Tạo thực vật kháng côn trùng bằng can thiệp RNA
Thuốc trừ sâu hóa học ngày càng bị côn trùng đề kháng, có thể gây hại cho môi trường và nguy hiểm cho người tiếp xúc nên các phương pháp biến đổi gen đang trở thành một lựa chọn hấp dẫn cho việc kiểm soát dịch hại. Một số loại ngô và bông được biến đổi gen để tạo ra các protein có độc tính, ví dụ Bacillus thuringiensis (Bt) gây độc cho một số loài giun, bọ cánh cứng và sâu bướm. Các nỗ lực kiểm soát dịch hại theo hướng biến đổi gen thực vật để tạo ra các protein gây độc cho một số loại côn trùng lại gặp phải lo ngại về những hậu quả mà các protein này có thể gây ra cho con người khi tiêu thụ thực vật.
Do đó, các nhà khoa học đã nghiên cứu cơ chế can thiệp RNA để chặn sự biến đổi protein, giúp cho thực vật có thể diệt một số gen của sâu bệnh. Họ đã tạo ra được cơ chế kích hoạt quá trình can thiệp RNA để tiêu diệt một số gen nào đó cần cho sự sống hoặc sinh sản của côn trùng để tiêu diệt chúng, khi thực vật bị côn trùng tấn công.
Theo ông Ralph Bock, Giám đốc Viện Sinh lý phân tử thực vật Max Planck (Đức): “Việc kiểm soát sâu bệnh dựa trên sự can thiệp RNA có thể giúp bảo vệ thực vật mà không cần tốn thêm chi phí như sử dụng thuốc trừ sâu”.
Can thiệp bằng RNA cũng giải quyết được bài toán ô nhiễm môi trường và an toàn cho con người. Đồng tác giả, David Heckel, Giám đốc Viện Sinh thái hóa học Max Planck cho biết: “Khi hướng tới việc diệt một loại sâu bệnh bằng công nghệ can thiệp RNA, chắc chắn sẽ giảm được số lượng thuốc trừ sâu sử dụng. Nếu các loại hóa chất diệt côn trùng như phosphat hữu cơ can thiệp bằng cách tác động đến hệ thống thần kinh của côn trùng, giải pháp can thiệp RNA cho phép kiểm soát những yếu tố cốt lõi, ví dụ như sự sắp xếp chuỗi protein tế bào. Hơn nữa, ngay cả khi một số gen mục tiêu giống nhau giữa các loài, các đoạn RNA được thiết lập tối ưu chỉ ức chế một loài và các họ hàng gần nhất của chúng, chứ không tác động đến tất cả các loại côn trùng không gây hại, như cơ chế tác động của một số loại thuốc trừ sâu hóa học”.
Cũng theo ông Ralph Bock: “Cộng đồng có những phản ứng với các protein chuyển gen do mối quan ngại về khả năng gây độc hay gây dị ứng của chúng đối với con người. Nhưng với phương pháp can thiệp RNA, không có protein gây độc mới nào được tạo ra”.
Liệu pháp can thiệp RNA còn phải đối mặt với nhiều thử thách nữa trước khi có thể triển khai cho tất cả các cây trồng chính. Ví dụ, hiện tại các nhà khoa học vẫn chưa tìm ra cách để biến đổi bộ gen chloroplast của các loại ngũ cốc như gạo và ngô; một số côn trùng, sâu bệnh lại có thể làm suy giảm hiệu lực của các đoạn RNA này, ngăn chặn quá trình tiêu diệt các gen cần thiết,...Công nghệ can thiệp RNA sẽ trở nên phổ biến trong khoảng 6-7 năm nữa, Bock và Heckel dự đoán.
Giám sát giao tiếp của ong để quản lý sức khỏe đàn
Oldooz Pooyanfar, học viên cao học Khoa Kỹ thuật Cơ điện tử của Đại học Simon Fraser (SFU) đã phát triển hệ thống công nghệ giám sát, ghi nhận âm thanh trong tổ ong để theo dõi sự giao tiếp của hơn 20.000 con ong trong tổ, nắm bắt các thông tin thể hiện tình trạng sức khỏe của chúng. Theo Pooyanfar, việc gia tăng hiểu biết về hoạt động của ong mật rất quan trọng, nhất là trong tình trạng số lượng ong mật sụt giảm đến 30% trong thập kỷ qua ở Bắc Mỹ, có ảnh hưởng rất lớn đến khả năng thụ phấn của cây trồng.
Hệ thống giám sát của Pooyanfar được đặt dọc theo các bức vách của tổ, với các bộ cảm biến nhỏ có chứa micro và gia tốc kế, để theo dõi và ghi lại các tín hiệu âm thanh, độ rung, nhiệt độ và độ ẩm trong tổ. Hệ thống này cho phép thu thập và nhận diện các yếu tố bất thường, giúp người nuôi ong có thể phản ứng ngay lập tức.
Pooyanfar cho biết: “Để hiểu những nội dung ong giao tiếp, ta có thể quan sát các kích thích tố hoặc qua âm thanh chúng tạo ra. Hệ thống giám sát này cho phép thu thập dữ liệu thời gian thực về những nội dung ong đang “nói” liên quan đến việc tìm kiếm nguồn thực phẩm, hoặc nếu có ong chúa hiện diện,... Dữ liệu được thu thập càng nhiều càng cho phép xác định chính xác hiện trạng của đàn ong”.
Pooyanfar dự định sẽ sản xuất cảm biến tích hợp, cho phép giảm thiểu các chi phí giám sát và qua đó, người nuôi ong có thể giám sát đàn ong của họ theo thời gian thực. Nghiên cứu này đã được trưng bày tại hội chợ công nghệ Greater Vancouver Clean vào mùa thu năm ngoái.
Kiểm soát dịch hại cây trồng do virus
Các nhà nghiên cứu tại Học viện Động vật học Trung Quốc đã tìm ra cách thức virus gây bệnh sọc lá lúa (rice strip virus-RSV), vốn gây ra nhiều thiệt hại cho cây lúa, sinh sôi nảy nở trong rầy nâu. Kết quả này có thể giúp tạo ra các giải pháp kiểm soát sự lây lan của các loại virus gây hại cho lúa gạo, lúa mì, bông và các loại cây trồng khác trong tương lai.
Theo giáo sư Feng Cui, các virus thực vật đều phụ thuộc vào loại côn trùng mang chúng qua lại giữa các cá thể thực vật. Nhiều loài virus có thể sinh sản ngay bên trong tế bào của các loại côn trùng này mà không gây hại cho chúng. Vật chủ của RSV là rầy nâu.
Nhiễm virus ở vật chủ động vật sẽ kích hoạt enzyme c-Jun N-terminal kinase (JNK) phản ứng. Giáo sư Feng Cui và nhóm của cô đã khảo sát tác động của RSV đối với JNK trong rầy nâu. Nghiên cứu tương tác giữa các protein, sử dụng phương pháp phân tích để xác định các hợp chất quan trọng tác động đến JNK, họ phát hiện virus kích hoạt theo nhiều cách thức khác nhau, đặc biệt là qua sự tương tác của protein GPS2 (G protein pathway suppressor 2) và protein capsid.
Wei Wang, một thành viên nghiên cứu cho biết, sự tương tác giữa hai protein này thúc đẩy RSV sinh sôi bên trong rầy nâu, và kết quả là làm bùng phát dịch bệnh, khi côn trùng mang virus vào trong cây lúa. Việc nhiễm RSV đã làm gia tăng một loại protein khác gọi là TNF-α (Tumor Necrosis Factor-α) và làm giảm mức độ GPS2 trong vector côn trùng. Virus capsid chứa các vật liệu di truyền của RSV sẽ cạnh tranh với GPS2 cản trở các cơ chế kích hoạt JNK thúc đẩy quá trình sao chép nhân bản RSV trong vector. Trong khi đó, cơ chế ức chế JNK sẽ giúp giảm đáng kể tỉ lệ tạo ra virus và làm trì hoãn quá trình bùng phát dịch bệnh. Ức chế JNK có thể bằng cách giảm biểu hiện JNK, tăng cường tương tác GPS2 hoặc làm giảm tác động của TNF-a sẽ mang lại lợi ích cho sản xuất nông nghiệp.
“Quá trình ức chế này có thể thực hiện qua công tác nhân giống hoặc các biện pháp biến đổi di truyền. Trong một số trường hợp, có thể sử dụng một số hóa chất thích hợp với cây lúa để giảm sự lây lan của RSV”, Wang kết luận.