Nông dân thường phải liên tục phun thuốc để chống lại các tác nhân gây hại cho cây trồng như virus, vi khuẩn và nấm. Hầu hết các nghiên cứu từ trước đến nay đều nhằm giúp thực vật chống lại một căn bệnh nào đó. Giờ đây, các nhà nghiên cứu đã phát triển được giống lúa có thể chống lại nhiều tác nhân gây bệnh cùng lúc mà năng suất không giảm, nhờ tác động đến hệ thống miễn dịch.
Thực vật không có mạch máu để tuần hoàn các tế bào miễn dịch. Thay vào đó, chúng sử dụng các thụ thể bên ngoài tế bào để xác định xâm nhập của vi khuẩn, và phản ứng bằng cách tạo ra một loạt các hợp chất đề kháng. Về lý thuyết, việc xác định các gen khởi phát phản ứng miễn dịch này và tác động đến chúng sẽ tạo ra các giống thực vật ưu việt.
Nhà sinh học thực vật Xinnian Dong tại Đại học Duke ở Durham, Bắc Carolina, đã nghiên cứu một trong những gen này trong 20 năm qua, gen NPR1 trong cây Arabidopsis, nhằm tăng cường hệ thống miễn dịch cho lúa, lúa mì, táo, cà chua và nhiều loài khác. Tuy nhiên, việc chuyển gen NPR1 khá thuận lợi, nhưng lại tác động tiêu cực đến sự phát triển của thực vật.
Để làm cho gen NPR1 trở nên có ích, các nhà nghiên cứu cần một công cụ kiểm soát tốt hơn. Trong khi nghiên cứu một protein kích hoạt hệ miễn dịch, gọi là TBF1, ở loài Arabidopsis, Dong đã phát hiện ra một hệ thống phức tạp, cho phép nhanh chóng kích hoạt phản ứng miễn dịch. Nó hoạt động bằng cách đưa các phân tử RNA sẵn sàng di chuyển tới TBF1, và nhanh chóng dịch các phân tử này thành các protein TBF1, sau đó khởi động một loạt các phòng vệ miễn dịch. Dong nhanh chóng nhận ra rằng, một đoạn DNA, mà cô gọi là "TBF1 cassette", đã hoạt động như một công tắc kiểm soát đáp ứng miễn dịch của thực vật. Vì vậy, cô đã sao chép TBF1 cassette từ bộ gen Arabidopsis và dán nó vào bên cạnh và phía trước gen NPR1 của cây lúa. Kết quả là một dòng lúa mới có thể nhanh chóng gia tăng hệ thống miễn dịch của mình đủ mạnh để chống lại các mầm bệnh, nhưng lại đủ ngắn để tránh cho cây trồng bị còi cọc do điều chỉnh gen như trước đây.
Kiểm chứng qua việc tiêm các mầm bệnh do vi khuẩn gây ra bệnh cháy lá (Xanthomonas oryzae pv. Oryzae) và bạc lá (X. oryzae pv. Oryzicola), nấm gây bệnh đạo ôn (Magnaporthe oryzae) vào lá của giống lúa mới và lúa thông thường, kết quả cho thấy bệnh lây lan mạnh trên lúa thường, còn lúa điều chỉnh gen đã cô lập “những kẻ xâm nhập” vào một khu vực nhỏ. "Các cây giống sinh trưởng rất tốt trên thực địa, và không có hiệu ứng phụ về khả năng chịu đựng, và đặc biệt là về số lượng và trọng lượng hạt", Dong nói.
Jeff Dangl, một chuyên gia về miễn dịch thực vật tại Đại học North Carolina ở Chapel Hill, cho biết, nghiên cứu này rất có lợi cho nông dân ở các nước đang phát triển. Julia Bailey-Serres, nhà sinh vật học tại Đại học California, Riverside, cũng rất hào hứng với nghiên cứu này. "Tuy chưa phải là những thử nghiệm đại trà, nhưng kết quả nghiên cứu đã cho thấy tác động mạnh mẽ, to lớn của nó", cô nói. "Nó có thể dễ dàng áp dụng cho nhiều loại cây trồng, và có hiệu quả cả đối với nấm và vi khuẩn gây bệnh”.
Tuy nhiên, vẫn còn phải nghiên cứu nhiều để tạo ra khả năng tăng cường miễn dịch cho thực vật. Ví dụ như NPR1 không có khả năng chống lại các loại côn trùng cắn phá cây. Hơn nữa, nghiên cứu mới chỉ theo dõi phản ứng của lúa đối với các vi khuẩn ký sinh trên vật chủ, còn rất nhiều yếu tố khác vẫn cần ngiên cứu, theo Jonathan Jones, chuyên gia nghiên cứu về các cơ chế phòng vệ của thực vật tại Phòng thí nghiệm Sainsbury ở Norwich, Anh.
T.K (Theo sciencemag.org)