Theo: Heidi Ledford (2021) First known gene transfer from plant to insect identified
doi: https://doi.org/10.1038/d41586-021-00782-w
Ngày đăng: 25/3/2021
Vui lòng ghi rõ nguồn https://cnsh.vnua.edu.vn/ khi đăng lại nội dung này.
Việc phát hiện bọ phấn trắng sử dụng chính gen của thực vật để tránh được phòng thủ của vật chủ có thể hướng đến những chiến lược mới trong kiểm soát sâu bệnh.
    |
 |
| Một số loại bọ phấn trắng sử dụng chính gen của thực vật để vô hiệu hóa sự phòng thủ của chúng. Credit: Getty |
Một loài sâu bệnh hại cây trồng thành công đôi khi nhờ một gen được lấy từ chính vật chủ của chúng hàng triệu năm về trước. Phát hiện được đăng trên tạp chí Cell [1] là ví dụ đầu tiên được biết đến về sự chuyển gen tự nhiên từ thực vật sang côn trùng. Điều này cũng lý giải tại sao bọ phấn trắng Bemisia tabaci rất giỏi trong việc gặm nhấm cây trồng: gen mà chúng lấy được từ thực vật cho phép chúng trung hoà độc tố mà một số loại cây trồng tiết ra để chống lại côn trùng.
Nghiên cứu ban đầu cho thấy việc ức chế gen này có thể khiến bọ phấn trắng dễ bị tổn thương trước độc tố, mở ra một cách tiếp cận tiềm năng để chống lại sâu bệnh. Loài bọ phấn trắng có quan hệ họ hàng gần với rệp hơn là ruồi, tuy nhỏ bé nhưng có khả năng tàn phá nông nghiệp trên toàn thế giới. B. tabaci là bọ phấn trắng ăn nhựa chứa đường từ hàng trăm loại cây trồng, đồng thời bài tiết một loại chất ngọt, dính gọi là honeydew (giọt mật/dịch ngọt), có vai trò như một nơi sinh sản của nấm mốc. Bọ phấn trắng cũng làm trung gian truyền nhiễm hơn 100 loại virus gây bệnh cây trồng.
Các gen bị lấy
Việc một số loài bọ phấn trắng có khả năng lấy gen từ các sinh vật khác không hoàn toàn là điều đáng ngạc nhiên, bởi hành vi dung nạp gen diễn ra phổ biến trong cuộc chạy đua vũ trang giữa cây trồng và sâu bệnh của chúng. Qua hàng triệu năm, thực vật và côn trùng đều vay mượn rất nhiều từ các bộ gen vi sinh vật, đôi khi sử dụng các gen mới thu được của chúng để phát triển các chiến lược phòng thủ hoặc tấn công.
Một số loại côn trùng, chẳng hạn như sâu đục hạt cà phê (Hypothenemus hampei), lấy các gen của vi sinh vật để hấp thụ được nhiều dinh dưỡng hơn từ thành tế bào thực vật vốn rất khó phân giải [2], lúa mì dại lấy gen của nấm để chống lại bệnh đốm ngọn gây ra bởi nấm [3]. Nhưng việc lấy gen giữa thực vật và côn trùng trước đây chưa được biết tới.
Nhà côn trùng học Youjun Zhang tại Học viện Khoa học Nông nghiệp Trung Quốc, và cộng sự đang rà soát bộ gen của B. tabaci để tìm các gen được lấy, họ phát hiện có một gen dường như đã tiến hóa không phải của côn trùng hay vi sinh vật mà là từ thực vật.
Nghiên cứu sâu hơn cho thấy gen có thể chuyển một nhóm chức sang các hợp chất có tính kháng được gọi là phenolic glycoside được tổng hợp ở nhiều loại cây, bao gồm cà chua, để xua đuổi sâu bệnh. Nhưng sự thay đổi do gen bọ phấn trắng gây ra khiến các hợp chất này trở nên vô hại.
Để kiểm tra giả thuyết, nhóm nghiên cứu đã biến đổi gen ở cà chua để tạo ra một phân tử RNA mạch kép có khả năng ngăn chặn sự biểu hiện của gen bọ phấn trắng. Gần như tất cả những con bọ phấn trắng ăn những cây cà chua này đều chết.
Jonathan Gershenzon, một nhà sinh thái hóa học tại Viện Sinh thái Hóa học Max Planck ở Jena, Đức, cho biết: “Nó mang tới một cơ hội rất lớn để đặc hiệu hóa. Ta có thể xua đuổi bọ phấn trắng nhưng không gây hại cho côn trùng có ích như các loài thụ phấn”.
Cuộc chiến giữa cây trồng với sâu bệnh
Đồng tác giả nghiên cứu Ted Turlings, một nhà sinh thái hóa học tại Đại học Neuchâtel, Thụy Sĩ, cho biết việc chuyển gen giữa các loài có thể khó chứng minh. Để làm được như vậy, Zhang, Turlings và cộng sự đã phân tích trình tự của các gen tương tự ở thực vật và xác định rằng gen bọ phấn trắng có mối quan hệ tiến hoá gần với chúng.
Nhóm nghiên cứu cũng thực hiện các phân tích để chỉ ra rằng gen này đã được tích hợp vào bộ gen của bọ phấn trắng chứ không phải mẫu nhiễm DNA thực vật.
Nhưng bằng cách nào mà bọ phấn trắng lấy gen từ thực vật thành công thì vẫn chưa rõ. Turlings cho rằng có thể do một loại virus đóng vai trò trung gian, chuyển vật chất di truyền từ cây trồng vào bộ gen của bọ phấn trắng. Andrew Gloss, người nghiên cứu sự tương tác giữa thực vật và sâu bệnh ở Đại học Chicago, Illinois, cho hay: “Trong cuộc chiến giữa thực vật và côn trùng gây hại hay mầm bệnh, có những gen đã được lấy từ trên khắp cây phát sinh sự sống”.
Người dịch: Đào Thị Mỹ Hoa - K65CNSHE
Biên tập: Nguyễn Văn Khoa – K64CNSHE, Cao Thị Thu Thuý – K63CNSHE
Tài liệu tham khảo
1. Xia, J. et al. Cell https://10.1016/j.cell.2021.02.014 (2021).
2. Acuña, R. et al. Proc. Natl Acad. Sci. USA 109, 4197–4202 (2012).
3. Wang, H. et al. Science 368, eaba5435 (2020).