Nghiên Cứu Giải Pháp ứng Phó Với Bệnh Gỉ Sắt ở Cây Lúa Mì

Một nhóm các nhà nghiên cứu quốc tế đã xác định được gien kháng bệnh gỉ sắt ở thân từ loài cỏ Aegilops sharonensis.

Nhóm nghiên cứu do Trung tâm John Innes, Phòng thí nghiệm Sainsbury và Đại học Minnesota dẫn đầu đã sử dụng những tiến bộ về định dạng sinh học để phát triển bản đồ bộ gien chính xác đầu tiên của Aegilops sharonensis.

Tiềm năng di truyền của loài cỏ dại được tìm thấy ở Israel và miền nam Lebanon phần lớn vẫn chưa được khám phá.

Bằng cách sử dụng bản đồ gien và một kỹ thuật công cụ tìm kiếm có tên là Mutant Hunter, nhóm nghiên cứu đã quét bộ gien để tìm các đột biến nhằm tìm kiếm những đột biến khác biệt ở những cây có khả năng miễn dịch với bệnh gỉ sắt ở thân, một căn bệnh đã gây khó khăn cho nông dân trong nhiều thiên niên kỷ.

Cuộc tìm kiếm này đã xác định được một gien mà các nhà nghiên cứu cho rằng bảo vệ được thực vật. Họ phân lập gien quan tâm và chuyển gien này vào cây lúa mì, nơi gien có khả năng bảo vệ mạnh mẽ chống lại tất cả các chủng nấm bệnh gỉ sắt đã thử nghiệm, Puccinia graminis f. sp. tritici.

Tiến sĩ Brande Wulff, một nhà nghiên cứu lúa mì tại Đại học Khoa học và Công nghệ King Abdullah (KAUST), trước đây là trưởng nhóm tại Trung tâm John Innes và là một trong những tác giả của nghiên cứu cho biết: “Hiện chúng tôi đã có gien này mang lại khả năng miễn dịch đáng kinh ngạc”.

Trong nghiên cứu được đăng trên tạp chí Nature Communications, các thí nghiệm đã chỉ ra rằng gien Sr62 mã hóa một phân tử gọi là Protein kinaza song song. Các nghiên cứu đang thực hiện đang xem xét cách thức hoạt động của gien này để các nhà nghiên cứu có thể thiết kế cơ chế sinh học hoạt động hiệu quả hơn.

Nhóm nghiên cứu có kế hoạch sử dụng gien mới để lai tạo thành các giống lúa mì thường được sử dụng bằng công nghệ chỉnh sửa gien. Họ dự đoán nhiều gien kháng bệnh sẽ được xác định và nhân bản từ quần thể Aegilops sharonensis và các loại cỏ hoang dã khác.

Aegilops sharonensis được biết đến là loài sở hữu nhiều đặc điểm có tầm quan trọng trong nông nghiệp như khả năng chống lại các bệnh chính bao gồm cả bệnh gỉ sắt. Tuy nhiên, loại cỏ này thời gian sinh trưởng lâu, lớp vỏ hạt cứng và khó lai tạp với các giống lúa mì.

Giáo sư Brian Steffenson từ Đại học Minnesota và đồng tác giả của nghiên cứu giải thích: “Do những khó khăn lớn trong việc lai Aegilops sharonensis với lúa mì, chúng tôi khá chắc chắn rằng các gien kháng bệnh gỉ sắt đã được phát hiện trong các loài cỏ hoang dã sẽ là một điều mới lạ. Aegilops sharonensis có phạm vi sinh sống rất hẹp dọc theo đồng bằng ven biển Địa Trung Hải”.

Giáo sư Steffenson cho biết thêm: “Do đó, điều quan trọng và kịp thời là chúng ta đã nỗ lực thu thập và xác định đặc điểm của loài này trước khi chúng bị biến mất bởi quá trình đô thị hóa. Chúng tôi hy vọng rằng gien kháng được nhân bản trong nghiên cứu này, khi kết hợp các gien khác, sẽ tạo ra sức đề kháng lâu dài ở các giống lúa mì, do đó làm giảm mối đe dọa của bệnh gỉ sắt trên thân cây”.

Nghiên cứu nêu bật những phát triển gần đây ở Mỹ Latinh nơi lúa mì biến đổi gien được lai tạo để chịu hạn đã được phê duyệt - có khả năng mở đường cho các đặc điểm biến đổi gien được lai tạo trên lúa mì rộng rãi hơn khi đối mặt với cuộc khủng hoảng khí hậu.

Việc tìm kiếm chất đề kháng chống lại bệnh gỉ sắt thân trở nên cấp thiết hơn khi dịch bệnh ngày càng trở nên thường xuyên hơn và biến đổi khí hậu có nguy cơ làm gia tăng sự lây lan của nó.

Tiến sĩ Wulff cho biết: “Các mầm bệnh như bệnh gỉ sắt ở thân đã làm giảm 21% năng suất lúa mì. Nếu chúng ta có thể can thiệp bằng di truyền học, bằng cách thu nhận sức đề kháng được tìm thấy trong loài cỏ dại này thì đó sẽ là một đóng góp đáng kinh ngạc cho nông nghiệp và biến đổi khí hậu”.