Chỉ bằng kỹ thuật đặc biệt này, nông dân đánh bay sâu bệnh cho cây trồng

Pheromone là những chất hóa học phức tạp được một sinh vật sinh ra và tiết ra như một tín hiệu để chỉ rõ mong muốn tìm kiếm bạn tình của loài vật đó.

Nông dân có thể treo các thiết bị phát tán pheromone giữa ruộng để bắt chước các tín hiệu của con cái và đặt bẫy hoặc làm sao nhãng con đực khỏi việc tìm kiếm bạn đời. Tuy vậy phương pháp này khá tốn kém và gây ra nhiều chất hoá học phụ độc hại.

Để giải quyết điều này, Tiến sĩ Nicola Patron - người đứng đầu nghiên cứu và Nhóm Sinh học Tổng hợp tại Viện Earlham đã biến đổi gen của cây trồng, cho phép nó tự sản xuất pheromone.

Trong công trình mới nhất này, nhóm đã làm việc với các nhà khoa học tại Viện Sinh học Tế bào và Phân tử Thực vật ở Valencia để chế tạo một loài thuốc lá gọi là Nicotiana benthamiana để sản xuất pheromone của bướm đêm. Trước đây, một loại cây tương tự đã được nuôi trồng để tạo ra kháng thể Ebola và thậm chí là kháng thể Covid-19 có trong vắc-xin.

Nhóm đã xây dựng các chuỗi DNA mới trong phòng thí nghiệm để bắt chước các gen của bướm đêm và giới thiệu một số “công tắc phân tử” để điều chỉnh chính xác tính trạng của chúng, giúp kích hoạt hoặc làm bất hoạt quy trình sản xuất một cách hiệu quả.

Một thành phần quan trọng của nghiên cứu mới là khả năng tinh chỉnh việc sản xuất pheromone, vì việc ép buộc thực vật liên tục tạo ra các chất này tồn tại nhược điểm riêng của nó.

Tiến sĩ Patron giải thích: “Nếu tăng tốc độ sản xuất pheromone quá mức, cây sẽ không thể sinh trưởng bình thường.”

“Các giống cây được lựa chọn đang sản xuất rất nhiều pheromone nhưng không thể sinh trưởng, điều này về cơ bản làm giảm công suất trong dây chuyền sản xuất của chúng tôi. Nghiên cứu mới của chúng tôi sẽ giới thiệu phương pháp điều chỉnh tính trạng gen tinh vi hơn nhiều.”

Trong phòng thí nghiệm, nhóm nghiên cứu bắt đầu thử nghiệm và tinh chỉnh khả năng kiểm soát các gen chịu trách nhiệm tạo ra hỗn hợp các phân tử cụ thể bắt chước pheromone giới tính của các loài bướm đêm, bao gồm cả sâu bướm và sâu đục quả bông.

Nhóm đã chỉ ra rằng đồng sunfat có thể được sử dụng để tinh chỉnh hoạt động của gen, cho phép chúng kiểm soát cả thời gian và mức độ biểu hiện gen. Điều này đặc biệt quan trọng vì đồng sunfat là một hợp chất giá thành thấp và được phép sử dụng trong nông nghiệp.

Họ thậm chí còn có thể kiểm soát cẩn thận việc sản xuất các thành phần pheromone khác nhau, cho phép họ điều chỉnh để phù hợp hơn với các loài sâu bướm cụ thể.

Tiến sĩ Patron cho biết: “Chúng tôi đã chứng minh là có thể kiểm soát mức độ biểu hiện của gen này so với gen khác. “Điều này cho phép chúng tôi kiểm soát tỷ lệ sản phẩm được tạo ra. Việc hiểu đúng công thức này đặc biệt quan trọng đối với pheromone của bướm đêm vì chúng thường là sự pha trộn của hai hoặc ba phân tử theo các tỷ lệ khác nhau. Các cộng tác viên của chúng tôi ở Tây Ban Nha hiện đang chiết xuất pheromone do thực vật tạo ra và thử nghiệm chúng trong các máy phân tán không khí để đánh giá hiệu quả đối với bướm đêm cái”.

Nhóm nghiên cứu hy vọng sẽ mở đường cho việc sử dụng chính thực vật để sản xuất nhiều loại sản phẩm tự nhiên có giá trị.

Tiến sĩ Patron cho biết: “Một lợi thế lớn của việc sử dụng thực vật là cực tiết kiệm chi phí. “Thực vật đã tạo ra một loạt các phân tử hữu ích có thể được sử dụng để điều chỉnh và cải tiến các cây sản xuất pheromone hiện có.”

“Trong tương lai, chúng ta có thể thấy các nhà kính chứa đầy cây cối đang làm nhiệm vụ sản xuất các phân tử phức tạp với ưu điểm: xanh hơn, rẻ hơn và bền bỉ hơn".