Phương pháp mới nhận dạng gen kháng bệnh trong cây ca cao

• Xem thêm nội dung liên quan đến chủ đề "kháng bệnh", "ca cao", "giống cây trồng"

Bệnh thối quả (ca cao), còn gọi là quả đen, do nấm Phytophthora gây ra, có sự lây lan nhanh chóng trên vỏ hạt ca cao trong điều kiện thời tiết mưa và ẩm quá mức, ánh nắng mặt trời không đủ và nhiệt độ thấp. Đây là một bệnh chính gây hạn chế cho ngành sản xuất ca cao. Nguồn: Andrew Fister, Penn State

Mark Guiltinan, giáo sư ngành sinh học phân tử thực vật, Trường Đại học Khoa học Nông nghiệp State Pennsylvania (PSU), đứng đầu nhóm nghiên cứu cho biết, cách mới dùng để xác định các gen kháng bệnh nhanh chóng này cũng có thể áp dụng cho bất kỳ đặc điểm nào có liên kết di truyền trong bất kỳ loài cây nào khác. Ông cũng cho rằng chiến lược nghiên cứu này thể hiện một bước tiến lớn trong nỗ lực phát triển khả năng kháng bệnh của các loài thực vật lâu năm, có thể góp phần tăng cường an ninh kinh tế và lương thực toàn cầu.

Trọng tâm của nghiên cứu này là cây ca cao, tên khoa học là Theobroma cacao, thường được trồng ở vùng nhiệt đới và là nguồn nguyên liệu để sô cô la. Mặc dù hạt giống ca cao là một mặt hàng xuất khẩu chính của nhiều nước vùng Trung Mỹ, Nam Mỹ, châu Phi và châu Á, nhưng bệnh nấm đã gây sụt giảm khoảng 30-40% sản lượng ca cao hàng năm trên toàn thế giới.

Trong một thời gian dài, các nhà khoa học đã cố gắng tìm ra cách để giảm thiểu những tổn thất này và tăng cường khả năng kháng bệnh cho cây ca cao - một cách tiếp cận hiệu quả và thân thiện với môi trường nhất cho quản lý các loại bệnh đối với cây trồng, Guiltinan nhấn mạnh.

Guiltinan đã tập hợp một nhóm liên ngành cùng tham gia vào nghiên cứu này. Bằng cách thu thập các mẫu lá từ cây ca cao tại Bộ sưu tập ca cao quốc tế (CATIE), ở Turrialba, Costa Rica, nhóm nghiên cứu bắt đầu đo mức nhạy cảm của 60 kiểu gen của ca cao đối với nấm Phytophthora palmivora - tác nhân gây bệnh nguy hại và phổ biến đối với cây ca cao.

Nhóm nghiên cứu tập trung vào bốn nhóm cây ca cao di truyền gồm Guiana, Iquitos, Marañon và Nanay, đều có nguồn gốc từ vùng Amazon (Nam Mỹ). Ngoài ra họ cũng thu thập thêm lá của các giống cây đại diện cho 4 kiểu gen là: Scavina 6, Imperial College Selection 1, CATIE R4 và R6.

Trong thời gian lấy mẫu kéo dài 9 tháng, các nhà nghiên cứu đã tiêm vào 1.250 lá cacao mầm bệnh Phytophthora palmivora và sau đó họ phân tích và đo mức độ tổn thương trên lá để đánh giá khả năng kháng bệnh. Họ đã xác định được 16 kiểu gen cho thấy khả năng chịu bệnh mạnh nhất và đánh giá được 16 kiểu gen dễ mắc bệnh khác. Sau đó, họ giải mã trình tự bộ gen của hầu hết các giống cây này để xem sự khác nhau của từng mẫu.

“Kết quả giải trình tự bộ gen sẽ cho phép các nhà lai tạo cải thiện di truyền của ca cao chính xác và nhanh chóng hơn, và cuối cùng là phát triển được các hệ thống canh tác ca cao bền vững hơn và cải thiện phúc lợi của nông dân trồng cacao trên toàn thế giới”, Guiltinan cho biết.

Cách tiếp cận để khám phá ra các cơ sở di truyền có khả năng kháng bệnh mới này thành công là nhờ vào sự tiến bộ trong giải trình tự ADN. Công nghệ này đã nhanh chóng đẩy nhanh quá trình phân tích và giảm chi phí, Guiltinan nói.

Phần lớn nghiên cứu, công bố trên tạp chí Tree Genetics & Genomes mới đây, được tiến hành tại Cơ sở gen ở Viện nghiên cứu khoa học đời sống thuộc PSU bởi các nhà giải mã bộ gen tại Trung tâm y tế Hershey, PSU.

“Bước phát triển nhảy vọt của công nghệ đã mở ra một kỷ nguyên mới về nghiên cứu kháng bệnh cho cây, điều mà trước đây phải mất hàng thập kỷ mới có thể thu được các kết quả của việc nhân giống và thao tác di truyền. Bây giờ, thay vì chỉ có thể nghiên cứu một gen tại một thời điểm, ta có thể nghiên cứu một bộ gen tại cùng một thời điểm. Hiện nhóm nghiên cứu chúng tôi đang nghiên cứu hàng ngàn gen và sự đa dạng di truyền của các gen này trong các kiểu gen khác nhau của ca cao, ở một cấp độ hoàn toàn mới”. Guiltinan nói.

Một hạn chế lớn đối với việc tăng sản lượng lương thực là bị mất mùa do cây trồng bị mắc bệnh. Vi khuẩn có thể phá hủy khoảng 15% tổng sản lượng cây trồng của thế giới mỗi năm. Do đó, những tiến bộ trong khoa học trong kiểm soát bệnh ở thực vật là cần thiết để giảm những tổn thất này và việc phát hiện ra các gen kháng bệnh sẽ mở ra tiềm năng lớn của sự đa dạng di truyền trong nhân giống cây trồng trong tương lai.

P.T.T