Một công nghệ sinh học mới giúp phát triển và nhân giống cây có múi kháng bệnh bằng cách sử dụng rễ lông đang được phát triển bởi nhóm Nghiên cứu AgriLife do Tiến sĩ Kranthi Mandadi đứng đầu. Mandadi là Phó Giáo sư Nghiên cứu AgriLife tại Trung tâm Nghiên cứu và Mở rộng AgriLife Texas A&M tại Weslaco và là giảng viên của Khoa Bệnh học và Vi sinh Thực vật.

Cốt lõi của dự án là phát triển những cách mới để chống lại mầm bệnh gây ra bệnh vàng lá gân xanh ở cây có múi—một vấn đề nghiêm trọng đối với ngành công nghiệp cây có múi.

Kể từ năm 2021, Mandadi đã dẫn đầu Dự án Nông nghiệp và Thực phẩm Quốc gia của Bộ Nông nghiệp Hoa Kỳ trị giá 7 triệu đô la, đây là Dự án Nông nghiệp Phối hợp nhiều bang được chỉ định để chống lại bệnh vàng lá gân xanh trên cây có múi.

Tiến sĩ Dirk Hays, Giám đốc Trung tâm Texas A&M AgriLife tại Weslaco cho biết: “Các mầm bệnh thực vật trên cây có múi, cà chua, khoai tây, nho, ớt và các loại cây trồng khác được trồng khắp Texas thường lây truyền qua côn trùng trung gian, những tác nhân gây bệnh này gây thiệt hại hàng tỷ đô la cho ngành nông nghiệp hàng năm”.

Bước đột phá trong điều trị bệnh cây trồng

Bộ Nông nghiệp Hoa Kỳ ước tính ngành công nghiệp cây có múi sẽ tránh được thiệt hại 3 tỷ USD mỗi năm chỉ bằng cách kiểm soát bệnh vàng lá gân xanh.

Trong những năm gần đây, Mandadi và nhóm của ông tại Weslaco đã phát triển một phương pháp đột phá như một phương tiện thay thế để nhân giống vi khuẩn chịu trách nhiệm về bệnh vàng lá gân xanh trên cây có múi và các bệnh do côn trùng truyền như bệnh đốm vằn khoai tây và bệnh vàng lá cà chua.

Mandadi cho biết: “Chúng tôi đã phát triển một công nghệ sử dụng các mô của vật chủ bị nhiễm mầm bệnh để tạo ra cái gọi là rễ lông có thể đóng vai trò là mạch sinh học để nhân giống các mầm bệnh này trong phòng thí nghiệm”.

Tiến sĩ Sonia Irigoyen, nhà khoa học của AgriLife Research, người đã giúp phát triển công nghệ rễ tơ, cho biết kỹ thuật sàng lọc rễ tơ đã dẫn đến việc phát hiện ra các peptide và hóa chất kháng khuẩn mới với hiệu quả đã được chứng minh.

Bà cho biết: “Những loại thuốc chống vi trùng này, đơn lẻ hoặc kết hợp, có thể được sử dụng như một liệu pháp ngắn hạn và dài hạn để kiểm soát bệnh vàng lá gân xanh trên cây có múi, đốm vằn khoai tây và bệnh vàng lá cà chua”.

Giờ đây, trong nghiên cứu gần đây nhất của họ, Mandadi và nhóm của ông đã nghiên cứu cách sử dụng kỹ thuật rễ tơ này trong chuyển đổi cây trồng và kỹ thuật sinh học cải tiến cây có múi.

Kỹ thuật di truyền dựa trên rễ tơ của cây có múi

Dựa trên thành công trước đó, trong nghiên cứu mới nhất của họ được xuất bản gần đây trên Tạp chí Công nghệ Sinh học Thực vật, Mandadi và nhóm của ông đã đưa ra bằng chứng về khái niệm tạo cây có múi sử dụng rễ có lông.

Mandadi cho biết: “Việc phát triển các giống cây trồng mới với di truyền được cải thiện bằng cách sử dụng phương pháp nhân giống thông thường hoặc các công cụ CRISPR và công nghệ sinh học mới nhất có thể khá tốn công sức, thường mất nhiều năm. Khả năng vượt qua nút cổ chai này và cải thiện quy trình này, đặc biệt đối với những cây lâu năm, phát triển chậm như cây có múi, có thể là yếu tố thay đổi và mang lại lợi ích cho nhà sản xuất cũng như người tiêu dùng”.

Một phương pháp hiệu quả hơn, nhanh hơn để nhân giống cây có múi khỏe hơn

Trong nghiên cứu gần đây nhất của họ, các nhà nghiên cứu đã sử dụng R. rhizogenes để tạo ra rễ tơ chuyển gien từ các giống cây có múi khác nhau như bưởi, cam ngọt, chanh vỏ thô và thanh yên với hiệu suất từ 28% đến 75%. Mức độ hiệu quả này ít nhất gấp đôi—có khả năng cao hơn—so với các phương pháp biến đổi cây có múi trước đây, giúp quá trình diễn ra nhanh hơn và ít tốn kém hơn.

Sau khi chắc chắn rằng rễ chuyển gien có đặc tính di truyền phù hợp, nhóm nghiên cứu sau đó có thể tái sinh và nhân bản một số cây chuyển gien giống hệt nhau từ nó.

Ramasamy cho biết, trong khi trước đây các nhà khoa học đã sử dụng nhiều phương pháp để chuyển đổi cây trồng, thì hiệu quả của việc biến đổi gien đối với cây trồng như cây có múi vẫn còn nhiều thách thức do chúng phát triển chậm và khó tái sinh.

Ông nói: “Tuy nhiên, chúng tôi đã có thể chứng minh một phương pháp cảm ứng rễ tơ, tái sinh thực vật và nhân giống vô tính thông qua R. rhizogenes linh hoạt có thể hữu ích cho nhiều ứng dụng công nghệ sinh học và chỉnh sửa gien ở cây có múi và các loại cây trồng khác”.

Cảm ứng ra rễ có lông trên cây có múi, tái sinh chồi nhờ R. rhizogenes được đề xuất với quá trình chuyển đổi và nhân lên đạt được trong khoảng sáu tháng, trong khi thường mất khoảng 12–18 tháng khi sử dụng phương pháp chuyển đổi trước đây.

Mandadi cho biết: “Điều này có nghĩa là chúng tôi sẽ có thể phát triển và nhân giống các loại cây có múi kháng bệnh bằng cách sử dụng mô rễ nhanh hơn và khiến chúng phát triển nhanh hơn nhiều so với khi sử dụng các phương pháp trước đây. Toàn bộ quá trình phát triển cây có múi kháng bệnh hơn và các loại cây trồng khác sẽ được đẩy nhanh hơn rất nhiều.”

Mandadi cho biết chuyển đổi qua trung gian rễ tơ có thể mang lại lợi ích cho các nhà sản xuất cam quýt theo nhiều cách bằng cách đẩy nhanh quá trình phát triển các giống mới có khả năng kháng bệnh vượt trội, cũng như khả năng chống chọi với các áp lực môi trường, tăng hiệu quả sản xuất và cải thiện chất lượng dinh dưỡng.