Sâu keo mùa thu hiện đang gây hại cho cây ngô trên khắp thế giới, gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến sản lượng. Ảnh: Penn State, Creative Commons.
Theo nghiên cứu mới của các nhà khoa học Đại học Bang Pennsylvania (Penn State), khi được phun lên lá ngô, flavonoid cây cao lương có khả năng kìm hãm sự phát triển và tiêu diệt sâu keo gây hại.
Surinder Chopra, giáo sư về di truyền ngô, cho biết kết quả của nghiên cứu này rất quan trọng vì sâu keo mùa thu là loài côn trùng hiện gây hại cho cây ngô trên khắp thế giới, gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến sản lượng. Ông nhận định flavonoid có thể được sử dụng làm cơ sở cho chiến lược bảo vệ ngô thông qua quản lý dịch hại mà không gây độc hại.
Khi được phun lên lá ngô, flavonoid cao lương sẽ ngăn chặn sự phát triển và tiêu diệt sâu keo gây hại. Ảnh: Penn State, Creative Commons.
Flavonoid thực vật là các hợp chất tự nhiên thường được xem như sắc tố trong một số loại hoa quả và rau. Thông thường flavonoid được coi là sản phẩm phụ không cần thiết của quá trình trao đổi chất sơ cấp của thực vật - quá trình tạo ra đường và các chất chuyển hóa khác hoạt động cùng nhau để tạo ra năng suất hạt.
“Khi bạn khảo sát lá và các bộ phận khác của ngô trồng thương mại, bạn sẽ không thấy chúng sản xuất flavonoid nữa. Những hợp chất này từng hiện hữu một cách tự nhiên tại một thời điểm nhất định cho đến khi chúng ta bắt đầu nhân giống "chống" lại chúng. Trên thực tế, cũng không hẳn là chúng ta "chống" lại flavonoid, chúng ta chỉ đánh mất chúng trong quá trình phát triển các loại giống cao sản", giáo sư Chopra chia sẻ.
Debamalya Chatterjee, đồng tác giả của nghiên cứu, bên cạnh dòng ngô lai. Ảnh: Penn State, Creative Commons.
Trong hai thập kỷ, nhóm nghiên cứu của Chopra tại Đại học Khoa học Nông nghiệp đã nghiên cứu các dòng ngô đột biến sản xuất flavonoid quá độ và đã phát triển các dòng mới kết hợp yếu tố đó với các đặc điểm mong muốn khác. Phòng thí nghiệm của nhóm đã lấy gien tạo ra hợp chất tiền chất của flavonoid trong cây cao lương đưa vào ngô để tạo ra những giống cây có khả năng chống chịu, ngăn cản sự xâm hại của sâu keo mùa thu tốt hơn và có thể có tác dụng đối với các loài gây hại khác.
Chopra giải thích: “Sâu bướm của sâu keo mùa thu có lực tàn phá khủng khiếp do chúng thường ăn những chiếc lá mầm ở nơi lá phát triển. Chúng sẽ mặc sức ngấu nghiến, và khi cây mở lá, những chiếc lá non hiện ra tàn tạ do vốn đã bị hủy hoại hoàn toàn”.
Sâu bướm sâu keo mùa thu gần mắt lá của cây ngô. Ảnh: Penn State, Creative Commons.
Trong một thí nghiệm ba giai đoạn, nhóm nghiên cứu đã chứng minh được rằng flavonoid trong cao lương và ngô có ảnh hưởng đến sự sống còn của ấu trùng sâu keo mùa thu. Phát hiện được công bố gần đây trên Tạp chí Khoa học Động vật cho thấy ấu trùng sâu keo mùa thu được nuôi trong phòng thí nghiệm theo chế độ ăn nhân tạo có bổ sung flavonoid cao lương cho thấy tỷ lệ tử vong tăng cao và trọng lượng cơ thể ấu trùng giảm một cách đáng kể.
Để có thể so sánh mức độ sinh tồn và thiệt hại khi ăn của sâu bướm sâu keo mùa thu, các nhà nghiên cứu đã phát triển các dòng nhân giống và trồng 4 dòng ngô liên quan tại Trung tâm Nghiên cứu Nông nghiệp Russell E. Larson của Penn State gồm 2 dòng biến đổi gen sản xuất flavonoid và 2 dòng không sản xuất flavonoid.
Tyler Lesko, đồng tác giả của nghiên cứu, thụ phấn thủ công cho ngô lai. Ảnh: Penn State, Creative Commons.
Chopra cho biết các thử nghiệm cho thấy tỷ lệ tử vong của ấu trùng được nuôi trên dòng sản xuất flavonoid cao hơn đáng kể so với dòng không tạo ra flavonoid hoặc các dòng hoang dã. Và dòng ngô sản xuất flavonoid chịu thiệt hại ít hơn nhiều so với ngô không sản xuất flavonoid.
Các nhà nghiên cứu cũng chiết xuất flavonoid lá cây từ một số dòng cao lương và phun lên lá của những dòng ngô ít chống chịu. Chiết xuất flavonoid có hiệu quả làm giảm sự phát triển và tăng tỷ lệ tử vong của ấu trùng sâu keo mùa thu, làm cho các dòng nhạy cảm có khả năng chống lại sự phá hại của ấu trùng sâu keo mùa thu.
Sâu keo mùa thu đã lan rộng ra hơn 100 quốc gia trên toàn thế giới, đem đến những thách thức chưa từng có cho người nông dân. Gây ra thiệt hại tồi tệ ở cấp độ cao, loài sâu hại này là một vấn đề nghiêm trọng tại các nước đang phát triển, tiềm tàng nguy cơ hủy hoại sinh kế và an ninh lương thực của hàng triệu người. Ảnh: Penn State, Creative Commons.
Nhà côn trùng học Gary Felton của Penn State, người đã cộng tác trong nghiên cứu này với Chopra, lưu ý rằng sâu keo mùa thu ăn phải flavonoid sẽ bị thoái hóa đường ruột. “Flavonoid thể hiện hiệu quả như một chất ngăn chặn quá trình phá hoại, cho thấy tiềm năng quản lý ấu trùng sâu keo mùa thu theo hướng thân thiện với môi trường”.
Cùng đóng góp vào nghiên cứu này tại Penn State còn có Debamalya Chatterjee và Tyler Lesko, các ứng cử viên tiến sĩ tại Khoa Khoa học Thực vật; Michelle Peiffer, trợ lý hỗ trợ nghiên cứu, Khoa Côn trùng học; và Dinakaran Elango, một sinh viên tốt nghiệp trước đây của lớp Chopra và hiện đang làm việc tại Khoa Nông học, Đại học Bang Iowa. Julien Beuzelin, thuộc Trung tâm Nghiên cứu và Giáo dục Everglades, Đại học Florida, cũng là một thành viên của nhóm nghiên cứu. Viện Nông nghiệp và Thực phẩm Quốc gia của Bộ Nông nghiệp Hoa Kỳ đã hỗ trợ nghiên cứu này.
