Cây có múi (Citrus spp.), bao gồm bưởi, cam,… là một trong những cây ăn quả có giá trị kinh tế cao và được trồng rộng rãi trên toàn thế giới cũng như tại Việt Nam. Tuy nhiên, năng suất và tính bền vững của sản xuất cam thường xuyên bị đe dọa bởi các bệnh do nấm và nấm giả gây ra, trong đó bệnh do Phytophthora được xem là nghiêm trọng nhất. Các loài Phytophthora như P. nicotianae, P. citrophthora và P. palmivora là tác nhân chính gây ra các bệnh thối rễ, thối cổ rễ và chảy gôm thân trên cây cam, dẫn đến suy kiệt sinh trưởng, giảm năng suất và thậm chí làm chết cây (Graham & Feichtenberger, 2015; da Silva et al., 2021). Nhiều nghiên cứu đã chỉ ra rằng Phytophthora là nguyên nhân gây tổn thất kinh tế lớn cho ngành cây có múi, đặc biệt trong điều kiện canh tác thâm canh và biến đổi khí hậu làm gia tăng mưa lớn và ngập úng đất (Erwin & Ribeiro, 1996).
Về đặc điểm sinh học, Phytophthora thuộc nhóm oomycetes, có cấu trúc và cơ chế sinh trưởng khác với nấm thật, nhưng lại có khả năng gây bệnh rất mạnh trên cây trồng. Loài này sinh sản bằng nhiều dạng bào tử khác nhau, trong đó du động bào tử (zoospore) có khả năng di chuyển trong nước, giúp nguồn bệnh lan truyền nhanh trong đất ẩm và hệ thống tưới tiêu (Erwin & Ribeiro, 1996). Khi xâm nhiễm cây cam, Phytophthora thường tấn công rễ non và vùng cổ rễ, gây hoại tử mô vỏ và mô dẫn, làm gián đoạn quá trình vận chuyển nước và dinh dưỡng. Triệu chứng trên mặt đất bao gồm vàng lá, rụng lá, sinh trưởng kém và chết cành, trong khi ở thân gốc thường xuất hiện hiện tượng chảy gôm đặc trưng (Graham et al., 2019). Các nghiên cứu sinh lý học cho thấy cây cam có thể kích hoạt một số phản ứng phòng vệ như tích lũy phenolic, lignin và enzyme phòng vệ, tuy nhiên các phản ứng này thường không đủ mạnh để ngăn chặn hoàn toàn sự phát triển của mầm bệnh trong điều kiện thuận lợi cho Phytophthora (da Silva et al., 2021).
Do đặc tính tồn tại lâu dài trong đất và khả năng thích nghi cao của Phytophthora, việc phòng chống bệnh không thể dựa vào một biện pháp đơn lẻ mà cần áp dụng chiến lược quản lý tổng hợp. Các biện pháp canh tác được xem là nền tảng trong phòng bệnh, đặc biệt là quản lý nước và đất. Nhiều nghiên cứu đã chứng minh rằng đất thoát nước kém và tưới quá mức là những yếu tố chính làm gia tăng mật số Phytophthora trong đất trồng cam (Graham & Feichtenberger, 2015). Việc lên liếp cao, cải thiện hệ thống thoát nước, hạn chế nước đọng quanh gốc và bổ sung vật liệu hữu cơ để cải thiện cấu trúc đất có thể làm giảm đáng kể tỷ lệ cây bị bệnh. Ngoài ra, sử dụng cây giống sạch bệnh và lựa chọn gốc ghép có khả năng chống chịu Phytophthora được xem là giải pháp lâu dài và hiệu quả trong việc giảm áp lực bệnh trong vườn cam (Castle et al., 2019).
Trong những năm gần đây, biện pháp sinh học ngày càng được quan tâm như một hướng đi bền vững và thân thiện với môi trường trong quản lý bệnh Phytophthora. Nhiều nghiên cứu đã tập trung tuyển chọn các vi sinh vật đối kháng có khả năng ức chế sự sinh trưởng và phát triển của Phytophthora trong đất. Trong số đó, các loài vi khuẩn thuộc chi Bacillus được xem là nhóm tiềm năng nhất nhờ khả năng sinh bào tử, thích nghi tốt với điều kiện môi trường và sản sinh nhiều hợp chất kháng sinh (Compant et al., 2005). Tại Việt Nam, đã có nhiều nghiên cứu về phân lập và tuyển chọn thành công các chủng vi khuẩn đối khấng như Bacillus spp., các chúng nấm đối kháng như Trichoderma spp. và Chaetomium spp. có khả năng đối kháng mạnh với Phytophthora citrophthora và P. palmivora gây bệnh chảy gôm trên cây cam. Cơ chế đối kháng của Bacillus được cho là liên quan đến việc tiết ra các lipopeptide kháng nấm, enzyme phân giải thành tế bào và khả năng kích thích cơ chế kháng cảm ứng của cây chủ.
Bên cạnh vi khuẩn, một số loài nấm đối kháng cũng đã được nghiên cứu rộng rãi trong kiểm soát Phytophthora trên cây có múi. Tiêu biểu là các loài thuộc chi Chaetomium, đặc biệt là Chaetomium globosum. Các nghiên cứu cho thấy Chaetomium có khả năng ức chế mạnh sự sinh trưởng của sợi nấm Phytophthora palmivora thông qua cơ chế ký sinh nấm – nấm và sản sinh các hợp chất thứ cấp có hoạt tính sinh học cao (Soytong et al., 2014). Ngoài ra, Chaetomium còn góp phần cải thiện hệ vi sinh vật đất, từ đó tạo môi trường bất lợi cho sự tồn tại của mầm bệnh. Những kết quả này cho thấy nấm đối kháng là một thành phần quan trọng trong chương trình quản lý bệnh tổng hợp, đặc biệt trong hệ thống canh tác hữu cơ và nông nghiệp bền vững.
Ngoài các biện pháp sinh học truyền thống, nhiều hướng nghiên cứu mới đã được phát triển nhằm nâng cao hiệu quả phòng chống Phytophthora. Một trong những hướng tiếp cận mới là ứng dụng công nghệ nano sinh học, trong đó các hạt nano kim loại được tổng hợp từ vi sinh vật đối kháng đã cho thấy khả năng ức chế mạnh Phytophthora trong điều kiện thí nghiệm (Rajesh et al., 2022). Song song đó, các nghiên cứu về sinh học phân tử và di truyền học đã giúp xác định các gen liên quan đến tính kháng Phytophthora ở cây có múi, tạo cơ sở cho việc chọn tạo giống cam có khả năng chống chịu bệnh tốt hơn trong tương lai (Talon & Gmitter, 2008). Tuy nhiên, các công nghệ này vẫn cần được đánh giá thêm về tính an toàn sinh thái và khả năng ứng dụng thực tiễn.
Ngoài ra, nhu cầu nghiên cứu và phát triển các phương pháp sinh học, thân thiện môi trường, như RNA can thiệp (RNA interference – RNAi) thông qua dsRNA, ngày càng trở nên cấp thiết. RNAi là một cơ chế sinh học phổ biến ở thực vật, động vật và một số vi sinh vật, có khả năng ức chế biểu hiện gen thông qua phân hủy mRNA mục tiêu (Tenllado & Díaz-Ruíz, 2020). dsRNA (double-stranded RNA) là phân tử kích hoạt RNAi, có thể được thiết kế đặc hiệu nhằm vào các gen quan trọng của mầm bệnh, bao gồm các gen mã hóa yếu tố độc lực (effectors) hoặc gen liên quan đến khả năng sinh trưởng và xâm nhiễm. Khi dsRNA được hấp thu bởi Phytophthora, cơ chế RNAi dẫn đến giảm biểu hiện gen mục tiêu, từ đó làm giảm sự phát triển và khả năng gây bệnh của mầm bệnh.
Cơ chế hoạt động của dsRNA bao gồm các bước chính: (i) dsRNA được phân giải thành các siRNA (small interfering RNA) trong tế bào; (ii) siRNA liên kết với RISC complex để nhận diện mRNA mục tiêu; (iii) mRNA bị phân hủy hoặc ức chế dịch mã; và (iv) biểu hiện gen mục tiêu giảm, làm hạn chế sự phát triển hoặc khả năng gây bệnh của mầm bệnh (Tenllado & Díaz-Ruíz, 2020).
Hiện nay, dsRNA có thể được ứng dụng trong kiểm soát Phytophthora qua hai chiến lược chính: Host-Induced Gene Silencing (HIGS) và Spray-Induced Gene Silencing (SIGS).
HIGS, cây trồng được biến đổi biểu hiện dsRNA nhắm vào gen quan trọng của mầm bệnh. Khi Phytophthora xâm nhập, gen mục tiêu của mầm bệnh bị ức chế, dẫn đến giảm khả năng gây bệnh. Ưu điểm của phương pháp này là dsRNA được sản xuất liên tục trong cây, duy trì hiệu quả lâu dài. Tuy nhiên, hạn chế bao gồm thời gian và chi phí nghiên cứu, cũng như các vấn đề liên quan đến pháp lý và thương mại khi sử dụng cây biến đổi gen.
SIGS là phương pháp phun trực tiếp dsRNA lên lá, quả hoặc gốc cây, giúp dsRNA được hấp thu bởi mầm bệnh và ức chế gen mục tiêu. Phương pháp này có ưu điểm là không yêu cầu biến đổi gen cây, dễ triển khai thử nghiệm trong thực tế nông nghiệp. Tuy nhiên, dsRNA dễ bị phân hủy trong môi trường bởi ánh sáng, nhiệt độ và enzym, do đó cần các công nghệ mang phân tử như nanocarriers hoặc polymer để cải thiện độ ổn định (Sundaresha et al., 2022).
Các nghiên cứu gần đây đã chứng minh tính khả thi của dsRNA trong kiểm soát Phytophthora. Ví dụ, Park et al. (2023) đã chỉ ra rằng dsRNA nhắm vào gen effector của P. capsici làm giảm triệu chứng bệnh trên cây thí nghiệm. Tương tự, Sundaresha et al. (2022) sử dụng dsRNA kèm nanoclay để phun lên P. infestans, giảm đáng kể sự phát triển của mầm bệnh. Từ những nghiên cứu này đã cho thấy tiềm năng ứng dụng dsRNA như một chiến lược sinh học bền vững cho cây có múi do Phytophthora spp trong tương lai.
Tóm lại, phòng chống Phytophthora trên cây cam là một thách thức lớn, đòi hỏi cách tiếp cận tổng hợp và bền vững. Các nghiên cứu khoa học trong nước và quốc tế đã chứng minh rằng việc kết hợp giữa biện pháp canh tác hợp lý, sử dụng vi sinh vật đối kháng, ứng dụng tiến bộ khoa học kỹ thuật và sử dụng thuốc hóa học một cách hợp lý là hướng đi hiệu quả nhất. Trong bối cảnh nông nghiệp hiện đại hướng tới phát triển bền vững, các giải pháp sinh học và quản lý tổng hợp không chỉ giúp kiểm soát bệnh Phytophthora mà còn góp phần bảo vệ môi trường và nâng cao hiệu quả sản xuất cam lâu dài (da Silva et al., 2021).
Tài liệu tham khảo
Goulin, E.H., Galdeano, D.M., Granato, L.M., et al. (2019). RNA interference and CRISPR for understanding and controlling citrus pathogens. Microbiological Research.
Graham, J. H., & Feichtenberger, E. (2015). Citrus phytophthora diseases: Management challenges and successes. Journal of Citrus Pathology, 2, 1–11.
Graham, J. H., Johnson, E. G., & Gottwald, T. R. (2019). Phytophthora root rot and gummosis of citrus. Plant Health Progress, 20(3), 150–158.
Guest, D., & Grant, B. (1991). The complex action of phosphonates as antifungal agents. Biological Reviews, 66, 159–187.
Halder, K., Chaudhuri, A., Abdin, M.Z., & Majee, M. (2022). RNA interference for improving disease resistance in plants and its relevance in dsRNA-biopesticides. Frontiers in Plant Science, 13, 885128.
Park, M., et al. (2023). Suppression of Phytophthora capsici using double-stranded RNAs targeting effector genes. Applied Biological Chemistry, 66, 5.
Phạm Hồng Hiển (2022). Tuyển chọn vi khuẩn Bacillus siamensis đối kháng Phytophthora spp. gây bệnh chảy gôm trên cây cam. Tạp chí Khoa học Nông nghiệp Việt Nam, 20(4), 512–520.
Soytong, K., Kanokmedhakul, S., Kukongviriyapa, V., & Isobe, M. (2014). Application of Chaetomium species as a new broad-spectrum biological fungicide. Fungal Diversity, 64, 1–14.
Sundaresha, S., Sharma, S., et al. (2022). Spraying of dsRNA molecules derived from Phytophthora infestans with nanoclay carriers. Pest Management Science, 78(7).
Talon, M., & Gmitter, F. G. (2008). Citrus genomics. International Journal of Plant Genomics, 2008, 528361.
Tenllado, F., & Díaz-Ruíz, J.R. (2020). RNA interference approaches for plant disease control. BioTechniques. https://doi.org/10.2144/btn-2020-0098