Phân tích haplotype và phát triển bộ chỉ thị phân tử của gen điều khiển tính trạng chống chịu lạnh OsCTS11 ở giai đoạn mạ của cây lú

Phân tích haplotype và phát triển bộ chỉ thị phân tử của gen điều khiển tính trạng chống chịu lạnh OsCTS11 ở giai đoạn mạ của cây lúa

Nguồn: Jianghui Yu, Shaoran Suo, Huang Zhou, Yunpeng Peng, Zhijun Wang, Huan Cao, Yongkang Liu, Xiwen Shi, Ling Liu, Dingyang Yuan, Cheng Zheng & Meijuan Duan. 2025. Haplotype analysis and molecular marker development for the cold tolerance gene OsCTS11 at the seedling stage of rice. Theoretical and Applied Genetics; December 1 2025; vol. 138; article 315

Tổn thương do lạnh đối với cây lúa giai đoạn mạ là thách thức to lớn cũa tăng trưởng và năng suất thóc. Cho dù người ta đã xác định được QTLs trên bản đồ di truyền và ghi nhận được các gen đích của tính trạng chịu lạnh, những mọi cố gắng trong cải tiến giống lúa vẫn còn đối mặt với sự thiếu nhiều các chỉ thị phân tử chính xác. Trong nghiên cứu này người ta tiến hành phân tích 529 mẫu giống lúa từ tập đoàn  3K Rice Genomic Diversity để nghiên cứu các biến thể di truyền của gen OsCTS11, một regulator âm tính với tính chống chịu lạnh vào giai đoạn mạ. Phân tích giá trị LD (linkage disequilibrium) xác định được ba “LD blocks” cực trọng (BLOCK1-3) trong phân tử gen OsCTS11. Mỗi block có 4  haplotypes khác biệt nhau. Phân tích di truyền kiểu “association” cho thấy Hap4 trong BLOCK1, Hap3 trong BLOCK2, và Hap4 trong BLOCK3 làm tăng đáng kể tỷ lệ sống sót cây mạ bị xử lý lạnh; với kết quà 65,38%, 58,41%, và 51,48%, theo thứ tự, ưu thế thuộc về loại hình cây lúa japonica. Những haplotypes có ưu thế thuận lợi này minh chứng được tính thích nghi của cây lúa với vùng canh tác lúa ôn đới (30°–40°N) và cao nguyên trồng lúa nhiệt đới (cao trình 800–1500 m), phù hợp với quá trình tiến hóa của tính chống chịu lạnh của cây lúa japonica. Việc sử dụng KASP molecular markers trên cơ sở các vị trí của SNP được minh chứng thông qua kết quả này. Trong số 42 giống lúa được sàng lọc, giống indica R676 và giống japonica Nangeng 5718, cả hai đều có những haplotypes trội (dominant), biểu hiện tỷ lệ cây sống cao hơn so với giống lúa thiếu các haplotypes như vậy. “Marker-assisted backcrossing” (hồi giao nhờ chỉ thị phân tử) giúp cho việc phát triển ra 4 nguồn vật liệu chịu lạnh mới (YR05-YR08) được tích hợp trong những haplotypes OsCTS11 có lợi. Chú ý, YR08 (Hap4 + Hap3 + Hap4) biểu thị sự cải tiến đáng kể sự phát triển cây mạ bị stress lạnh, minh họa lợi ích cộng dồn  của những haplotypes chồng lấp lên nhau. Kết quả  ghi nhận tiềm năng của việc tận dụng haplotypes có biến thể tự nhiên để sáng tạo nên những markers chính xác phục vụ xác định haplotypes của gen OsCTS11. Kết quả cung cấp một phương pháp tiếp cận mới nhằm khai thác hiệu quả gen điều tiết có tính chất tiêu cực trong chương trình lai tạo giống lúa.

Xem: https://link.springer.com/article/10.1007/s00122-025-05071-y

Sự mất đi “calcium-dependent protein kinases”: protein OsCPK5 và protein OsCPK13 dẫn đến kết quả “tính kháng phụ thuộc vào cơ chế NLR” trong hệ gen cây lúa.

Sự mất đi “calcium-dependent protein kinases”: protein OsCPK5 và protein OsCPK13 dẫn đến kết quả “tính kháng phụ thuộc vào cơ chế NLR” trong hệ gen cây lúa.

Zhanchun Wang, Shibo Yu, Wencai Xu, Han Peng, Xuan Zhou, Anja Liese, Lilan Chen, Guitao Zhong, Chen ZhongXianya Deng, Libo Han, Na Liu, Justin Lee, Tina Romeis, Dingzhong Tang, and Wei Wang. 2025. Loss of calcium-dependent protein kinases OsCPK5 and OsCPK13 leads to NLR-dependent resistance in rice. PNAS; November 4, 2025; 122 (45) e2506856122; https://doi.org/10.1073/pnas.2506856122

Protein kinases phụ thuộc vào ion calcium (CPKs/CDPKs) có vai trò cực kỳ quan trọng trong hệ miễn dịch của cây thông qua sự phục vụ của ion calcium (Ca²⁺) cả trạng thái sensors và decoders mà chúng truyền được tín hiệu Ca²⁺ vào phản ứng  phosphoryl hóa ở tế bào cây. Cho dù người ta biết được vai trò then chốt của miễn dịch thực vật, nhưng chưa có minh chứng nào  về CPKs là đích đến của những effectors của sinh vật gây bệnh. Tuy nhiên, liệu rằng CPKs có thể được bảo vệ hay không nhờ nucleotide-binding, leucine-rich repeat receptors (NLRs) có tính chất nội bào, giống với các thành phần miễn dịch căn bản khác? Người ta chưa biết rõ. Ở đây, tác giả chỉ ra OsCPK5 và OsCPK13 đóng góp vào tính kháng bệnh đạo ôn lúa nhưng sự mất đi của cả hai này lại dẫn đến kết quả gia tăng tính kháng, mà tính kháng ấy phụ thuộc vào NLR protein như: OsCPK5/13-ASSOCIATING RESISTANCE PROTEIN 1, phát triển sự hiểu biết của chúng ta sang  lĩnh vực CPKs cũng sẽ được bảo vệ bởi NLRs.

Tín hiệu của ion Ca²⁺ có vai trò cực kỳ quan trọng trong miễn dịch thực vật, điều tiết cả PTI (pattern-triggered immunity) thông qua những thụ thể ở bề mặt tế bào và ETI (effector-triggered immunity) thông qua gắn kết với nucleotide nội bào và leucine-rich repeat receptors (NLRs). Những protein là kinases lệ thuộc vào calcium (CPKs/CDPKs) đóng vai là Ca²⁺ sensors chủ chốt và là những transducers tín hiệu trong các tiến trình của chúng. Tác giả chứng minh được sự liên quan của hai loại hình CPKs, OsCPK5 và OsCPK13, đối với tính kháng bệnh đạo ôn lúa. Cả hai đều là protein: Ca²⁺-responsive kinases, với khả năng hình thành những heteromer thực vật làm tăng cường hiện tượng phosphoryl hóa cũng như các chức năng truyền tín hiệu. các dòng đột biến mang gen lặn oscpk5 và oscpk13 biểu hiện phản ứng PTI  bị suy giảm sớm và tăng cường sự  nhiễm bệnh đạo ôn, cho thấy: những kinases như vậy rất cần cho kết quả miễn dịch hiệu quả. Ngạc nhiên là, dù cho có bị lỗi trong PTI, nhưng dòng đột biến kép  oscpk5/13 biểu hiện tính kháng cao với đạo ôn. Protein NLR, OsCPK5/13-ASSOCIATING RESISTANCE PROTEIN 1 (OsCARP1), gắn kết với cả OsCPK5 và OsCPK13, về mặt di truyền rất cần để tính kháng này nân cao hơn oscpk5/13. Bên cạnh đó, sự gây chết tế bào bởi OsCARP1 trong cây thuốc lá mô hình Nicotiana benthamiana có thể bị ức chế khi có thể hiện của OsCPK5 và OsCPK13. Trên cơ sở nghiên cứu này, người ta giả định rằng vai trò kháng bệnh đạo ôn tích cực của OsCPK5 và OsCPK13 được bảo vệ bởi OsCARP1, do đó, dẫn đến kết quả kháng ETI phụ thuộc vào OsCARP1 của dòng đột biến kép oscpk5/13 hoặc khi bị thao túng bởi những pathogen effectors chưa biết rõ trong quá trình lây nhiễm bệnh. Đây là luận điểm khoa học để biết làm thế nào  cây lúa tương tác với pathogen tấn công nó, trên cơ sở thành phần miễn dịch gắn với sự truyền tín hiệu ion Ca²⁺.

Xem https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2506856122

Hoạt tính của kinase phụ thuộc Ca²⁺ của hệ men OsCPK5 và OsCPK13.

OsGSTT3 điều tiết tính trạng nẩy mầm thông qua sự tác động đến trạng thái ROS của lúa

 OsGSTT3 điều tiết tính trạng nẩy mầm thông qua sự tác động đến trạng thái ROS của lúa

Nguồn: Yunyi Wen, Yanjin Zhou, Mingyang Ding, Zilong Luo, Can Wang, Yibin Pan, Ying He & Dagang Jiang. 2025. OsGSTT3 regulates seed germination by modulating reactive oxygen species homeostasis in rice. Theoretical and Applied Genetics; November 11 2025; vol. 138; article 302

 Họ gen OsGSTT3 mã hóa men glutathione S-transferase trong cây lúa điều tiết sự nẩy mầm hạt thông qua trạng thái bảo hòa ROS (reactive oxygen species homeostasis). Mức độ biểu hiện tương đối của gen gắn với kết quả ROS scavenging đã được thay đổi.

Sự nẩy mầm của hạt thóc là một tiến trình sinh ly cực kỳ phức tạp; nó được điều tiết bởi nhiều yếu tố cả bân trong lẫn bên ngoài. Men glutathione S-transferases (GSTs), là lớp protein cần thiết của các enzymes chống ô xi hóa, có vai trò chủ chốt trong phản ứng của cây lúa với stress ngoại cảnh. Tuy nhiên, cơ chế điều tiết có tính chất phân tử của sự nẩy mầm hạt thóc vẫn chưa được biết rõ ràng. Theo kết quả nghiên cứu này, người ta xác định OsGSTT3 là một regulator chủ chốt của nẩy mầm hạt lúa. Cả sự biểu hiện mạnh mẽ gen OsGSTT3 và những dòng lúa “knockout” đều biểu hiện tốc độ nẩy mầm bị trị hoãn khi so sánh với cây lúa WT (nguyên thủy). Phân tích RT-qPCR cho thấy OsGSTT3 biểu hiện rất cao trong hạt và trong giai đoạn nẩy mầm, với cách biểu hiện bị can thiệp bởi H₂O₂ (hydrogen peroxide) và DPI (diphenyleneiodonium chloride). Xử lý H₂O₂ và DPI ngoại sinh một lần nữa xác định các mức độ của ROS chính là tác nhân cực trọng của nẩy mầm trong dòng lúa chuyển gen OsGSTT3. Đo lường H₂O₂ nội sinh cho thấy mức độ làm giảm đáng kể trong dòng lúa biểu hiện mạnh mẽ gen đích và mức độ được tằng trong dòng lúa đột biến knockout liên quan đến WT. Hơn nữa, OsGSTT3 điều tiết trong thái bão hò homeostasis của ROS khi nẩy mầm nhờ điều tiết biểu hiện các gen gắn với ROS. Như vậy, kết quả tạo nên gen OsGSTT3 là một regulator chủ chốt của nẩy mầm hạt thông qua “ROS homeostasis”, cung cấp luận điểm khoa học mới về cơ chế phân tử của sự nẩy mầm hạt lúa và thu nhận được nguồn vật liệu di truyền cải tiến giống lúa.

Xem: https://link.springer.com/article/10.1007/s00122-025-05092-7

Chiều rộng lá lúa càng giảm, hiệu suất quang hợp càng tăng, mà không ảnh hưởng đến hiệu quả hấp thu nước của cây lúa

 Chiều rộng lá lúa càng giảm, hiệu suất quang hợp càng tăng, mà không ảnh hưởng đến hiệu quả hấp thu nước của cây lúa

Nguồn: Qiangqiang Zhang, Xinzheng Han, Xiu Deng, Ziyu Zhang, Qianchao Wu, Jian Ke, Haibing He, Cuicui You, Liquan Wu. 2025. Reduced leaf width increases photosynthetic rate without improving water-use efficiency in rice. The Plant Journal; First published: 02 November 2025; https://doi.org/10.1111/tpj.70540

Volume 124, Issue 3; November 2025; e70540

Tăng cường hiệu suất quang hợp cây lúa là yêu cầu bức thiết để tăng năng suất, những đặc điểm hình thái lá lúa cụ thể gắn liền với hiệu suất quang hợp cao vẫn còn chưa rõ ràng. Mục tiêu nghiên cứu là khảo sát biết được làm thế nào giảm chiều rộng phiến lá (LW) ảnh hưởng đến hiệu suất quang hợp (A) và hiệu quả sử dụng nước (iWUE) của lúa. Thí nghiệm trong chậu được tiến hành với 14 giống lúa trồng biểu hiện sự biến thiên đáng kể tính trạng LW và các dòng lúa biến đổi gen mang gen chuyển nạp NARROW LEAF 1 (NAL1). Người ta thấy rằng có tương quan nghịch giữa tính trạng LW và A trong 14 giống lúa trồng. Đồng thời, có hiện tượng giảm đến 48,2% của tính trạng LW của dòng chuyển nạp gen NAL1-K kèm theo tăng 49.9% có ý nghĩa thống kê về tính trạng A. Lá lúa càng hẹp càng làm tăng độ dẫn thủy lực của lá và tăng mật độ khí khổng, do vậy, làm tăng sự dẫn truyền trong khí khổng (g_s). Hơn nữa, mật độ khí khổng tăng sẽ làm tăng sự dẫn truyền ở mô phân sinh (mesophyll conductance: g_m) thông qua làm thuận lợi cho hình thành khoang chứa không khí và giảm tính kháng lạ vận chuyển CO₂. Lá lúa hẹp LW còn làm tăng hàm lượng nitrogen lá và làm tăng carboxyl hóa lên tối đa của RuBisCO (V_cmax). Cho dù LW giảm làm tăng đồng thời g_s, g_m, V_cmax, và cuối cùng là A (hiệu suất quang hợp), nhưng nó không đạt được cùng một lúc một cải tiến có tính chất phối hợp trong iWUE. Phát hiện này cung cấp nền tảng khoa học cho các cơ chế sinh lý học xét theo hiệu quả quang hợp của cây lúa, cho thấy tối ứu hóa tính trạng LW có thể là một chiến lược đầy tiềm năng để làm tăng hiệu suất quang hợp A mà không cần phải cải tiến hiệu quả sử dụng nước iWUE.

Xem https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1111/tpj.70540

Hiện hại hóa kỹ thuật chọn tạo giống lúa cho một kế hoạch toàn cầu trước biến đổi khí hậu và an ninh lương thực

 Hiện hại hóa kỹ thuật chọn tạo giống lúa: một kế hoạch toàn cầu để có hiệu quả chọn lọc cao, giống lúa chịu được biến đổi khí hậu và đáp ứng mục tiêu an ninh lương thực

Nguồn: Sanjay K. Katiyar, Reshmi Rani Das, Lekha T. Pazhamala, Jérôme Bartholomé, Girish Chandel, Atugonza Bilaro, Maxwell Darko Asante, Khandakar Md Iftekharuddaula, Mirza M Islam, Ram Baran Yadaw, Ramlakhan Verma, Thati Srinivas, Chandra Mohan Yeshala, Herminio Abade, Viviane Raharinivo & Ruth Musila. 2025. Accelerated breeding modernization: a global blueprint for driving genetic gains, climate resilience, and food security in rice. Theoretical and Applied Genetics; November 6 2025; vol. 138; article 293

ABM-BOx là công cụ chuyển nạp gen quan trọng, theo dõi nhanh GA (genetic gains: hiệu quả chọn lọc), làm cây chịu được biến đổi khí hậu, và hiện đại hóa các chương trình cải tiến giống lúa hiện đại thành những nền tảng tân tiến có tính chất nhanh, dự trên dữ liệu, đáp ứng nhu cầu theo chuẩn mực toàn thế giới.

Cây lúa đảm nhận vai trò trung tâm trong an ninh lương thực toàn cầu vì nhiều đe doạn của khí hậu vẫn tiếp diễn phức tạp. làm sao theo dõi được nhanh giá trị GA (hiệu quả chọn lọc về mặt di truyền) và phát triển giống chịu được biến đổi khí hậu, giống đáp ứng thị hiếu người tiêu dùng trên thương trường; tất cả yêu cầu sự chuyển đổi đột phá trên toàn hệ thống lai tạo giống lúa của thế giới. Những chẩn đoán cơ bản của hơn 25 chương trình cải tiến giống lúa thuộc Global South cho thấy có những điểm nghẽn quan trọng: chiến lược cải tiến giống lỗi thời; sơ đồ và quy trình làm việc phân mảnh, tiếp cận phương pháp mới rất hạn chế, tích hợp kém hệ thống sản xuất hạt giống. Bài này nhấn mạnh nhu cầu bức thiết của việc hiện đại hóa công tác cải tiến giống lúa nhằm giải quyết những rủi ro về an ninh lương thực đang gia tăng. Người ta giới thiệu ABM-BOx (Accelerated Breeding Modernization-Breeding and Operational Excellence), một nền tảng có thể phát triển rộng toàn cầu để chuyển đổi các chương trình lai tạo giống lúa trở  nên hiện đại, trên nền tảng dữ liệu lớn,  có xu hướng tác động rõ. ABM-BOx thực hiện sự thay đổi mô hình  bằng dịch chuyển mô phỏng toán học của nhà chọn giống (breeder’s equation) thành tác động thực tế thông qua hai cổ máy mang tính hiệp đồng với nhau: BE (Breeding Excellence: tối ưu chọn giống) và OE (Operational Excellence: tối ưu khởi động). BE tập trung vào hiệu quả chọn lọc về di truyền (GA) thông qua chọn giống theo nhu cầu tiêu dùng, chọn bố mẹ theo chiến lược, quần thể con lai tái tục, tối ưu hóa cơ chế lai tạo giống bằng mô hình toán, sàng lọc di truyền (genomic selection), và chọn giống theo dự báo chính xác (predictive breeding). Những chiến lược như vậy làm tăng cường độ chọn lọc, mức độ chính xác chọn lọc và rút ngắn quá trình chọn lọc. Riêng OE phải đảm bảo được tốc độ, hiệu quả, và khả năng mở rộng thông qua nền tảng dựa trên chọn dòng nahnh ở trên ruộng, côn cụ số phục vụ “smart breeding”, công cụ trí tuệ nhận tạo kết hợp với “breeding informatics” để quyết định nhanh, đầu tư để tối ưu hóa chi phí chiến lược, và hệ thống sản xuất hạt giống linh hoạt. Bên cạnh đó, công cụ CRaFT-ABM (Capacity Reinforcement and Functional Transformation-Accelerated Breeding Modernization) tăng cường khả năng của Viện Nghiên cứu thông qua tập trung vào nhà khoa học giỏi, cơ sở phòng thí nghiệm tốt, quản trị tốt, và hệ thống hợp tác nghiên cứu tốt. Hơn cả một hệ thống, ABM-BOx trở thành một cổ máy chuyển hóa có tính chất “mission-critical” (nhiệm vụ cực trọng), tốc độ, và có tác động làm mạnh hơn mọi cố gắng trong cải tiến giống lúa trên toàn thế giới.

Xem https://link.springer.com/article/10.1007/s00122-025-05060-1

Hình: Chuyển động có tính chất tiến hóa giữa những “Chương trình cải tiến giống lúa” của CGIAR và của  NARES (2020–2030).

Chỉnh sửa gen linh hoạt thông qua công cụ “Type I-E CRISPR-Cas3” trong cây lúa

 Chỉnh sửa gen linh hoạt thông qua công cụ “Type I-E CRISPR-Cas3” trong cây lúa

Nguồn: Hiroaki Saika, Naho Hara, Shuhei Yasumoto, Toshiya Muranaka, Kazuto Yoshimi, Tomoji Mashimo, Seiichi Toki. 2025. Versatile Genome Editing Using Type I-E CRISPR-Cas3 in Rice. Plant & Cell Biology; 28 October 2025; pcaf138, https://doi.org/10.1093/pcp/pcaf138

Type I-E CRISPR-Cas3 dẫn xuất từ vi khuẩn Escherichia coli (Eco CRISPR-Cas3) có thể vận dụng làm mất đoạn phân tử lớn tại vị trí đích và có thể chỉnh sửa hệ gen cho động vật có vú. Sử dụng Eco CRISPR-Cas3 trong thực vật là thách thức bởi vì những thành phần của 7 CRISPR-Cas3 (6 Cas proteins và CRISPR RNA) phải được biểu hiện cùng một lúc trong tế bào thực vật. Ngày nay, áp dụng đã và đang bị giới hạn trong phạm vi protoplasts cây bắp, không có cây đột biến nào đã và đang được sản sinh ra. Người ta đã phát triển được hệ thống chỉnh sửa hệ gen trong cây lúa thông qua Eco CRISPR-Cas3, chuyển nạp gián tiếp nhờ vi khuẩn Agrobacterium. Những mất đoạn tại gen đích được phát hiện trong mô sẹp chuyển nạp 39–71% qua kết quả chạy PCR, tần suất những alen bị mất tại vùng “7.0 kb upstream” của trình tự PAM được du6 đoán là 21–61% qua kết quả quantifying số bản sao chép, qua kết quả “droplet digital PCR”, cho thấy rằng: cây đột biến có thể có được với tần suất cao. Những mất đoạn đã được xác định trong cây lúa đã tái sinh từ mô sẹo chuyển nạp và di truyền ổn định qua những thế hệ con lai. Kết quả phân tích trình tự cho thấy những mất đoạn 0,1–7,2 kb đã được thu nhận, giống như báo cáo trước đây trên động vật mammals. Chú ý, mất đoạn cách nhau bởi những đoạn phân tử xen kẽ hoặc những chèn đoạn ngắn và đảo đoạn ngắn, cũng được người ta xác định, như vậy, có sáng tạo ra những alen mới. Hơn nữa, người ta chứng minh được C thay T khi editing dựa theo phương pháp Type I-E CRISPR-Cas3 trong cây lúa; phương pháp “base editing based on Type I-C” và “Type I-F2 CRISPR-Cas3” đã được báo cáo trước đây trên động vật có vú. Nhìn chung, Eco CRISPR-Cas3 có thể là công cụ chỉnh sửa hệ gen phục vụ kỹ thuật “gene knockout”, “gene deletion”, “base editing”, và “sắp xếp thứ tự các gen trên hệ gen” của thực vật. Xem:

https://academic.oup.com/pcp/advance-article/doi/10.1093/pcp/pcaf138/8305110?login=false

Cách virus gây hại trên lúa làm rối loạn cơ chế phòng vệ của cây để bảo vệ côn trùng môi giới truyền bệnh

Cách virus gây hại trên lúa làm rối loạn cơ chế phòng vệ của cây để bảo vệ côn trùng môi giới truyền bệnh

Nguyễn Tiến Hải theo Phys.org

Rầy nâu và rầy ăn lá không chỉ gây hại cho cây lúa bằng cách chích hút mà còn đóng vai trò là các côn trùng môi giới truyền bệnh virus hại cây hết sức nguy hiểm, gây tổn thất năng suất nghiêm trọng trên toàn thế giới. Đáng chú ý, khả năng né tránh thiên địch bền bỉ của chúng không chỉ là sự ngẫu nhiên- mà còn được chính các virus hại cây mà rầy nâu và rầy ăn lá môi giới truyền bệnh mang theo âm thầm củng cố.

Một nghiên cứu do nhóm của GS. Zhang Xiaoming tại Viện Động vật học, Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc (CAS), phối hợp với nhóm của GS. Ian T. Baldwin tại Trung tâm Xuất sắc CAS về Khoa học Phân tử Thực vật, đã phát hiện một chiến lược sinh thái hoàn toàn mới.

Thay vì chỉ “đi nhờ” thụ động qua côn trùng môi giới truyền bệnh, các virus gây hại lúa chủ động làm suy yếu các con đường phòng vệ của cây để bảo vệ chính các côn trùng môi giới truyền bệnh của mình. Phát hiện này làm thay đổi cách chúng ta hiểu về mối tương tác giữa cây trồng-virus-côn trùng-ong ký sinh, đồng thời mang lại những gợi ý mới cho quản lý dịch hại và bệnh hại theo hướng bền vững.

Kết quả nghiên cứu đã được công bố trên tạp chí Science Advances.

Cách cây lúa tự bảo vệ

Mô hình đề xuất minh họa cách các virus lây nhiễm trên lúa làm suy yếu cơ chế phòng vệ gián tiếp của lúa chống lại côn trùng môi giới truyền bệnh. Nguồn: Phòng thí nghiệm Zhang Xiaoming.

Trong điều kiện bình thường, khi bị rầy nâu nhỏ và các loài côn trùng ăn lá khác tấn công, cây lúa sẽ giải phóng methyl salicylate (MeSA) - một hợp chất hữu cơ bay hơi đóng vai trò như tín hiệu cảnh báo hóa học.

MeSA không chỉ xua đuổi côn trùng gây hại mà còn thu hút các thiên địch tự nhiên như ong ký sinh. Những loài ong này đẻ trứng vào trong trứng của sâu hại, qua đó kiểm soát hiệu quả mật số sâu hại và hình thành một tuyến phòng vệ gián tiếp quan trọng của cây trồng.

Cách virus phá vỡ hệ thống phòng vệ của cây

Tuy nhiên, các virus truyền qua côn trùng như virus gây bệnh sọc trong trên lá lúa (Rice Stripe Virus), được lan truyền bởi rầy nâu nhỏ, có thể làm gián đoạn hệ thống phòng vệ này của cây lúa. Thông qua protein NS2, các virus này ức chế quá trình sinh tổng hợp MeSA và về cơ bản “tắt” tín hiệu báo động của cây lúa.

Hệ quả là không còn thu hút được ong ký sinh, còn các côn trùng mang virus thì được bảo vệ hiệu quả. Điều này tạo ra một chu trình tự củng cố: virus bảo vệ côn trùng môi giới của mình, và côn trùng môi giới truyền bệnh lại giúp virus lây lan mạnh hơn.

Khôi phục cân bằng sinh thái trên ruộng lúa

Để phá vỡ chu trình này, các nhà nghiên cứu đã tiến hành thí nghiệm quy mô lớn ngoài đồng ruộng trong hai năm liên tiếp tại Jurong, tỉnh Giang Tô. Bằng cách bố trí các thiết bị giải phóng MeSA chậm trong ruộng lúa, họ đã khôi phục tín hiệu bị gián đoạn của cây.

Kết quả cho thấy số lượng ong ký sinh tăng lên đáng kể, mật độ sâu hại giảm xuống, và tỷ lệ ong ký sinh trứng tăng từ khoảng 40% ở các ruộng bị nhiễm virus lên hơn 60% - tương đương với mức quan sát được ở các ruộng không nhiễm virus. Đồng thời, sự lây truyền virus cũng được kiểm soát hiệu quả.

Vì MeSA là một chất chuyển hóa tự nhiên do cây lúa sản xuất, chiến lược này thân thiện với môi trường, không gây ô nhiễm hóa học và khó tạo ra hiện tượng kháng thuốc. Thay vì tiêu diệt sâu hại một cách triệt để, phương pháp này khôi phục các tương tác sinh thái bị phá vỡ và tái kích hoạt những cơ chế kiểm soát dịch hại tự nhiên vốn có của hệ sinh thái.