Hành trình Khoa học, Không gian và Thời gian!
Kỹ thuật ‘làm im lặng gen’ đột phá sử dụng vi khuẩn đất tự nhiên để tiêu diệt các loài gây hại phá hủy cây trồng cụ thể mà không gây hại cho các côn trùng khác hoặc môi trường. Kiểm soát dịch hại không độc hại có thể giúp nuôi sống dân số toàn cầu ngày càng tăng, thúc đẩy sản xuất thực phẩm hữu cơ và thúc đẩy sản xuất nhiên liệu sinh học. Các thí nghiệm cho thấy có tới 92% cây trồng tồn tại với phương pháp này so với việc không kiểm soát sâu bệnh.
Một nhà toán học của Đại học Sussex, Tiến sĩ Konstantin Blyuss, làm việc với các nhà sinh vật học tại Viện Hàn lâm Khoa học Quốc gia Ukraine, đã phát triển một cách không có hóa chất để nhắm mục tiêu chính xác một loại giun ký sinh phá hủy cây lúa mì.
Phương pháp kiểm soát dịch hại đột phá này hoạt động với gen của chính cây này để tiêu diệt những con giun siêu nhỏ cụ thể, được gọi là tuyến trùng, mà không gây hại cho bất kỳ côn trùng, chim hoặc động vật có vú nào khác.
Tiến sĩ Konstantin Blyuss, từ Trường Khoa học Toán học và Vật lý tại Đại học Sussex, cho biết:
“Với dân số toàn cầu đang tăng cần được cho ăn, và nhu cầu cấp thiết phải chuyển từ nhiên liệu hóa thạch sang nhiên liệu sinh học, nghiên cứu của chúng tôi là một bước tiến quan trọng trong việc tìm kiếm bảo vệ cây trồng an toàn với môi trường mà không gây hại cho ong hoặc côn trùng khác.”
Ước tính cây trồng trị giá 130 tỷ đô la hàng năm bị mất do các bệnh do tuyến trùng gây ra.
Nhắm mục tiêu tuyến trùng gây hại bằng thuốc trừ sâu hóa học là vấn đề vì chúng có thể gây hại bừa bãi cho các côn trùng khác.
Có những vi khuẩn xuất hiện tự nhiên trong đất có thể giúp bảo vệ cây chống lại tuyến trùng gây hại, nhưng cho đến nay vẫn chưa có cách nào hiệu quả để khai thác sức mạnh của những vi khuẩn này để bảo vệ cây trồng trên quy mô lớn.
Tiến sĩ Blyuss và các đồng nghiệp của ông đã sử dụng ‘can thiệp RNA’ (RNAi) để nhắm mục tiêu chính xác một loài tuyến trùng gây hại cho lúa mì.
Tiến sĩ Blyuss giải thích:
“Một tuyến trùng, như tất cả các sinh vật sống khác, đòi hỏi một số protein được tạo ra để tồn tại và tạo ra con cái, và sự can thiệp RNA là một quá trình dừng lại, hoặc im lặng, tạo ra những thứ này.”
Nhóm nghiên cứu đã phát triển một phương pháp để ‘làm im lặng’ các gen của tuyến trùng gây hại bằng cách sử dụng các chất kích thích sinh học có nguồn gốc từ vi khuẩn đất tự nhiên. Các chất kích thích sinh học cũng ‘tắt’ các gen của chính cây bị ảnh hưởng bởi tuyến trùng, khiến ký sinh trùng khó gây hại hơn cho cây trồng.
Quá trình làm im lặng gen được kích hoạt khi các chất kích thích sinh học, là chất chuyển hóa của vi khuẩn xảy ra tự nhiên trong đất, được áp dụng cho lúa mì. Các chất kích thích sinh học có thể được áp dụng bằng cách ngâm hạt hoặc rễ trong dung dịch chứa chất kích thích sinh học, hoặc bằng cách thêm dung dịch vào đất nơi cây trồng.
Tiến sĩ Blyuss nói:
“Bằng cách ngâm hạt giống của cây vào dung dịch chất kích thích sinh học, cây trở thành một” con ngựa thành tro “để đưa các hợp chất đặc biệt được sản xuất bên trong cây vào tuyến trùng, sau đó giết chết chúng. vì vậy chúng tôi biết điều này sẽ không ảnh hưởng đến các sinh vật khác. “
Các chất kích thích sinh học chỉ ảnh hưởng đến tuyến trùng và gen thực vật cụ thể, và không gây hại cho các loài côn trùng khác. Và bởi vì chúng là tự nhiên, thay vì làm bằng hóa chất, chúng có thể được sử dụng bởi những người nông dân hữu cơ để làm cho thực phẩm hữu cơ có giá cả phải chăng hơn trong tương lai.
Mô hình toán học của Tiến sĩ Blyuss giải thích cách thức can thiệp RNA hoạt động trong thực vật và chỉ ra cách hiệu quả nhất để áp dụng các chất kích thích sinh học để giữ cho cây trồng an toàn khỏi tuyến trùng gây hại.
Các thí nghiệm của nhóm cho thấy rằng việc ngâm hạt của cây trong dung dịch chất kích thích sinh học làm tăng cơ hội cây sống sót từ 57 đến 92%. Kỹ thuật này cũng làm giảm mức độ nhiễm giun tròn từ 73 đến 83% so với cây trồng không có chất kích thích sinh học.
Giải thích về nghiên cứu, Tiến sĩ Blyuss nói:
“Bằng cách sử dụng các mô hình toán học, chúng tôi đã học được cách các chất kích thích sinh học được cây lúa mì hấp thụ, vì vậy bây giờ chúng tôi biết cách tốt nhất để cung cấp chúng. Chúng tôi cũng đã xem cách RNAi phát triển bên trong cây và tuyến trùng, cách cây có thể chuyển đổi tắt các gen cụ thể liên quan đến quá trình ký sinh trùng tuyến trùng, do đó ngăn chặn sự xâm nhập và cách các bộ phận của RNAi từ thực vật, khi ăn bởi tuyến trùng, gây ra cái chết của chúng bằng cách làm im lặng một số gen thiết yếu của chúng.
Những hiểu biết này được kết hợp với công việc thử nghiệm tiên tiến trong việc phát triển các chủng vi khuẩn đất mới và chiết xuất các chất chuyển hóa của chúng, cũng như với các phân tích di truyền phân tử tiên tiến, để phát triển một thế hệ công cụ an toàn môi trường mới để kiểm soát tuyến trùng lúa mì.
“Một số người cảnh giác với thực vật biến đổi gen, vì vậy điều quan trọng là phải rõ ràng rằng đó không phải là điều này. Các chất kích thích sinh học hoạt động như một ‘tiêm chủng’ chống lại sự phá hoại của tuyến trùng. bảo vệ cây chống tuyến trùng, đồng thời gây chết tuyến trùng.
Những cây được sản xuất bằng cách sử dụng chất kích thích sinh học có năng suất cây trồng tốt hơn và khả năng kháng sâu bệnh cao hơn, nhưng chúng không khác gì những cây khác được nhân tạo để có một số đặc tính hữu ích. Hơn nữa, bản thân các chất kích thích sinh học là thực sự tự nhiên, vì chúng không là gì khác ngoài các sản phẩm của vi khuẩn đã sống trong đất. “
Bước đột phá được công bố trong một bài báo trên tạp chí Frontiers in Plant Science . Các cộng tác viên của Tiến sĩ Blyuss ở Ukraine, đến từ ba viện nghiên cứu khác nhau, là Giáo sư Victoria Tsygankova (Viện Hóa học Sinh hóa và Hóa dầu), Liudmyla Biliavska và Galyna Iutynska (Viện Vi sinh và Vi sinh học), Alla Yem và bộ gen).
Giáo sư Galyna Iutynska, người đứng đầu công trình thử nghiệm phát triển các chất kích thích sinh học, cho biết:
“Công việc này rất thú vị bởi vì các chất kích thích sinh học của chúng tôi thu được từ các sản phẩm của vi khuẩn đất tự nhiên, không bị biến đổi gen. Điều quan trọng của nó là không giống như thuốc trừ sâu hóa học, những chất kích thích sinh học này cũng có thể được sử dụng để bảo vệ nhiều loại cây trồng nông nghiệp chống lại ký sinh trùng Trong bối cảnh canh tác hữu cơ, một vấn đề đặc biệt thách thức. Hơn nữa, các chất kích thích sinh học này có thể thay thế thuốc trừ sâu hóa học hoặc giảm đáng kể việc sử dụng chúng, do đó hạn chế tác động tiêu cực tiềm ẩn đến môi trường “
Các bước tiếp theo là phát triển các mô hình toán học tiên tiến hơn về cách thức các chất kích thích sinh học với nhiều thành phần có thể được lấy từ đất bằng cả hạt và rễ; và để xác định mục tiêu di truyền nào được xác định gần đây nhất trong tuyến trùng là hiệu quả nhất.
Giáo sư Dave Goulson từ Trường Khoa học Đời sống của Đại học Sussex và là chuyên gia toàn cầu về số lượng ong suy giảm, cho biết:
“Nhận thức ngày càng tăng rằng việc sử dụng nhiều thuốc trừ sâu thông thường trong canh tác đang gây ra tác hại lớn đến đa dạng sinh học, dẫn đến ô nhiễm đất và đường thủy có độc tố gây hại. Chúng tôi cần khẩn trương tìm biện pháp thay thế, bền vững để kiểm soát sâu bệnh.”
Công trình của Tiến sĩ Blyuss được hỗ trợ bởi Trung tâm Khoa học Chuyên sâu Dữ liệu liên ngành tại Đại học Sussex (DISCUS).
Nguồn tin tức:
Tài liệu được cung cấp bởi Đại học Sussex . Lưu ý: Nội dung có thể được chỉnh sửa cho kiểu dáng và độ dài.
Tạp chí tham khảo :