Đột phá công nghệ sinh học: Tạo ra giống sắn kháng bọ phấn trắng bằng công nghệ RNAi
Nguyễn Ngọc Hùng theo bioRxiv
Bọ phấn trắng (Bemisia tabaci) là nỗi ám ảnh của người trồng sắn trên toàn thế giới. Chúng không chỉ gây hại trực tiếp bằng cách hút nhựa cây mà còn là trung gian truyền hai căn bệnh virus nguy hiểm nhất: bệnh khảm lá sắn (CMD) và bệnh sọc nâu sắn (CSBD). Những dịch bệnh này gây thiệt hại ước tính hơn 1,25 tỷ USD mỗi năm, đe dọa an ninh lương thực của hàng triệu nông hộ nhỏ lẻ.
Trước đây, các nỗ lực nghiên cứu chủ yếu tập trung vào việc tạo ra giống sắn kháng virus. Tuy nhiên, một nghiên cứu mới đây đã mở ra hướng đi đầy triển vọng khi tạo ra giống sắn có khả năng tự tiêu diệt bọ phấn trắng bằng công nghệ RNA can thiệp (RNAi).
Nhóm các nhà khoa học quốc tế từ Trung tâm Khoa học Thực vật Donald Danforth (Mỹ), Viện Tài nguyên Thiên nhiên (Anh) và Đại học Hebrew Jerusalem (Israel) đã xác định các gen đóng vai trò sống còn trong cơ thể bọ phấn trắng. Thay vì chỉ nhắm vào một mục tiêu, họ đã phát triển 4 chiến lược tấn công vào các quá trình sinh học cốt lõi của côn trùng:
Gây rối loạn cân bằng nước: Tấn công các gen giúp bọ phấn kiểm soát áp suất thẩm thấu khi hút nhựa cây nhiều đường.
Cắt đứt nguồn năng lượng: Nhắm vào quá trình chuyển hóa đường và vận chuyển năng lượng.
Tiêu diệt vi khuẩn cộng sinh: Bọ phấn trắng cần vi khuẩn trong ruột để tổng hợp các axit amin thiết yếu. Công nghệ này sẽ ngăn chặn sự phát triển của các vi khuẩn này.
Vô hiệu hóa khả năng giải độc: Ngăn chặn bọ phấn trắng giải độc các chất phòng vệ tự nhiên của cây sắn.
Các nhà nghiên cứu đã tạo ra các cây sắn biến đổi gen (giống NASE 13 phổ biến ở Đông Phi) có khả năng sản xuất ra các đoạn RNA mạch đôi (dsRNA) đặc hiệu. Khi bọ phấn trắng hút nhựa từ lá cây, các đoạn RNA sẽ xâm nhập vào cơ thể chúng và tắt các gen mục tiêu.
Phân tích cây chuyển gen RNAi kháng côn trùng.
Ghi chú:
(A) Cây chuyển gen trong nuôi cấy mô.
(B) Promoter SUC2 điều khiển biểu hiện GUS trong các mô mạch của lá.
(C) Cây chuyển gen RNAi NASE 13 biểu hiện cả dsRNA và siRNA.
(D) Mối tương quan đồng biến có ý nghĩa thống kê giữa mức độ dsRNA và siRNA trong cây chuyển gen RNAi NASE 13 (giá trị delta Ct cao hơn = biểu hiện cao hơn).
(E) Cây chuyển gen RNAi NASE 13 12 tuần tuổi thể hiện kiểu hình bình thường.
(F) Biểu hiện ổn định của dsRNA trong cây chuyển gen RNAi NASE 13 trong hơn hai năm (delta Ct NRI = cây hai năm tuổi; delta Ct TC = cây nuôi cấy mô non).
(G) Mối tương quan đồng biến có ý nghĩa thống kê giữa mức độ biểu hiện của các cấu trúc dsRNA trong hơn hai năm.
Kết quả thử nghiệm cho thấy hiệu quả diệt trừ sâu hại rất ấn tượng: Tỷ lệ chết ở bọ trưởng thành: Lên đến 58% chỉ sau 7 ngày hút nhựa từ lá sắn biến đổi gen. Ngăn chặn sự phát triển của ấu trùng: Hiệu quả lên tới 75-90%, khiến ấu trùng không thể phát triển thành con trưởng thành.
Các phân tích sâu hơn xác nhận rằng mức độ biểu hiện của các gen mục tiêu trong cơ thể bọ phấn trắng đã giảm mạnh (lên đến 2,5 lần), chứng tỏ cơ chế RNAi hoạt động đúng như thiết kế.
Các mô hình mô phỏng quần thể cho thấy công nghệ này có thể kiểm soát hiệu quả sự bùng phát của bọ phấn trắng trên đồng ruộng. Đặc biệt, việc nhắm vào giai đoạn ấu trùng được dự báo sẽ mang lại hiệu quả cao hơn so với chỉ nhắm vào con trưởng thành.
Đây là một bước tiến quan trọng hướng tới việc phát triển các giống sắn bền vững, giúp nông dân Châu Phi bảo vệ mùa màng mà không cần phụ thuộc vào thuốc trừ sâu hóa học đắt tiền và độc hại. Công nghệ này hứa hẹn sẽ là một công cụ mạnh mẽ trong chiến lược quản lý dịch hại tổng hợp, góp phần đảm bảo an ninh lương thực trong khu vực.
