Giải pháp thay thế thuốc trừ sâu giúp cây trồng tự bảo vệ chống sâu bệnh

Nghiên cứu đứng đầu là chuyên gia công nghệ sinh học nông nghiệp Neena mitter tại Trường Đại học Queensland (UQ), liên quan đến sự phát triển của BioClay, thuốc xịt sử dụng các tấm đất sét rất nhỏ chứa ARN sợi kép (ribonucleic acid). Khi cây trồng bị đe dọa, thuốc kích hoạt quy trình can thiệp ARN (ARNi), một quá trình tự nhiên thúc đẩy cây trồng điều chỉnh biểu hiện gen của virus gây hại. Điều khá thú vị là hệ thống bảo vệ cây trồng này có khả năng thích ứng cao. Hệ thống bảo vệ cây trồng không phản ứng với mọi loại virus, mà được thiết kế để ứng phó với từng loại vi virus xâm nhập vào hệ thống dựa vào thông tin mà nó nhận được từ bộ gen của virus.

Hai điểm đáng lưu ý về thành công của nhóm nghiên cứu. Thứ nhất, thuốc xịt ARN thương mại đang có mặt trên thị trường nhằm tiêu diệt côn trùng, nhưng không xây dựng hàng rào bảo vệ cây trồng. Thứ hai, các kỹ thuật định hướng cây trồng đã được phát triển trong phòng thí nghiệm cho đến nay chỉ hiệu quả trong vài ngày, là một vấn đề tồn tại trong thế giới thực vì hầu hết nông dân hoạt động với mức lãi ròng thấp và sẽ không muốn phun thuốc thường xuyên cho cây trồng, đặc biệt là nếu tốn kém. Trong thí nghiệm với cây thuốc lá, nhóm nghiên cứu đã phát hiện ra rằng việc sử dụng thuốc xịt một lần duy nhất đã ngăn chặn sự tàn phá của virus đốm nhẹ trên cây hồ tiêu trong 20 ngày. Đây là lần đầu tiên các nhà nghiên cứu làm được điều này.

"Khi thuốc xịt BioClay được sử dụng, cây “nghĩ” rằng nó đang bị tấn công bởi sâu bệnh hoặc côn trùng và đáp ứng bằng cách tự bảo vệ khỏi sâu, bệnh mục tiêu", Mitter giải thích. "Phun thuốc BioClay một lần duy nhất giúp bảo vệ cây trồng và sau đó thuốc phân hủy, làm giảm nguy cơ đối với môi trường và sức khỏe con người".

Nhiều yếu tố làm cho ARNi trở thành một giải pháp hấp dẫn cho các công ty cũng như nông dân. Thứ nhất, dù thuốc xịt có thể dễ dàng được điều chỉnh để chống lại các virus hoặc hiện tượng nhiễm ký sinh trùng mới, nhưng việc sử dụng thuốc không chỉ giới hạn ở việc kiểm soát sâu, bệnh mà còn có các ứng dụng khác từ việc giúp các cây trồng chịu hạn cho đến làm thay đổi màu sắc của hoa và tăng giá trị dinh dưỡng của cây lương thực.

Thứ hai, so với việc phát triển cây trồng biến đổi gen, thuốc xịt ARNi có tiềm năng rẻ hơn và cần ít thời gian để phát triển. Theo một cuộc khảo sát của Hiệp hội thương mại CropLife International, việc phát triển các cây trồng biến đổi gen mới có thể tiêu tốn hơn 100 triệu USD và phải mất hơn 10 năm để phát triển.

Thứ ba, không giống các phương pháp biến đổi gen, đây là một kỹ thuật mới không làm biến đổi bộ gen của thực vật. Ngoài ra, từ góc độ sinh thái, điểm khác biệt nằm ở chỗ các loại thuốc trừ sâu thông thường không phân biệt giữa côn trùng có ích với côn trùng có hại, nhưng với thuốc xịt ARN, về mặt lý thuyết, các nhà khoa học có thể sử dụng dữ liệu ADN để tránh các kết hợp di truyền với các loài thân thiện như ong mật. Một số nhà khoa học đã chỉ ra rằng điều này xem ra khó khăn hơn vì nhiều loài côn trùng thường cùng có chung các gen quan trọng.

Một lợi thế tiềm năng nữa là nó ít gây hại cho sức khỏe con người từ ARN được phân tách nhanh bởi các enzym trong nước bọt và dịch tiêu hóa.

Vấn đề đặt ra hiện nay là sẽ cần bao nhiêu thời gian để BioClay sẵn sàng cho sử dụng thương mại. Một trong những trở ngại lớn nhất là chi phí vì chi phí tạo ra ARN không rẻ. Guus Bakkeren, nhà khoa học nghiên cứu Nông nghiệp và Thực phẩm Nông nghiệp Canada, cho rằng dù kỹ thuật mới chắc chắn có thể giúp đẩy mạnh nghiên cứu khoa học, nhưng vẫn còn quá sớm để nói về việc áp dụng kỹ thuật trong lĩnh vực này.

"Nhìn chung, các kỹ thuật này rất có giá trị cho nghiên cứu khoa học, đặc biệt là trong trường hợp các tác nhân gây bệnh không thể được biến đổi gen dễ dàng cho thử nghiệm các chức năng gen", ông Bakkeren nói. Trong trường hợp của các ứng dụng trên quy mô lớn, chi phí tạo ra các phân tử si- or ds ARN khiến nó trở thành lựa chọn khả thi về mặt kinh tế hiện nay.

Các công ty khởi nghiệp công nghệ sinh học như Apse đang cố gắng để giảm chi phí sản xuất ARN cho các ứng dụng trong nông nghiệp. Nếu thành công, thuốc xịt ARN sẽ trở thành bước đột phá rất cần thiết cho nông dân và các nước đang phát triển phụ thuộc vào nông nghiệp cho thương mại.

N.P.D-NASATI (Theo Newatlas)