Các loài gây hại đang thích nghi với cây trồng biến đổi gen theo những cách không ngờ tới, các nhà nghiên cứu đã phát hiện ra. Những phát hiện nhấn mạnh tầm quan trọng của việc theo dõi chặt chẽ và chống lại tính kháng sâu bệnh đối với cây trồng công nghệ sinh học.
Một nhóm nghiên cứu quốc tế báo cáo trên tạp chí Proceedings of the National Academy of Science, sự kháng thuốc của sâu đục thân bông đối với cây bông diệt côn trùng liên quan đến những thay đổi di truyền đa dạng hơn dự kiến.
Sâu bướm của sâu đục thân bông, Helicoverpa armigera, ăn nhiều loại cây khác nhau và là mối đe dọa nghiêm trọng đối với việc trồng bông. (Ảnh của Gyorgy Csoka)
Để giảm lượng thuốc trừ sâu phổ rộng, có thể gây hại cho động vật không phải là loài gây hại mục tiêu, bông và ngô đã được biến đổi gen để tạo ra độc tố có nguồn gốc từ vi khuẩn Bacillus thuringiensis hoặc Bt.
Độc tố Bt tiêu diệt một số loài côn trùng gây hại nhưng vô hại với hầu hết các sinh vật khác bao gồm cả con người. Những chất độc thân thiện với môi trường này đã được sử dụng trong nhiều thập kỷ trong các lần phun của những người trồng hữu cơ và từ năm 1996 trong các cây trồng Bt được thiết kế bởi những người nông dân chính thống.
Theo thời gian, các nhà khoa học đã biết, ban đầu các đột biến di truyền hiếm gặp gây ra tình trạng kháng độc tố Bt đang trở nên phổ biến hơn khi ngày càng có nhiều quần thể dịch hại thích nghi với cây trồng Bt.
Trong nghiên cứu đầu tiên để so sánh sâu bệnh phát triển tính kháng đối với cây trồng Bt trong phòng thí nghiệm so với đồng ruộng, các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng trong khi một số đột biến do phòng thí nghiệm chọn xảy ra trong quần thể hoang dã, một số đột biến khác biệt rõ rệt với các loài được thấy trong phòng thí nghiệm rất quan trọng trong lĩnh vực này.
Sâu bướm của sâu đục thân bông, Helicoverpa armigera, có thể nhai trên một loạt các loài thực vật trước khi nổi lên như bướm đêm. Loài này là loài gây hại bông lớn ở Trung Quốc, nơi nghiên cứu được thực hiện.
Bruce Tabashnik, trưởng khoa côn trùng học của Đại học Nông nghiệp và Khoa học Đời sống thuộc Đại học Arizona, đồng tác giả nghiên cứu, coi những phát hiện này là một cảnh báo sớm cho nông dân, cơ quan quản lý và ngành công nghệ sinh học.
Bruce Tabashnik, người đứng đầu bộ môn côn trùng học của UA, làm việc với các nhà khoa học Trung Quốc trong việc theo dõi và chống lại sâu bệnh đối với cây trồng biến đổi gen, đã làm giảm đáng kể thuốc xịt côn trùng. (Ảnh của Beatriz Verdugo / UANews)
Các nhà khoa học đã kỳ vọng các loài côn trùng thích nghi, nhưng chúng tôi chỉ đang tìm hiểu làm thế nào chúng có thể trở nên kháng thuốc trong lĩnh vực này.
Để tránh những điều bất ngờ, các nhà nghiên cứu đã tiếp xúc với quần thể bollworm bông với độc tố Bt trong các thí nghiệm trong phòng thí nghiệm có kiểm soát và nghiên cứu cơ chế di truyền mà côn trùng thích nghi.
Chúng tôi cố gắng đi trước trò chơi, anh nói. Chúng tôi muốn dự đoán những gen nào có liên quan, vì vậy chúng tôi có thể chủ động phát triển các chiến lược để duy trì hiệu quả của cây trồng Bt và giảm sự phụ thuộc vào thuốc xịt côn trùng. Giả định ngầm định là những gì chúng ta học được từ kháng chiến được lựa chọn trong phòng thí nghiệm sẽ áp dụng trong lĩnh vực này.
Giả định đó, theo Tabashnik, chưa từng được thử nghiệm trước đây về tính kháng đối với cây trồng Bt.
Bây giờ lần đầu tiên, nhóm nghiên cứu quốc tế đã thu thập bằng chứng di truyền từ các loài gây hại trên đồng ruộng, cho phép họ so sánh trực tiếp các gen liên quan đến sự kháng thuốc của quần thể hoang dã và phòng thí nghiệm.
Họ đã tìm thấy một số đột biến gây kháng thuốc trong lĩnh vực này giống như trong các loài gây hại trong phòng thí nghiệm, nhưng một số khác lại rất khác biệt.
Nói chung, chúng tôi đã tìm thấy chính xác đột biến trong lĩnh vực được phát hiện trong phòng thí nghiệm. Tuy nhiên, chúng tôi cũng tìm thấy rất nhiều đột biến khác, hầu hết trong số chúng ở cùng một gen và một trong một gen hoàn toàn khác.
Một bất ngờ lớn đã đến khi nhóm nghiên cứu xác định hai đột biến không liên quan, chiếm ưu thế trong quần thể đồng ruộng. Domin Dominant có nghĩa là một bản sao của biến thể di truyền là đủ để tạo ra khả năng kháng độc tố Bt. Ngược lại, các đột biến kháng thuốc được đặc trưng trước khi lựa chọn trong phòng thí nghiệm là do di truyền - có nghĩa là phải mất hai bản sao của đột biến, mỗi bản do cha mẹ cung cấp để tạo ra một loại côn trùng kháng độc tố Bt.
Sức đề kháng của Dominant khó quản lý hơn và không thể dễ dàng bị chậm lại với những người tị nạn, điều này đặc biệt hữu ích khi tình trạng kháng thuốc bị thoái hóa, theo Tab Tabashnik.
Các nơi trú ẩn bao gồm các loài thực vật không có gen độc tố Bt và do đó cho phép sự sống của côn trùng dễ bị nhiễm độc tố này. Các trại tị nạn được trồng gần các cây trồng Bt với mục tiêu tạo ra đủ loại côn trùng nhạy cảm để làm loãng quần thể côn trùng kháng thuốc, bằng cách làm cho hai loài côn trùng kháng thuốc không thể giao phối và sinh ra con cái kháng thuốc.
Theo Tabashnik, chiến lược lánh nạn đã hoạt động mạnh mẽ chống lại sâu bướm hồng ở Arizona, nơi sâu bệnh này đã làm khổ những người nông dân trồng bông trong một thế kỷ, nhưng hiện đang khan hiếm.
Các đột biến chiếm ưu thế được phát hiện ở Trung Quốc ném cờ lê trong chiến lược lánh nạn vì con cái kháng thuốc phát sinh từ sự giao phối giữa các loài côn trùng nhạy cảm và kháng thuốc.
Một con sâu bướm bông trưởng thành. (Ảnh của Ettore Balocchi)
Ông nói thêm rằng nghiên cứu này sẽ cho phép các cơ quan quản lý và người trồng trọt quản lý tốt hơn tính kháng mới đối với cây trồng Bt.
Chúng tôi đã suy đoán và sử dụng các phương pháp gián tiếp để thử và dự đoán những gì sẽ xảy ra trong lĩnh vực này. Chỉ bây giờ sự kháng cự bắt đầu xuất hiện ở nhiều nơi là có thể thực sự kiểm tra sự kháng cự trên thực địa. Tôi nghĩ rằng các kỹ thuật từ nghiên cứu này sẽ được áp dụng cho nhiều tình huống khác trên thế giới và chúng tôi sẽ bắt đầu phát triển sự hiểu biết chung về cơ sở di truyền của kháng thuốc trong lĩnh vực này.
Nghiên cứu hiện tại là một phần của sự hợp tác do chính phủ Trung Quốc tài trợ, liên quan đến hàng tá nhà khoa học tại bốn tổ chức ở Trung Quốc và Hoa Kỳ Yidong Wu tại Đại học Nông nghiệp Nam Kinh đã thiết kế nghiên cứu và dẫn dắt nỗ lực của Trung Quốc. Ông nhấn mạnh tầm quan trọng của sự hợp tác đang diễn ra để giải quyết tình trạng kháng thuốc đối với cây trồng Bt, đây là một vấn đề lớn ở Trung Quốc. Ông cũng chỉ ra rằng việc phát hiện ra sự kháng cự vượt trội sẽ khuyến khích cộng đồng khoa học suy nghĩ lại về chiến lược lánh nạn.
Tabashnik cho biết Trung Quốc là nhà sản xuất bông hàng đầu thế giới, với khoảng 16 tỷ bảng bông mỗi năm. Ấn Độ là số hai, tiếp theo là Hoa Kỳ, nơi sản xuất bông bằng một nửa so với Trung Quốc.
Năm 2011, nông dân trên toàn thế giới đã trồng 160 triệu mẫu bông Bt và ngô Bt. Tỷ lệ bông được trồng bằng bông Bt đạt 75% tại Hoa Kỳ vào năm 2011, nhưng đã vượt quá 90% kể từ năm 2004 ở miền bắc Trung Quốc, nơi phần lớn bông Trung Quốc được trồng.
Các nhà nghiên cứu báo cáo rằng các đột biến gây kháng thuốc ở sâu đục thân bông phổ biến gấp ba lần ở miền bắc Trung Quốc so với các khu vực thuộc tây bắc Trung Quốc nơi trồng ít bông Bt.
Tuy nhiên, ngay cả ở miền bắc Trung Quốc, những người trồng trọt đã nhận thấy sự kháng cự mới nổi, Tabashnik cho biết, bởi vì chỉ có khoảng 2% số sâu đục thân bông có khả năng kháng thuốc.
Là một người trồng trọt, nếu bạn giết chết 98 phần trăm sâu bệnh bằng bông Bt, bạn sẽ không nhận thấy bất cứ điều gì. Nhưng nghiên cứu này cho chúng ta biết có rắc rối ở đường chân trời.
Tái xuất bản với sự cho phép của Đại học Arizona.