Các nhà nghiên cứu Úc có một vũ khí mới trong cuộc chiến chống tính kháng thuốc trừ nấm trên các loại cây trồng ngũ cốc và được thừa nhận đây là một cách tiếp cận đặc biệt thích hợp để phát hiện tính kháng có hiệu quả. Phương pháp này có liên quan đến công nghệ xác định ung thư.
Các nhà nghiên cứu tại Trung tâm cây trồng và quản lý dịch bệnh (Centre for Crop and Disease Management – CCDM) – một trung tâm nghiên cứu quốc gia được đồng tài trợ bởi Đại học Curtin và Nghiệp đoàn Nghiên cứu cây có hạt và Phát triển Công ty Cổ phần (Grains Research and Development Corporation – GRDC) – đã sử dụng công nghệ kỹ thuật số Polymerase Chain Reaction (dPCR), kết hợp với “bẫy mồi” (baiting) thử nghiệm, để phát triển một hệ thống cảnh báo sớm tiên tiến mà các nhà nghiên cứu có thể sử dụng để phát hiện tốt hơn tính kháng thuốc trừ nấm.
Các thử nghiệm “bẫy mồi” là thử nghiệm thực địa có thể tối ưu hóa việc bắt giữ các mầm bệnh nấm cho thấy có tính kháng thuốc trừ nấm.
Công nghệ dPCR được điều chỉnh và tinh chỉnh sẽ cho phép thông tin đúng đối tượng theo dõi sớm hơn, nhiều hơn để cung cấp cho nông dân từ đó để họ có thể thay đổi nhanh hơn nhằm chống lại bất kỳ tiềm năng tổn thất năng suất nào.
Nó cũng đã mở rộng kiến thức về mức độ kháng thuốc trừ nấm của nấm bệnh sương mai hại lúa mạch và cho thấy mức độ phổ biến rộng rãi hơn của bệnh này so với suy nghĩ trước đây.
Vào năm 2016, nhà nghiên cứu Belman Cox của CCDM đã ứng dụng công nghệ dPCR (được sử dụng rộng rãi trong phát hiện ung thư như một cách để tìm đột biến di truyền trong tế bào) để sử dụng trong việc phát hiện tính kháng thuốc trừ nấm.
Sử dụng công cụ này, các nhà nghiên cứu đã phát hiện ra một đột biến (S509T) trong gen CYP51, kết hợp với men ức chế demethylase (DMI) làm gia tăng sức đề kháng thuốc trừ nấm đối với nấm sương mai trên lúa mạch từ các mẫu được thu thập trên khắp nước Úc.
Lần đầu tiên họ cũng ghi nhận sự hiện diện của DMI trong nấm sương mai lúa mạch ở các khu vực bên ngoài Tây Úc.
Phát triển thêm này từ kỹ thuật dPCR, gắn liền với các thử nghiệm “bẫy mồi”, đã cho phép các nhà nghiên cứu phát hiện tần xuất xuất hiện tính kháng ở mức độ hiếm hoi hơn nhiều so với trước đây và có thể phát hiện trong bất kỳ các trường hợp, ngay cả trước khi nó được báo cáo bởi nông dân.
Theo lãnh đạo nhóm nghiên cứu kháng thuốc diệt nấm của CCDM, Fran Lopez-Ruiz, dPCR hoạt động bằng cách cho phép các nhà nghiên cứu thu thập nhiều mẫu từ một vụ mùa, gộp chúng và sau đó phân tích DNA của nấm để tìm đột biến có tính kháng thuốc.
“Phát hiện sớm là một bước quan trọng trong việc cung cấp các công cụ tốt hơn cho việc quản lý kháng thuốc diệt nấm và sử dụng công nghệ này, kết hợp với thử nghiệm thực địa, đã cho phép chúng tôi không chỉ phát hiện tính kháng thuốc một cách nhanh chóng và hiệu quả hơn mà còn định lượng mức độ của tính kháng”, Tiến sĩ Lopez-Ruiz nói.
Nấm sương mai trên lúa mạch - gây ra bởi tác nhân gây bệnh Blumeria graminis f.sp. hordei– có ý nghĩa kinh tế lớn đối với nông dân, ước tính gây thiệt hại lên tới 33 triệu đô la một năm ở Úc.
Một nhà nghiên cứu của CCDM, Katherine Zulak, cho biết nhóm nghiên cứu là người đầu tiên sử dụng công nghệ dPCR thông lượng cao để tìm kiếm đặc tính của tính kháng thuốc diệt nấm trên thực địa và độ chính xác cũng như tốc độ của quá trình xác nhận tính kháng đã vượt quá mong đợi của họ.
“Chúng tôi nhận thấy kỹ thuật này rất nhạy và chính xác, khả năng xác định sự hiện diện của một đột biến trong gen CYP51 xuống còn 0,2% quần thể nấm”, bà nói.
“Việc chọn các đột biến DNA ở mức độ 0,2% trên sẽ chậm hơn và khó khăn hơn nhiều (hoặc thậm chí là không thể) nếu quá trình phát hiện bằng cách sử dụng các phương pháp thí nghiệm truyền thống trước đây.
“Nghiên cứu của chúng tôi đã chứng minh thử nghiệm này có thể được áp dụng và bây giờ chúng tôi có thể tiếp tục thúc đẩy kỹ thuật này trong nghiên cứu tính kháng thuốc trừ nấm của chúng tôi. Cuối cùng, điều này sẽ dẫn đến việc cải thiện các phương pháp trừ nấm và giúp nông dân xem xét những hệ thống quản lý tích hợp mà họ nên đưa ra để bảo vệ cây trồng của mình tốt hơn chống lại bệnh cây trồng. ”
Mark Gibberd, đồng giám đốc của CCDM, nói rằng tính kháng thuốc trừ nấm là một trong những ưu tiên hàng đầu cho nghiên cứu trong CCDM.
“Dưới sự lãnh đạo của Tiến sĩ Lopez, Tiến sĩ Zulak và bà Cox đã phát triển một công cụ cung cấp cho ngành công nghiệp một giải pháp quan trọng – đây là một bước tiến quan trọng vì công cụ này không chỉ phát hiện sự hiện diện của các đột biến chính mà còn xác định mức độ đột biến phổ biến là khi tần tính số kháng thuốc vẫn còn rất thấp trong quần thể mầm bệnh”, Giáo sư Gibberd nói.
Tiến sĩ Lopez-Ruiz cho biết bước tiếp theo là mở rộng các hoạt động để nghiên cứu sâu hơn phạm vi của công nghệ và phát triển một bức tranh chi tiết hơn về sự phổ biến tính kháng thuốc của nấm sương mai lúa mạch và các bệnh nấm có tính kháng khác trên khắp nước Úc.
Các nhà nghiên cứu CCDM sử dụng các mẫu để hỗ trợ cho một loạt các nghiên cứu về bệnh cây trồng. Nếu người trồng nghi ngờ rằng thuốc diệt nấm không hiệu quả trên cây trồng của họ, họ có thể liên lạc với nhóm kháng thuốc diệt nấm của CCDM tại frg@curtin.edu.au
Một bài báo chi tiết về nghiên cứu dPCR đã được công bố trên tạp chí khoa học uy tín Frontiers in Microbiology và có thể tìm thấy tại
https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fmicb.2018.00706/full
Khuivandam
Dịch từ: Australia - Innovative system to aid fungicide resistance research efforts. (AgroNews. 31/7/2018).