Các nhà nghiên cứu từ Đại học Hertfordshire đã chỉ ra cách thực vật tự vệ chống lại một số tác nhân gây bệnh ở cây trồng. Nghiên cứu này giúp các nhà khoa học lai tạo ra các giống cây trồng nông nghiệp có đặc tính kháng bệnh.

Việc nhân giống cây trồng nông nghiệp có đặc tính kháng mầm bệnh đóng vai trò quan trọng giúp đảm bảo sản xuất lương thực toàn cầu. Dịch bệnh ở cây trồng gây nên mức thiệt hại tới 15% sản lượng lương thực trên thế giới. Nông dân thường phun thuốc diệt nấm để kiểm soát các bệnh thực vật, nhưng hiệu quả của việc sử dụng thuốc bị hạn chế do mầm bệnh biến đổi và mang đặc tính kháng với các thuốc diệt nấm.

Bằng cách khai thác những hiểu biết mới về phân tử và di truyền, nghiên cứu với sự hợp tác của Pierre de Wit từ Đại học Nông nghiệp Wageningen tại Hà Lan đã đưa ra các phân tích sâu về hệ thống phòng thủ của cây trồng chống lại các tác nhân gây bệnh phát triển trong không gian giữa các tế bào thực vật. Nghiên cứu này cung cấp những cơ hội mới để cải thiện hiệu quả của việc lai tạo các giống cây trồng kháng bệnh.

Tiến sĩ Henrik Stotz tại Đại học Hertfordshire cho biết: “Việc lai tạo giống cây trồng mới có sức đề kháng sẵn có với mầm bệnh ngày càng trở nên cấp thiết trong bối cảnh các phương pháp truyền thống kiểm soát bệnh cây trồng kém hiệu quả. Với cùng một cách con người hình thành đáp ứng miễn dịch chống lại mầm bệnh, cây trồng có thể được nhân giống với đặc tính kháng mầm bệnh, nhưng điều quan trọng là chúng ta cần phải nắm rõ cơ chế kháng bệnh hiệu quả ở cây trồng. Nghiên cứu của chúng tôi đưa ra các phân tích sâu hơn về hệ thống phòng thủ của thực vật và mô tả một khái niệm mới chỉ ra cách thức thực vật tự bảo vệ mình chống lại các tác nhân gây bệnh phát triển trong không gian tế bào thực vật bên ngoài”.

Hệ thống bảo vệ thực vật bao gồm các tầng kết nối của các thụ thể được tìm thấy cả bên ngoài và bên trong tế bào thực vật. Cả hai bộ thụ thể đều cảm nhận được tác nhân gây bệnh xâm nhập và đáp ứng với sự xâm nhập đó. Hai hệ thống thụ thể có các lớp protein thụ thể khác nhau để phát hiện các loại phân tử gây bệnh khác nhau.

Cây trồng có hai hình thức tự vệ. Mô hình kích hoạt khả năng miễn dịch (PTI) là hình thức tự vệ đầu tiên hoạt động ngay sau khi mầm bệnh đã xuất hiện trên bề mặt cây trồng. Trước khi mầm bệnh xâm nhập vào cây trồng, hệ thống miễn dịch của cây sẽ phát hiện ra sự hiện diện của các phân tử tác nhân gây bệnh cụ thể. Sau đó, cây sẽ kích hoạt đáp ứng miễn dịch để ngăn chặn tác nhân gây bệnh và bảo vệ cây trồng khỏi bị nhiễm bệnh.

Hình thức tự vệ thứ hai của cây trồng được gọi là miễn dịch với hiệu ứng kích hoạt (ETI) dựa trên việc phát hiện mầm bệnh bằng gien của cây - đó là mối quan hệ giữa gien trong cây chủ và gien trong các tác nhân gây bệnh. Các khái niệm về ETI đã được phát triển để mô tả sự phòng thủ chống lại tác nhân gây bệnh xâm nhập vào tế bào thực vật (ví dụ như bệnh gỉ sắt và bệnh sương mai ở cây lúa mì, bệnh bạc lá ở khoai tây). Sự hiện diện của tác nhân gây bệnh trong tế bào kích hoạt các protein cụ thể khiến tế bào thực vật và tác nhân gây bệnh bị tiêu diệt.

Thông qua nghiên cứu này, các nhà khoa học phát hiện ra rằng sự phòng thủ chống lại tác nhân gây bệnh ngoại bào (ETD) liên quan đến các gien thực vật khác nhau. Các nhà khoa học đã xác định một số gien kháng cụ thể và mô tả cách các gien này hoạt động chống lại các tác nhân gây bệnh.

Giáo sư Bruce Fitt, giáo sư bệnh học thực vật tại Đại học Hertfordshire nói thêm: “Sự hiểu biết mới này về sự phòng thủ ở thực vật thông qua ETD cho thấy hoạt động khác nhau của các gien kháng cụ thể sẽ giúp con người đạt được nhiều thành công trong việc lai tạo những giống cây trồng mới có sức đề kháng bệnh. Điều này là cần thiết cho cuộc chiến đảm bảo an ninh lương thực toàn cầu”.