô Risa Sugiura, giáo sư Kouji Kuramochi, giáo sư Takashi Kamakura và tiến sỹ Takayuki Arazoe của Đại học Khoa học Tokyo; tiến sỹ  Takayuki Motoyama đến từ Viện Nghiên cứu Vật lý và Hóa học; tiến sỹHiroyuki Osada đến từ Viện Hóa học Vi sinh vật. Nghiên cứu của họ được công bố trên tạp chí Environmental Microbiology Reports vào ngày 23/9/2024.

“Mặc dù có nhiều nghiên cứu chuyên sâu về cách nấm đạo ôn lây nhiễm cho cây lúa, nhưng nhiều khía cạnh về vòng đời của nấm đạo ôn vẫn chưa được hiểu rõ. Với mục đích làm sáng tỏ sự tương tác giữa nấm đạo ôn và các vi sinh vật trong đất, nghiên cứu của chúng tôi hướng đến sự khám phá phần quan trọng trong vòng đời của nấm đạo ôn ngoài quá trình lây nhiễm”, tiến sỹ Furuyama giải thích. Để tiến hành nghiên cứu các tương tác này, nhóm tác giả đã tiến hành một loạt các thí nghiệm bao gồm việc nuôi cấy đồng thời 02 chủng Pyricularia oryzae và Streptomyces griseus. Họ ghi nhận sự thay đổi pH trong môi trường nuôi cấy và quan sát những yếu tố ảnh hưởng đến sự sinh trưởng của Streptomyces griseus trong các điều kiện nuôi cấy khác nhau.

Nghiên cứu của họ cho thấy, sự hiện diện của chủng Pyricularia oryzae làm tăng đáng kể pH môi trường, từ đó thúc đẩy sự phát triển của chủng Streptomyces griseus. Đáng chú ý là sự tăng cường phát triển này không phụ thuộc vào sự tiếp xúc trực tiếp của 2 vi sinh vật, nghiên cứu cũng cho thấy chủng Pyricularia oryzae tạo ra các hợp chất kiềm không bay hơi chịu trách nhiệm cho những ảnh hưởng này.

Nghiên cứu cũng nhấn mạnh, các loại nấm gây bệnh khác như Fusarium oxysporum và Cordyceps tenuipes không tạo ra sự phát triển tương tự ở chủng Streptomyces griseus, cho thấy những tương tác ghi nhận được chỉ có ở chủng Pyricularia oryzae. Ngoài ra, các nhà khoa học đã loại trừ amoniac là hợp chất làm tăng pH môi trường nuôi cấy, họ cũng đề xuất polyamine do P. oryzae tiết ra có thể là tác nhân tăng trưởng tích cực.

Tiêu đề hình ảnh: Pyricularia oryzae kích thích sự phát triển của Streptomyces griseus không phụ thuộc vào tiếp xúc trực tiếp.

Chú thích hình ảnh: Sự phát triển của S.griseus được kích thích bằng cách đồng nuôi cấy với P. oryzae. Một đĩa nuôi cấy được bổ sung chất chỉ thị phenol red cho thấy P. oryzae làm tăng pH môi trường, từ đó thúc đẩy sự phát triển của S.griseus, các hợp chất kiềm do P. oryzae tiết ra đã kích thích sự phát triển.

Tác giả hình ảnh: Tiến sỹ Yuuki Furuyama - Đại học Khoa học Tokyo, Nhật Bản.

Việc phát hiện tương tác vi khuẩn độc đáo này có ý nghĩa quan trọng đối với sự phát triển của các hoạt động nông nghiệp bền vững. Streptomyces griseus được biết có khả năng sản xuất kháng sinh cũng như khả năng ức chế sự phát triển của các vi sinh vật gây bệnh. Bằng cách kích thích sự phát triển của S. griseus, P. oryzae đã vô tình tạo ra các điều kiện có thể kiểm soát sự sinh trưởng của chính nó. “Những phát hiện của chúng tôi cho thấy S. griseus có thể được sử dụng như một tác nhân kiểm soát sinh học trên các cánh đồng lúa thay cho thuốc diệt nấm có nguồn gốc hóa học”, tiến sỹ Furuyama cho biết. Ông cũng nói thêm: “Nếu chúng ta tăng cường sự phát triển của S. griseus trên đồng lúa thì chúng ta có thể giảm những ảnh hưởng của nấm đạo ôn theo cách thân thiện với môi trường”.

Bên cạnh đó, nghiên cứu cũng cung cấp thêm những kiến thức có giá trị về vai trò của nấm đạo ôn P. oryzae đối với hệ sinh thái, chỉ ra được thành phần của các quần xã vi khuẩn trong đất.

Các nhà nghiên cứu cũng đề xuất những phát hiện của họ nên được ứng dụng rộng  hơn cho những kiến thức của chúng ta về cách điều chỉnh pH môi trường ảnh hưởng đến tương tác vi khuẩn, mở đường cho sự phát triển của các chiến lược kiểm soát sinh học đối với bệnh thực vật.

Với những khám phá mang tính đột phá này, nhóm nghiên cứu đã thực hiện một bước quan trọng để tiến tới các hoạt động nông nghiệp bền vững hơn. Tiềm năng khai thác sức mạnh của các tương tác vi khuẩn để chống lại nấm đạo ôn có thể cách mạng hóa cách chúng ta tiếp cận quản lý bệnh trên cây lúa, mở ra hy vọng về một tương lai ít phụ thuộc vào các tác nhân hóa học có hại.

Nguyễn Thị Kim Thoa theo Đại học Khoa học Tokyo.