Nấm mốc và các bệnh do nấm gây ra có thể ảnh hưởng lớn đến thời hạn sử dụng của trái cây và rau quả. Tuy nhiên, một số loại nấm có lợi cho ký chủ bằng cách hỗ trợ sự sống sót của thực vật. Colletotrichum tofieldiae (Ct) là loại nấm mốc rễ hỗ trợ cây tiếp tục phát triển ngay cả khi cây bị thiếu phốt pho, một chất dinh dưỡng quan trọng cho quá trình quang hợp và tăng trưởng. Các nhà nghiên cứu đã nghiên cứu một chủng nấm gây bệnh độc đáo, được gọi là Ct3, có tác dụng ức chế ngược lại sự phát triển của thực vật. Bằng cách so sánh dòng Ct có lợi và có hại họ phát hiện ra rằng việc kích hoạt một cụm gen trao đổi chất thứ cấp của nấm xác định tác động tiêu cực của nấm đối với cây ký chủ. Khi cụm bị gián đoạn, do di truyền hoặc do thay đổi môi trường, hành vi của nấm thay đổi từ ức chế tăng trưởng sang thúc đẩy tăng trưởng. Hiểu được các cơ chế như thế có thể giúp chúng ta giảm lãng phí thực phẩm bằng cách khai thác vai trò có lợi của nấm đối với thực phẩm.

Khi những quả dâu tây tươi của bạn bị mốc, hay nho chuyển sang màu xám và teo lại dưới đáy bát hoa quả, bạn luôn cảm thấy hơi thất vọng và khó chịu. Thủ phạm thường là một loại nấm gây bệnh có tên Botrytis, loại nấm này tàn phá cây lương thực trên toàn cầu và dễ dàng lây lan nhờ gió và đất. Tuy nhiên, có nhiều loại nấm có mối quan hệ ít gây hại hơn với cây chủ, thậm chí hình thành mối quan hệ cộng tác có thể giúp cây phát triển mạnh. Việc phát huy những đặc điểm có lợi của nấm và hạn chế những kết quả không mong muốn (như trái cây bị mốc) sẽ hỗ trợ đáng kể cho an ninh lương thực toàn cầu và giúp giảm lượng lớn chất thải thực phẩm.

“Nấm liên quan đến thực vật có cách sống lây nhiễm khác nhau, từ tương sinh (có lợi) đến gây bệnh (có hại) tùy thuộc vào môi trường vật chủ. Tuy nhiên, cơ chế mà các vi khuẩn này di chuyển dọc theo các cách sống khác nhau vẫn chưa được hiểu rõ”, phó giáo sư Kei Hiruma từ Trường Khoa học và Nghệ thuật sau đại học tại Đại học Tokyo đã cho biết. “Chúng tôi đã phân tích thông tin di truyền từ nhiều chủng nấm rễ khác nhau có tên Colletotrichum tofieldiae bằng cách sử dụng phân tích phiên mã so sánh, cho phép chúng tôi nghiên cứu sự khác biệt trong biểu hiện gen giữa mỗi chủng. Đáng ngạc nhiên là chúng tôi phát hiện ra rằng một cụm gen trao đổi chất thứ cấp của nấm, được gọi là ABA-BOT, chỉ xác định xem nấm có biểu hiện các đặc điểm gây bệnh hay tương hỗ đối với cây ký chủ hay không”. 

Ảnh hưởng của Colletotrichum tofieldae (Ct) đối với rễ. Những hình ảnh này cho thấy tác dụng đáng kinh ngạc của Ct3 có hại làm hạn chế đáng kể sự phát triển của rễ, so với Ct có lợi làm tăng đáng kể sự phát triển của rễ cây cải xoong. ©2023, K. Hiruma.

Colletotrichum tofieldae là một loại nấm thường có lợi cho cây trồng khi chúng bị thiếu phốt pho, giúp chúng phát triển mạnh mặc dù thiếu chất dinh dưỡng quan trọng này. Nó thậm chí còn được chứng minh là làm tăng sự tăng trưởng và năng suất của các loại cây trồng có giá trị kinh tế quan trọng như ngô và cà chua. Trong nghiên cứu này, nhóm nghiên cứu đã sử dụng cây cải xoong làm cây chủ và lấy sáu chủng Ct từ các vị trí địa lý khác nhau để lây nhiễm vào cây. Năm chủng thúc đẩy đáng kể sự phát triển của thực vật, như mong đợi, nhưng chủng thứ sáu – gọi là Ct3 – được phát hiện có tác dụng ngăn chặn sự hấp thu chất dinh dưỡng, ức chế sự phát triển của thực vật và dẫn đến các triệu chứng bệnh. Vậy điều gì đã tạo nên sự thay đổi mạnh mẽ này?

“Chúng tôi đã xác định được hai điểm chính: Thứ nhất, về phía nấm, Ct3 kích hoạt cụm gen sinh tổng hợp ABA-BOT; và thứ hai, về phía thực vật, Ct3 tạo ra các con đường truyền tín hiệu ABA của cây chủ, qua đó nấm ức chế sự phát triển của thực vật”, Hiruma giải thích. Các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng cả hai chủng Colletotrichum tofieldae gây bệnh và tương hỗ đều chứa cụm gen ABA-BOT, nhưng các chủng tương sinh không biểu hiện điều đó, tức là các gen không được kích hoạt. Phát hiện này đã gây ngạc nhiên vì các mầm bệnh thông thường và các tác nhân tương hỗ được cho là có những đặc điểm riêng biệt, nhưng những phát hiện này cho thấy chúng có mối liên hệ phức tạp hơn.

Khi cụm gen bị phá vỡ, ở cấp độ di truyền hoặc do thay đổi môi trường của cây, Ct3 trở thành không gây bệnh và thậm chí trở nên có lợi cho cây ký chủ, thúc đẩy sự phát triển của rễ. Mặc dù cần nghiên cứu thêm nhưng có vẻ như cụm gen ABA-BOT có thể góp phần gây bệnh ở nhiều loại nấm ngoài loài Ct. Ví dụ, nó có thể liên quan đến cơ chế phát sinh bệnh của nấm Botrytisgây ảnh hưởng đến trái cây và rau củ của hộ gia đình chúng ta. “Nếu chúng ta hiểu biết toàn diện về các cơ chế điều hòa chi phối cụm gen chuyển hóa thứ cấp của nấm, chúng ta có thể nghĩ ra phương pháp để ngăn chặn có chọn lọc mầm bệnh tiềm ẩn ở các loại nấm có ích, tối ưu hóa việc sử dụng chúng trong nông nghiệp và khai thác toàn bộ tiềm năng của sự đa dạng vi sinh vật hiện diện trong tự nhiên, trong hệ sinh thái đất”, Hiruma nói.

Thiệt hại do mốc xám. Botrytis cinerea là một trong những loại nấm gây bệnh nguy hiểm nhất, ảnh hưởng đến nhiều loại cây trồng nông nghiệp và thực vật khác nhau trước và sau khi thu hoạch, dẫn đến thất thoát thực vật và lãng phí lương thực. ©Kira_Yan, Envato Elements.

“Tôi nhận ra rằng ngay cả mầm bệnh cũng có thể biểu hiện những đặc điểm vô hại trong một phần đáng kể vòng đời của chúng. Trên thực tế, tôi đang bắt đầu suy ngẫm về khả năng những gì chúng ta thường gọi là mầm bệnh thực sự có thể hoạt động như vi khuẩn có lợi trong các điều kiện khác”.

Theo Phys.orga