Đã có những tiến bộ to lớn trong việc hiểu cơ sở phân tử của sự kháng bệnh ở thực vật trong 20 năm qua. Tuy nhiên, việc truyền những kiến ​​thức này sang sử dụng thực tế đã chậm.

Độ bền kháng

Trong nhiều trường hợp, sức đề kháng của cây trồng đối với một chủng gây bệnh đặc biệt xảy ra khi nhận biết được các protein gây bệnh gọi là các tế bào thực vật, là các yếu tố độc lực đưa vào tế bào chủ bởi vi khuẩn gây bệnh trong quá trình lây nhiễm. Sự công nhận hiệu quả được trung gian bởi các protein lặp lại nucleotide, protein lặp lại leucine (NLR) được mã hoá trong bộ gen cây trồng, và sự nhận biết này bắt đầu phản ứng phòng thủ bằng cây trồng. Sự kháng cự dựa trên nhận dạng này có thể rất hiệu quả, nhưng nó cũng có thể nhanh chóng được khắc phục nếu mầm bệnh tiến triển để mất hoặc sửa đổi các effector được công nhận. Thay vì triển khai gen một cách riêng lẻ trong cuộc đua với sự tiến hóa của mầm bệnh, một chiến lược hiệu quả hơn là triển khai nhiều gen kháng cùng một lúc trong một ngăn xếp gen, như vậy cần phải có nhiều đột biến độc lập để một mầm bệnh vượt qua kháng thể. Ngăn chặn gen kháng transgenic có hiệu quả chống lại bệnh rụng lá cuối cùng trong cánh đồng trong khoai tây, trong khi các gen kháng riêng được triển khai có thể được khắc phục trong một mùa duy nhất (Haverkort et al., 2016).

Mối đe dọa mới của bệnh gỉ sắt lúa mì

Lúa mì là một trong những loại cây trồng quan trọng nhất trên trái đất, và kể từ khi nó được thuần hóa, nó đã bị bao vây bởi dịch bệnh. Một tác nhân gây bệnh đặc biệt quan trọng đối với lúa mì là bệnh gỉ sắt, theo đúng các điều kiện, có thể quét sạch toàn bộ cây trồng. Các dòng lúa mì kháng bệnh gỉ rễ đã được giới thiệu trong Cuộc Cách mạng Xanh vào những năm 1950. Tuy nhiên, từ năm 1999, các chủng mới của bệnh gỉ sắt ở châu Phi đã vượt qua được sự kháng cự này. Kể từ đó, các nỗ lực mới đã tập trung vào việc xác định các nguồn kháng bệnh mới trong các loài liên quan. Những gen kháng này có thể được đưa vào lúa mì thông qua các cây thập giá rộng, nhưng đó là một quá trình lâu dài và khó khăn để loại bỏ các đặc điểm không mong muốn đã được giới thiệu từ các loài hoang dã để tạo ra một dòng lúa mỳ thương mại mới.

Phát triển kháng rỉ bền

2Blades và cộng tác viên của chúng tôi đang tận dụng các công cụ phân tử tiên tiến mới và thông tin về trình tự bộ gen chất lượng cao để cô lập các gen gây ra sự kháng bệnh rầy nâu từ lúa mỳ và các họ hàng của họ và tạo ra các ngăn xếp gen để chống chịu lâu dài. Các phương pháp như chụp gen chuỗi NLR (Jupe và cộng sự, 2013, Steuernagel và cộng sự, 2016) và phân loại nhiễm sắc thể (Sanchez-Martin và cộng sự, 2016) từ các dòng lúa mỳ kháng và nhạy cảm đã làm tăng tốc độ mắc bệnh các gen kháng có thể bị cô lập. Chúng tôi đã giới thiệu các ngăn xếp gen có chứa tới 6 loại gen kháng rễ kháng bệnh khác nhau trong một cấu trúc đơn lẻ thành lúa mì và những dòng này mới được mô tả. Trong tương lai, chỉnh sửa gen có thể cho phép tạo ra các ngăn xếp gen tại một vị trí nhiễm sắc thể cụ thể, hoặc "pad hạ cánh", tạo điều kiện cho việc bổ sung các gen kháng mới để theo kịp với sự tiến hóa của mầm bệnh. Thông tin về bộ gen của mầm bệnh được cải thiện sẽ cho phép giám sát các quần thể gây bệnh cho sự mất mát effector và kiến ​​thức về tính đặc hiệu của gen kháng thuốc sẽ cho phép dự đoán các gen kháng tốt nhất để triển khai. Việc triển khai phù hợp các gen kháng được công nghệ cho phép có thể cho phép chúng ta tiến bước một bước trong cuộc đua chống lại bệnh gỉ sắt và nhiều bệnh khác.

Nguồn: Dr Lynne Reuber holds a Ph.D. in Biology from Massachusetts Institute of Technology and a B.A. in Biology and Chemistry from Drury University. She joined the 2Blades Foundation as Program Director in 2014.

TS. Chung Anh Dũng lược dịch.