Trong vài thập kỷ qua, hai loại bệnh do vi khuẩn gây ra là bệnh vàng lá gân xanh (Huanglongbing – HLB) và bệnh thối rữa trên cây có múi đã hủy hoại ngành công nghiệp cây có múi của Florida. Chúng giết chết hàng triệu cây khiến tiểu bang này bị thất thu hàng tỷ đô la Mỹ và sản lượng giảm tới 80%. Bệnh HLB đã lan đến các bang khác như Alabama, California, Georgia, Louisiana, Mississippi, Nam Carolina và Texas. Hiện không có giải pháp kinh tế nào cho những loại dịch bệnh đang đe dọa ngành công nghiệp này. Nông dân hiện nay đang phun một lượng lớn thuốc bảo vệ thực vật (BVTV) để đối phó với dịch bệnh; tuy nhiên, cách này không mang tính bền vững và có hiệu quả rất hạn chế, thậm chí hầu như không có hiệu quả.
Ông Bob Behr, Giám đốc điều hành của Florida’s Natural, cho biết: “Việc xác định một giải pháp đối phó với bệnh HLB là điều cấp thiết nhất. Dịch bệnh này không chỉ đe doạ đến sinh kế của tất cả những người trồng trọt ở Florida mà còn ảnh hưởng nghiêm trọng đến 50.000 cơ hội việc làm trên toàn tiểu bang cũng như sự tồn tại của loại cây trồng chính tại đây”.
Soil Culture Solutions, một công ty khởi nghiệp về lĩnh vực công nghệ sinh học, (hay còn gọi là Soilcea), hợp tác với trường đại học Florida (UF), hiện đang nỗ lực giải quyết vấn đề này bằng cách phát triển các cây có múi kháng bệnh thông qua phương pháp chọn tạo giống chính xác với kỹ thuật CRISPR. CRISPR là một công cụ chỉnh sửa gen tiên tiến nhằm chọn tạo các giống cây mới có khả năng kháng bệnh. Các giống cây phá triển bằng công nghê này được Bộ Nông nghiệp Hoa Kỳ (USDA) phân loại là không phải cây trồng biến đổi gen. Quá trình chọn tạo giống này tương tự như quá trình tiến hóa tự nhiên, trong đó việc sửa đổi xảy ra khi xoá đi DNA gây ra tính nhạy cảm với bệnh hại, tạo điều kiện cho cây trồng tiếp nhận sự thay đổi có ích này một cách từ từ thông qua quá trình chọn lọc tự nhiên.
Hình (a) Sản lượng cam quýt của Florida đã bị sụt giảm 2 tỷ đô la do bệnh HLB và bệnh thối rữa trên cây có múi. Nguồn: Dịch vụ Thống kê Nông nghiệp Quốc gia, Bộ Nông nghiệp Mỹ (USDA).
Hình (b) Soilcea đã sử dụng phương pháp chọn tạo giống chính xác CRISPR nhằm loại bỏ DNA khiến cây nhạy cảm với bệnh HLB. Để kiểm tra tính kháng HLB, các cây đã qua chỉnh sửa và một số giống cây đối chứng, đã được ghép vào một cây có múi đang có kết quả xét nghiệm dương tính với bệnh HLB. Các cây trồng chỉnh sửa gen của Soilcea không bị nhiễm bệnh sau khi được ghép vào cây, trong khi các cây đối chứng đã bị nhiễm bệnh.
Bằng cách nhắm mục tiêu vào các gen nhạy cảm được phát hiện trong phòng thí nghiệm UF của Nian Wang, Soilcea đã phát triển các giống cây có múi mới cho thấy khả năng kháng lợi bênh thối rữa và có biểu hiện kháng ở giai đoạn sớm đối với bệnh HLB. Với nguồn tài trợ của Quỹ Khoa học Quốc gia (NSF), Soilcea đã phát triển các quy trình độc quyền, sáng tạo và các phương pháp tái sinh nhằm tạo ra các giống cây có múi mới. Công ty đã thử nghiệm tính kháng HLB bằng cách ghép các cây đã được chỉnh sửa gen bằng kỹ thuật CRISPR của họ lên các cây bị bệnh HLB và nhận thấy rằng bệnh không lây lan sang các cây đã được chỉnh sửa gen.
Dusica Coltrane, Trưởng nhóm Khoa học Protoplast tại Soilcea giải thích: “Để triển khai các giống cây có múi mới của mình, chúng tôi đang sử dụng phương pháp chuyển nhiễm (transfection) và tái sinh nguyên sinh (protoplast) để tạo ra cây cam không biến đổi gen với các các tính trạng kháng được cải thiện để thương mại hóa.”
Soilcea đã thành công trong việc chuyển nhiễm và tái tạo protoplast. Phương pháp tiếp cận này bắt đầu bằng việc chỉnh sửa các protopast thông qua quá trình chuyển nhiễm qua hoá chất trung gian polyethylene-glycol. Sau khi nhận được plasmid cho đột biến DNA mong muốn, các protoplast phải trải qua một loạt các biến đổi môi trường và nhiệt độ cho đến khi hình thành các vi hạt (cụm tế bào kích thước 0,5–1,0 mm). Tiếp theo là thực hiện tái sinh chồi và rễ bằng cách thử nghiệm để xác nhận các gen chỉnh sửa, và cuối cùng cho ra cây có múi đã được chỉnh sửa gen. Vì không có DNA ngoại lai nào được thêm vào protoplast nên quá trình này được USDA phân loại là không biến đổi gen. Giao thức này đã được lặp lại và có khả năng mở rộng sang hệ thống sản xuất quy mô lớn.
Soilcea đang trong quá trình hợp tác với nông dân và các vườn ươm để nhanh chóng kiểm tra và phân phối những cây đã được chỉnh sửa gen. Clay Pederson từ Agromillora Florida, thành viên của vườn ươm cây hàng đầu thế giới, cho biết: “Nghiên cứu mà Soilcea đang thực hiện để tạo ra những cây có múi kháng bệnh là vô cùng quan trọng đối với sự tồn tại của ngành cây có múi tại Florida, đồng thời chúng tôi rất vui mừng được hợp tác với Soilcea để nhân giống và vận chuyển cây có múi kháng bệnh đến với người trồng.” Bob Behr từ Florida’s Natural đã viết trong một lá thư ủng hộ rằng: “Chúng tôi tin rằng những cây có múi được chỉnh sửa gen bằng kỹ thuật CRISPR mà Soilcea đang tạo ra bằng các công nghệ được cấp phép từ phòng thí nghiệm của Tiến sĩ Nian Wang tại Đại học Florida sẽ là giải pháp khả thi mà chúng ta vẫn mong chờ từ lâu nay nhằm ngăn chặn sự tàn phá liên tục các cây có múi trên toàn thế giới.”
Với công nghệ chọn tạo giống chính xác CRISPR của mình, Soilcea dự đoán sẽ tạo ra các giống cây có múi mới có khả năng kháng bệnh tốt hơn và cần ít thuốc BVTV hơn. Yianni Lagos, Giám đốc điều hành của Soilcea, cho biết: “Chúng tôi rất vui mừng được hợp tác với những người trồng và vườn ươm để có được những giống cây mới kháng bệnh HLB và bệnh thối rữa trên đồng ruộng, đồng thời giúp khôi phục ngành công nghiệp cây có múi của Florida.”
Công nghệ này được tài trợ bởi Chương trình Nghiên cứu Đổi mới Doanh nghiệp Nhỏ (SBIR) của NSF.
Bài viết được hợp tác bởi Quỹ Khoa học Quốc gia hợp tác với CEP.
Bình luận