Các nhà nghiên cứu đã kích hoạt lại các mẫu nấm gây héo cà phê để khám phá cách bệnh phát triển và cách ngăn chặn sự lây lan của nó.

Bệnh héo rũ cà phê do một loại nấm gây ra đã dẫn đến một đợt bùng phát tàn phá kể từ những năm 1920 ở châu Phi cận Sahara, và hiện đang ảnh hưởng đến hai loại cà phê phổ biến nhất của châu Phi: Arabica và Robusta.

Nghiên cứu mới cho thấy loài nấm này có khả năng tăng cường khả năng lây nhiễm sang cây cà phê bằng cách lấy gen từ một loại nấm có họ hàng gần, gây ra bệnh héo rũ trên nhiều loại cây trồng, bao gồm cả bệnh Panama trên chuối.

Các nhà nghiên cứu cho biết kiến ​​thức này có thể giúp nông dân giảm nguy cơ xuất hiện các chủng bệnh mới, chẳng hạn như không trồng cà phê với các loại cây khác hoặc bằng cách ngăn chặn sự tích tụ của tàn dư thực vật có thể chứa các loại nấm liên quan.

giải pháp bền vững

nhóm nghiên cứu từ Đại học Hoàng gia Luân Đôn, Các Đại học Oxford, và tổ chức phi lợi nhuận nông nghiệp CABI, cũng nói rằng việc nghiên cứu các mẫu vật lịch sử trong bộ sưu tập nuôi cấy CABI có thể cung cấp nhiều hiểu biết sâu sắc về cách bệnh cây trồng phát triển và tìm ra những cách mới, bền vững để chống lại chúng. Nghiên cứu đã được xuất bản ngày hôm nay trong Hệ gen BMC.

Tác giả đầu tiên của nghiên cứu, Lily Beck, giảng dạy Khoa học và Giải pháp cho Hợp tác Đào tạo Tiến sĩ về Hành tinh đang thay đổi tại Viện Grantham và Khoa Khoa học Đời sống tại Imperial. Bà nói: “Việc sử dụng ngày càng nhiều hóa chất và thuốc diệt nấm để chống lại các bệnh cây trồng mới xuất hiện là không bền vững và cũng không phải chăng đối với nhiều nông dân.

“Thay vào đó, nếu chúng ta có thể hiểu được sự phát triển của các loại dịch bệnh mới như thế nào, chúng ta có thể cung cấp cho người nông dân những kiến ​​thức cần thiết để giảm nguy cơ mắc các bệnh mới xuất hiện ngay từ đầu.”

Dòng cà phê đặc biệt

Nhóm nghiên cứu đã bảo quản lại các mẫu nấm gây bệnh héo cà phê trong tủ lạnh. Có hai đợt bùng phát dịch bệnh nghiêm trọng, vào những năm 1920 và 1950 và giữa những năm 1990, và nó vẫn tiếp tục gây ra thiệt hại.

Ví dụ, vào năm 2011, 55.000 cây cà phê Robusta bị chết do héo ở Tanzania, phá hủy 160 nghìn tỷ cà phê trong quá trình này – tương đương với hơn 22 triệu tách cà phê.

Một cây cà phê bị chết do bệnh héo rũ trên cây cà phê. tín dụng: kaby

Khi bắt đầu bùng phát vào những năm 1920, bệnh héo rũ cà phê đã lây nhiễm sang nhiều loại cây cà phê, và cuối cùng được kiểm soát vào những năm 1950 thông qua các biện pháp quản lý như đốt cây bị nhiễm bệnh, tìm kiếm sức đề kháng tự nhiên trong cà phê và các chương trình nhân giống. chọn lọc các giống cây trồng kháng bệnh.

Tuy nhiên, căn bệnh này tái phát vào những năm 1970 và lây lan rộng rãi trong những năm 1990. Hai nhóm bệnh riêng biệt đã được xác định, mỗi loại lây nhiễm cho các loại cà phê cụ thể: một nhóm lây nhiễm cà phê Arabica ở Ethiopia, và nhóm bệnh khác lây nhiễm cà phê robusta ở Đông và Trung Phi. Nhóm nghiên cứu muốn điều tra xem hai chủng này xuất hiện như thế nào.

Hoán đổi gen

Trong một phòng thí nghiệm an toàn CABI, họ đánh thức lại hai chủng từ đợt bùng phát ban đầu, được thu thập vào những năm 1950 và gửi vào bộ sưu tập CABI, và hai trong số hai chủng nấm đặc trưng cho cà phê, gần đây nhất là từ năm 2003. Sau đó, họ đã làm được. Ông đã xác định trình tự và kiểm tra bộ gen của nấm DNA Để có bằng chứng về những thay đổi có thể giúp họ đạt được những loại cà phê cụ thể.

Họ phát hiện ra rằng các loại nấm mới hơn, đa dạng có bộ gen lớn hơn các chủng trước đó và xác định các gen có thể giúp nấm vượt qua khả năng phòng vệ của thực vật và tồn tại trong thực vật để gây bệnh.

Những gen này cũng được tìm thấy rất giống với gen của một loại nấm có họ hàng gần khác, ảnh hưởng đến hơn 120 loại cây trồng khác nhau, bao gồm chuối ở châu Phi cận Sahara, gây ra bệnh Panama, hiện đang tiêu diệt loài phổ biến nhất hiện nay, chuối Cavendish. . .

Trong khi các chủng loại nấm gây bệnh cho chuối này được biết là có thể hoán đổi gen, tạo ra khả năng lây nhiễm sang các giống mới, thì khả năng chuyển gen của chúng sang các loài nấm khác nhau vẫn chưa được thấy trước đây.

Tuy nhiên, nhóm nghiên cứu lưu ý rằng hai loài này đôi khi sống rất gần rễ của cây cà phê và cây chuối, vì vậy có thể nấm cà phê đã thu nhận những gen có lợi này từ người hàng xóm dựa trên chuối tự nhiên của nó.

Cà phê và chuối thường được trồng cùng nhau, vì cây cà phê thích bóng râm mà cây chuối cao hơn cung cấp. Các nhà nghiên cứu cho biết nghiên cứu của họ có thể chỉ ra rằng việc không trồng các loại cây có bệnh liên quan chặt chẽ với nhau, chẳng hạn như chuối và cà phê, có thể làm giảm khả năng xuất hiện các chủng nấm hại cà phê mới.

sự phát triển của các đợt bùng phát

Các nhà nghiên cứu hiện đang sử dụng các chủng đã được kích hoạt lại để lây nhiễm cho cây cà phê trong phòng thí nghiệm, nhằm nghiên cứu chính xác cách thức mà nấm lây nhiễm vào cây, từ đó có thể cung cấp các cách khác để ngăn chặn bệnh lây lan.

Các ý tưởng này cũng có thể được áp dụng cho các loại cây trồng khác nhau, nơi mà các mầm bệnh thực vật có liên quan chặt chẽ khác có thể tạo ra những bước nhảy vọt tương tự, làm xuất hiện các bệnh mới. Sau khi chứng minh giá trị của việc kiểm tra các mẫu lịch sử đối với bệnh thực vật, nhóm nghiên cứu có kế hoạch lặp lại nghiên cứu với các bệnh khác được lưu trữ trong bộ sưu tập CABI, nơi chứa 30.000 mẫu được thu thập từ khắp nơi trên thế giới trong hơn 100 năm qua.

Trưởng nhóm nghiên cứu, Giáo sư Timothy Barclau, từ Khoa Động vật học tại Oxford và Khoa Khoa học Đời sống tại Imperial, cho biết: “Cách tiếp cận lịch sử cho chúng ta thấy điều gì sẽ xảy ra với các mầm bệnh thực vật trước và sau khi một đợt bùng phát dịch bệnh mới xảy ra. Sau đó, chúng ta có thể nghiên cứu các cơ chế về sự tiến hóa và cải thiện các dự đoán về cách các vụ bùng phát tương tự có thể xảy ra trong tương lai.

“Mục tiêu của chúng tôi là nhân rộng nghiên cứu này về nhiều mầm bệnh thực vật, và cuối cùng là tạo ra một ‘cuốn sổ quy tắc’ về cách thức phát triển của mầm bệnh, giúp chúng tôi ngăn chặn các đợt bùng phát trong tương lai nếu có thể.”

Tham khảo: “Bộ gen lịch sử tiết lộ các cơ chế tiến hóa đằng sau nhiều đợt bùng phát bệnh héo rũ cây cà phê ký chủ Fusarium xylarioides” của Lily de Beek, Robin W. Noel, Julie Flood, Matthew Ryan và Timothy J. Baraclaw, ngày 4 tháng 6 năm 2021 và Hệ gen BMC.
DOI: 10.1186 / s12864-021-07700-4