Phân lập các chỉ thị gen giúp nâng cao hiệu quả kiểm soát côn trùng gây hại16:24:00 28/07/2021

Trong một nghiên cứu gần đây của các chuyên gia tại Trung tâm hợp tác FAO/IAEA phối hợp với một số cơ quan nghiên cứu, các nhà khoa học đã phân lập được gen nhộng trắng ở loài ruồi giấm tephritids.

Xác định gen nhộng trắng tạo điều kiện phát triển các dòng phân biệt giới tính di truyền để tăng hiệu quả ứng dụng kỹ thuật triệt sản côn trùng.

Ở khắp các vùng nông nghiệp trên thế giới, những loài côn trùng hại quả với sức phá hoại cao có thể tàn phá việc sản xuất rau quả. Khoa học và công nghệ hạt nhân đã giúp ngăn chặn những loài côn trùng gây hại như vậy theo cách thân thiện với môi trường, đó là sử dụng kỹ thuật triệt sản côn trùng (SIT). Cơ quan Năng lượng nguyên tử quốc tế (IAEA) đã hợp tác với Tổ chức Lương thực và Nông nghiệp của Liên hợp quốc (FAO) giúp các quốc gia thực hiện kỹ thuật SIT, trong đó bức xạ được sử dụng để triệt sản côn trùng gây hại, từ đó ngăn chặn hoặc tiêu diệt quần thể của chúng theo thời gian.

Thông thường, côn trùng cái phá hoại trái cây bằng cách đẻ trứng vào đó. Trong hàng trăm triệu côn trùng được nuôi và thả, kỹ thuật triệt sản côn trùng lại cần tập trung vào côn trùng đực, không phá hoại sản xuất hoặc gây thiệt hại kinh tế. Phương pháp SIT đạt hiệu quả nhất khi con đực được tách ra khỏi con cái trước khi chiếu xạ. Ông Konstantinos Bourtzis, một nhà sinh học phân tử tại Trung tâm hợp tác FAO/IAEA về Công nghệ hạt nhân trong thực phẩm và nông nghiệp và là đồng tác giả của một bài báo được xuất bản vào đầu năm nay trên tạp chí Nature Communications, cho biết: “Hiệu quả ứng dụng và hiệu quả chi phí của SIT được nâng cao bằng cách chỉ thả các con đực đã qua chiếu xạ vào môi trường, thường được thực hiện bằng phương pháp phân loại, như sử dụng các dòng phân biệt giới tính di truyền (GSS). Các dòng phân biệt giới tính di truyền cho phép tách số lượng lớn côn trùng theo giới tính sớm hơn trong chu kỳ phát triển của chúng”. Ông Bourtzis cho biết thêm: “Một trong những phần tốn kém nhất của phương pháp SIT là việc nuôi dưỡng côn trùng. Tại sao lại nuôi con cái nếu chúng ta không cần chúng để thả ra môi trường?".

Các dòng phân biệt giới tính di truyền yêu cầu một chỉ thị gen có thể chọn lọc, một gen cụ thể có liên quan đến giới tính của côn trùng và cho phép phân loại con đực và con cái. Chỉ thị màu sắc của nhộng đã được sử dụng để xây dựng các dòng phân biệt giới tính di truyền ở một số loài sâu bọ phá hoại mạnh nhất như Ceratitis capitata (ruồi đục quả Địa Trung Hải), Bactrocera dorsalis (ruồi đục quả phương Đông) và Zeugodacus cucurbitae (ruồi dưa). Nhộng là côn trùng ở dạng chưa trưởng thành giữa ấu trùng và con trưởng thành.

Trong một nghiên cứu gần đây của các chuyên gia tại Trung tâm hợp tác FAO/IAEA phối hợp với một số cơ quan nghiên cứu, các nhà khoa học đã phân lập được gen nhộng trắng ở loài ruồi giấm tephritids. Màu sắc ban đầu của nhộng là nâu, trong khi đột biến gen có thể thay đổi màu từ nâu sang trắng. Điều này giúp liên kết và cấu tạo nên các dòng phân biệt giới tính di truyền, màu nhộng nâu với con đực và màu nhộng trắng với con cái. Điều thú vị là phần lớn côn trùng được thử nghiệm có gen nhộng trắng, bao gồm cả các loài côn trùng có tầm quan trọng với SIT. Việc phân lập gen nhộng trắng, kết hợp với sự hiện diện của nó ở hầu hết các loài côn trùng, sẽ cho phép phát triển nhanh hơn các dòng đột biến sử dụng cho các dòng phân biệt giới tính di truyền. Các dòng mới mang gen đột biến nhộng trắng đã được phát triển cho ruồi đục quả Địa Trung Hải và ruồi đục quả Queensland đó là Bactrocera tryoni.

 “Hiện có thể tạo ra các biến thể màu sắc như vậy ở các loài mới theo mục tiêu. Việc này có thể được tiến hành một cách hiệu quả thông qua chỉnh sửa bộ gen xâm lấn tối thiểu và không đưa vào bất kỳ gen ngoại lai nào. Đưa hệ thống này vào các loài mới sẽ mở rộng phạm vi tiếp cận của các chương trình SIT và cho phép cải thiện và quản lý thành công côn trùng gây hại trên toàn khu vực” – Ông Marc F. Schetelig thuộc Viện Công nghệ sinh học côn trùng tại Đại học Justus-Liebig Giessen và là đồng tác giả của nghiên cứu cho biết.

Thông tin khoa học

Các dòng phân biệt giới tính di truyền (GSS) cho phép phân loại được ruồi đực cho các ứng dụng SIT. Với dòng phân biệt giới tính di truyền, một chỉ thị nhất định có thể lựa chọn, thường là một đặc điểm kiểu hình, được liên kết với giới tính để hỗ trợ quá trình phân loại. Một số dòng phân biệt giới tính di truyền có thể bao gồm nhiều hơn một chỉ thị. Dòng VIENNA 8 của ruồi giấm Địa Trung Hải mang hai dấu hiệu có thể chọn lọc, gen nhộng trắng (wp) và gen gây chết (tsl) nhạy cảm với nhiệt độ. Giống như gen wp, gen tsl là một dấu hiệu quan trọng vì nó cho phép liên kết giữa khả năng chịu nhiệt độ đối với con đực và sự nhạy cảm với nhiệt độ đối với con cái.

Khi phôi tiếp xúc với nhiệt độ cao, ở 34 hoặc 350C, chỉ có con đực sống sót. Ông Bourtzis cho biết: “Trong dòng phân biệt giới tính di truyền cụ thể này, gen nhộng trắng cho phép chúng tôi theo dõi tính ổn định di truyền của hệ thống phân biệt giới tính bằng cách loại bỏ những trường hợp như cá thể có màu sắc nhộng sai hoặc hồ sơ tsl sai,…”. Các dòng phân biệt giới tính di truyền hỗ trợ sản xuất ruồi đực với chi phí hiệu quả cho các ứng dụng SIT do tiết kiệm được nguồn lực nuôi ruồi cái, giúp tối ưu hóa việc sản xuất hàng loạt và thực hiện trên thực địa.

Nguyễn Thị Dịu, Phòng Chính sách Năng lượng nguyên tử

Nguồn: iaea.org