Khoa học nông nghiệp

Có thể ngăn chặn nấm gây tổn thất cây trồng, giúp đảm bảo an ninh lương thực toàn cầu (01/04/2017)

Các nhà nghiên cứu tại Trường Đại học Arizona đã tìm ra được một phương pháp đầy hứa hẹn có thể ngăn chặn nấm gây tổn thất hàng triệu tấn cây trồng mỗi năm, đặc biệt giúp đảm bảo an ninh lương thực cho các nước đang phát triển. Phương pháp tiếp cận của nhóm nghiên cứu là sử dụng các cây ngô biến đổi gen để tạo ra các phân thử RNA siêu nhỏ có khả năng ngăn chặn nấm sản sinh ra aflatoxin (độc tố), các chất độc hại cao gây nguy hiểm cho người tiêu dùng ngay cả với số lượng nhỏ.

Các kết quả của nghiên cứu này đã được công bố trên tạp chí Science Advances và được Quỹ Bill và Melinda Gates tài trợ nghiên cứu.

Các loại cây trồng trên toàn thế giới rất dễ bị nhiễm trùng do hàng loạt các chủng nấm Aspergillus khác nhau, đây là một loại nấm có thể sản sinh ra các chất chuyển hóa thứ sinh được biết đến như aflatoxin. Các hợp chất này có liên quan đến sự tăng trưởng còi cọc của trẻ, gia tăng nguy cơ mắc ung thư gan và làm cho con người dễ bị nhiễm các bệnh như HIV và sốt rét.

Theo tác giả đứng đầu nghiên cứu, Monica Schmidt, Phó Giáo sư Ngành Khoa học cây trồng của Trường Đại học UA, và là thành viên của Viện Sinh học 5 của UA cho biết, không giống như ở Hoa Kỳ - cây trồng dành cho con người tiêu thụ được tiến hành kiểm tra các chất độc tố cẩn thận và sẽ bị tiêu hủy khi mức độ độc tố gần 20 phần tỷ (tương đương với một giọt nước trong bể chứa 22.000 galon, ở nhiều khu vực đang phát triển trên thế giới, đặc biệt là ở Châu Phi, nông phẩm hoàn toàn không được đánh giá mức độ độc tố Aflatoxin, mức độ độc tố này được đo cho thấy có nồng độ lên đến 100.000 phần tỷ.

“Aflatoxin là một trong những chất độc mạnh nhất trên hành tinh. Thông thường, chất độc này không làm chết người ngay lập tức, mà nó có thể khiến cho con người bị mắc bệnh”, Schmidt cho biết.

Schmidt và nhóm nghiên cứu của bà đã tiến hành nghiên cứu xem xét cơ chế sinh học xuất hiện tự nhiên có tên là RNA can thiệp (RNA interference - RNAi) có thể dùng làm vũ khí chống lại độc tố Aspergillus hay không. Phương pháp tiếp cận này, được gọi là Gene Silencing hoặc HIGS, dựa trên các nghiên cứu trước đó đã phát hiện thấy trong quá trình lây nhiễm, cây chủ và nấm có sự trao đổi các phân tử axit nucleic nhỏ của các nhà nghiên cứu khác.

Hình ảnh ba cây ngô biến đổi gien so với các cây đối chứng không chuyển gen. Nguồn: Monica Schmidt

Schmidt cho biết rằng, họ đã đưa một cấu trúc ADN đã được thiết kế vào bên cây ngô để chuyển RNA vào trong nấm khi nó nhiễm bệnh cho cây ngô.

Những cây ngô biến đổi gen này mang bản đồ gen cho các phân tử RNA nhỏ, mỗi phân tử chỉ dài khoảng 20 cặp base, và chỉ ở phần hạt ngô (phần có thể ăn được), chứ không phải ở toàn bộ cây. Cây ngô này sẽ liên tục sản xuất ra RNA trong suốt quá trình phát triển hạt ngô. Và khi hạt ngô bị nhiễm nấm, RNA sẽ di chuyển vào trong nấm. Một khi vào bên trong các tế bào nấm, các phân tử RNA có hình dạng chiếc cặp tóc này sẽ ghép cặp với các chuỗi mục tiêu của chính RNA của nấm để mã hóa một enzym sản sinh độc tố theo một quá trình xử lý có tên là RNAi. Điều này làm cho quá trình sản sinh độc tố bị ngưng lại, nhưng không có cách nào tác động đến nấm, làm cho nấm tiếp tục tăng trưởng và sống trên ngô, mặc dù vô hại.

Phương pháp tiếp cận HIGS này đem lại lợi ích đặc biệt so với những kết quả loại bỏ aflatoxin ra khỏi chuỗi thức ăn của con người hiện có, bởi vì nó ngăn chặn nấm tạo ra độc tố ngay từ lúc trồng ngô, trái với việc chỉ bảo vệ cây ngô khi chúng được thu hoặc và lưu trữ bảo quản. Phương pháp tiếp cận này bao gồm các quạt bằng năng lượng mặt trời để hút không khí ra khỏi phương tiện lưu trữ hoặc bịt kín cây trồng trong các túi chứa lớn khiến cho nấm không thể phát triển trong môi trường không có không khí.

Một chiến lược tiếp cận khác do Peter Cotty, nhà nghiên cứu bệnh thực vật học thuộc Bộ Nông nghiệp Hoa Kỳ và Trường Đại học Khoa học thực vật, UA và là đồng tác giả nghiên cứu đã khám phá ra đó là, phun thuốc trừ sâu tiêu diệt lại nấm cúc (Aspergillus) để nó không thể sản sinh ra độc tố. Bằng cách này có thể ngăn chặn các mầm bệnh của chúng khỏi hình thành trên các cây trồng.

Một nhà nghiên cứu khác cũng đã nỗ lực gây giống các loài ngô có thể bộc lộ các protein kháng nấm, nhưng không có nhiều các protein kháng nấm được biết đến do đó hiệu quả của phương pháp này rất ít, Schmidt cho biết.

HIGS là phương pháp hứa hẹn lớn bởi vì nó có thể nhắm đích và rất đặc trị. Và nó có tiềm năng ứng dụng đối với các loại cây trồng khác, Schmidt giải thích.

Trong thử nghiệm của họ, nhóm nghiên cứu đã nhiễm bệnh nấm Aspergillus cho cây ngô và để cho chúng phát triển trong thời gian 1 tháng. Trong khi những cây ngô đối chứng không được điều trị cho thấy có mức độ độc tố ẩn náu trong khoảng 1.000 đến 10.000 trên mỗi tỷ, nồng độ độc tố không phát hiện thấy trong các cây ngô biến đổi gen. Giới hạn phát hiện này không bằng không, nhưng đủ thấp để an toàn khi sử dụng, Schmidt cho biết.

Schmidt cho biết, hiện nhóm nghiên cứu đang tiến hành thúc đẩy nghiên cứu này sâu hơn nữa và tiến hành nghiên cứu tổng thể biểu hiện gen trong hạt ngô để quan sát xem các cây ngô biến đổi gen có những tác dụng phụ không mong muốn hay không. Ngoài ra, phòng thí nghiệm của Rod Wing, thuộc Viện Khoa học thực vật UA, cũng đã so sánh hàng nghìn bản sao RNA giữa các hạt ngô đối chứng không biến đổi gen và các hạt ngô biến đổi gen. Kết quả cho thấy, nhóm nghiên cứu không tìm thấy sự khác nhau quan trọng nào trong nhóm biểu hiện gen vi phân giữa các hạt ngô biến đổi gen và không biến đổi gen.

Nguồn: vista.gov.vn