Công tác chọn tạo giống cây trồng kháng bệnh trên thế giới trong nhiều năm qua mặc dù đạt được những thành tựu nhất định, tuy nhiên nó cũng bị giới hạn bởi nguồn tài nguyên di truyền các loài hoang dại có tính tương thích và có khả năng kháng sự xâm nhiễm của bệnh gây hại, mà chúng ta không biết trước được các gen kháng (R) có khả năng điều chỉnh tiến trình kháng của cây. Và công tác lai tạo dựa trên nguồn gen hoang dại thường chậm và hiệu quả tính kháng của cây không kéo dài bởi các tác nhân gây bệnh có khả năng hạn chế tính kháng nhờ các effector (yếu tố bất hoạt tính kháng của cây) của chúng.

Thách thức hiện nay của các nhà khoa học là thúc đẩy tiến trình giải mã thông tin di truyền tiến hóa (evolutionary genomic) trong nguồn tài nguyên di truyền vô cùng đa dạng hiện có trên thế giới. Với mục tiêu là định danh và "chồng lên" (stack) các tính kháng đặc thù (specificity) có hiệu lực chống lại các loại bệnh cây trồng chủ yếu hiện nay như nấm Phytopthora,  Magnaporthe, Fusarium, Pseudomonas, Ralstonia, Xanthomonas, geminivirus và pytovirus. Trong chọn giống, khi chuyển các gien kháng bệnh vào cây trồng, các nhà khoa học vẫn phải cân nhắc các tính trạng nông học như năng suất, hình dạng và chất lượng

Với sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật, đặc biệt là về kỹ thuật di truyền và genome học đã giúp cho các nhà khoa học có những lợi thế rất lớn trong việc xác định gen kháng và chuyển chúng vào "cây đích" (thường là giống cây bản địa hoặc giống cây đã được thương mại hóa thích nghi một vùng sinh thái đặc thù nào đó) một cách nhanh chóng và chính xác so với phương pháp chọn giống truyền thống. Tóm tắt dưới đây là các bước trong chọn giống truyền thống và chọn giống hiện đại:

Phương pháp chọn giống truyền thống hiện nay đòi hỏi thời gian dài và tốn nhiều công sức

1. Tìm ra các gen kháng đơn (R gene) trong cây hoang dại và lại chúng với cây trồng có mối quan hệ về mặt di truyền thông qua lai giữa các loài (interspecific). Sau đó, chọn lọc định kỳ qua các thế hệ để  chọn ra con lai có tính kháng. Tiến trình này thường mất rất nhiều thời gian.

2. Kiểm tra tính kháng bằng cách dùng các tác nhân gây bệnh, nhà khoa học không biết trước các tác nhân hoạt hóa (effector) nào sẽ được nhận biết bởi những gen kháng mới.

3. Gen kháng R có thể có quãng thời gian thể hiện tính kháng ngắn bởi các dòng gây bệnh có khả năng đột biến rất nhanh (vì bộ genome nhỏ và cấu trúc đơn giản) có khả năng bất hoạt gen kháng R này.

4. Khả năng lai thành công giữa các loài thường là rất thấp bởi tính bất tương hợp về di truyền hoặc do sự kéo theo các tính trạng không mong muốn trong quá trình lai tạo.

Chọn giống hiện đại tạo giống kháng bền vững bằng cách sử dụng phương pháp genome học

1. Giải mã và thiết lập bộ gen của các dòng gây bệnh đặc thù (tại địa điểm gây bệnh) sửng dụng kỹ thuật giải mã gen tiên tiến nhất.

2. Xác định các tác nhân bất gây hoạt chính (core effectors) của các dòng gây bệnh sử dụng tin sinh học (computational biology).

3. Xác định những gen kháng R được kích hoạt bởi những tác nhân gây bất hoạt tính kháng của cây.

4. Chuyển vào "cây đích" các gen kháng (phương pháp chồng gen kháng) đã phát hiện và được kích hoạt bởi các effectors đã xác định để giảm thiểu cơ hội các dòng bệnh có khả năng phục hồi tính kháng.

5. Xác định và chỉnh sửa các gen mất khả năng kháng trong bộ genome của "cây đích" để hạn chế khả năng sinh trưởng và phát triển trở lại của các dòng gây bệnh.

6. Xác định và triển khai sử dụng các loại thuốc kháng bệnh hoặc các vi khuẩn đối kháng với các dòng gây bệnh để xử lý hạt giống trước khi gieo trồng (để bổ sung).

Triển vọng trong việc chọn tạo giống có tính kháng bệnh bền vững đã và đang được cải tiến đáng kể do khả năng khám phá nhanh về sinh học phân tử về hệ thống miễn nhiễm của cây trồng bởi các nhà khoa học nhờ vào kỹ thuật giải mã gen tiên tiến. Tuy nhiên trở ngại lớn nhất của quá trình này vẫn là hàng rào các qui định về công nghệ sinh học và phản ứng của người tiêu dùng về công nghệ chuyển gen, mặc dù cây trồng công nghệ sinh học đã và đang cho thấy tiềm năng và triển vọng của chúng trong bảo đảm an ninh lương thực, bảo vệ sức khỏe và môi trường, cũng như về đa dạng sinh học ở cả các nước phát triển và đang phát triển.

Nguyễn Thế Cường

Viện Lúa Đồng Bằng Sông Cửu Long

(Lược dịch từ Tạp chí Sciences)