Nghiên cứu giúp cây trồng chống lại sự xâm nhập của nấm
Các nhà nghiên cứu tại Đại học Johannes Gutenberg Mainz (JGU) ở Đức gần đây đã chứng minh rằng P. luminescens cũng có thể bảo vệ thực vật chống lại sự nhiễm nấm. Một dạng tế bào thứ cấp của vi khuẩn chịu trách nhiệm về hiệu ứng bổ sung này. Biến thể này đầu tiên xâm chiếm sợi nấm và sau đó tiêu diệt nó bằng cách phân hủy kitin, một thành phần chính của thành tế bào của nấm. Kết quả của nghiên cứu này có thể rất có ý nghĩa trong tương lai, đặc biệt là đối với sản xuất ngũ cốc. Giáo sư Ralf Heermann của JGU cho biết: “Chúng tôi coi đây là cơ hội chính để làm cho việc trồng trọt trở nên thân thiện với môi trường và bền vững hơn với sự trợ giúp của những vi khuẩn này”.
Các phương pháp sinh học có thể mang lại năng suất cây trồng cao hơn
Giống như các loại cây khác, cây trồng dễ bị tác động bởi môi trường, bệnh tật và bị sâu bệnh phá hoại. Điều này có tác động đến năng suất cây trồng và sản lượng lương thực, đồng thời gây lo ngại về an ninh lương thực trong bối cảnh dân số toàn cầu ngày càng tăng. Những thiệt hại lớn nhất về nông nghiệp là do sự xâm nhập của cỏ dại, động vật gây hại và các bệnh thực vật do vi khuẩn, nấm và vi rút gây ra. Trước đây, việc sử dụng nhiều hóa chất bảo vệ thực vật đã đảm bảo năng suất cao hơn và do đó cải thiện nguồn cung cấp lương thực. Tuy nhiên, cái giá phải trả là hủy hoại môi trường, nguy cơ gây độc chết người cho con người và các sinh vật không phải mục tiêu như côn trùng thụ phấn, và đặc biệt là sự thay đổi không mong muốn của thành phần của hệ vi sinh vật trong đất.
Một cách tiếp cận thay thế là sử dụng các tác nhân sinh học như vi khuẩn rhizobacteria thúc đẩy sự phát triển của thực vật và tuyến trùng tấn công côn trùng gây hại. Đây là hai ví dụ về các kỹ thuật nông nghiệp mới và bền vững để chống lại sâu bệnh hại cây trồng.
Trong số những cách tiếp cận bền vững hơn này là việc sử dụng Photorhabdus luminescens như một sinh vật có ích tiêu diệt ấu trùng côn trùng. Vi khuẩn này sống cộng sinh với các tuyến trùng nhỏ xâm nhập vào ấu trùng côn trùng và sau đó giải phóng vi khuẩn bên trong chúng. Sau đó, quá trình này tiết ra nhiều chất độc dẫn đến cái chết của ấu trùng côn trùng, đồng thời tạo ra một loại enzyme phát quang sinh học gọi là luciferase làm cho ấu trùng chết phát sáng.
Khoảng hai năm trước, nhóm nghiên cứu của Giáo sư Ralf Heermann đã phát hiện ra rằng có một tế bào kiểu hình bổ sung của P. luminescens, mặc dù nó không thể cộng sinh với tuyến trùng, nhưng có khả năng tự tồn tại trong đất. Loại tế bào thứ cấp này giống hệt về mặt di truyền với dạng sơ cấp, nhưng thiếu một số đặc tính kiểu hình nhất định, chẳng hạn như phát quang sinh học. Tuy nhiên, theo phát hiện mới của nhóm, những tế bào thứ cấp này có tác dụng chống lại sự lây nhiễm nấm rất hiệu quả. Sử dụng cây cà chua làm ví dụ, nhóm các nhà vi sinh vật học của Heermann đã chỉ ra rằng sự xâm nhập của nấm phytopathogenic Fusarium graminearum có thể được ngăn chặn bởi vi khuẩn khi chúng xâm nhập vào các sợi nấm, phá vỡ chitin ở đó. Các nhà khoa học cũng đã xác định được cơ chế phân tử chịu trách nhiệm liên quan đến một loại enzyme gọi là chitinase và một protein liên kết với chitin. Điều này cho phép vi khuẩn phân giải cấu trúc của nấm, đặc biệt là thành tế bào của nó, và ức chế sự phát triển của nấm một cách hiệu quả.
Ứng dụng tiềm năng mới để thúc đẩy sự phát triển của thực vật và bảo vệ chống lại sự lây nhiễm nấm
Tiến sĩ Nazzareno Dominelli, một thành viên trong nhóm của Heermann, và là tác giả chính của nghiên cứu giải thích: “Hơn nữa, chúng tôi có thể chỉ ra rằng loại tế bào thứ cấp của vi khuẩn đặc biệt tiêu diệt sợi nấm. Nhờ những kết quả này, giờ đây chúng tôi có thể đề xuất một cách sử dụng mới cho P. luminescens - như một sinh vật vừa thúc đẩy sự phát triển của thực vật vừa bảo vệ thực vật chống lại sự nhiễm nấm”.
Nhóm nghiên cứu có kế hoạch tiếp tục nghiên cứu tiềm năng đầy hứa hẹn mà P. luminescens mang lại trong việc bảo vệ cây trồng sinh học. Các chỉ dẫn ban đầu cho thấy loại tế bào thứ cấp, không phát quang này, có thể mang lại những lợi ích bổ sung về công nghệ sinh học cho nông nghiệp.
https://www.mard.gov.vn/
