Tác dụng không ngờ của virus thực vật

Tất cả những lợi ích của virus thực vật có lẽ chỉ đang bị giới hạn bởi trí tưởng tượng của chúng ta.

Thực vật cũng có thể bị nhiễm virus, đó là nguyên nhân gây ra nhiều căn bệnh nghiêm trọng cho cây trồng cũng như những mùa vụ nông nghiệp. Mặc dù vậy, nhiều nghiên cứu trong vài năm trở lại đây chỉ ra rằng một số virus hình thành mối quan hệ cộng sinh có lợi cho thực vật. Bên cạnh đó, gene của những virus này cũng có thể được chỉnh sửa để phục vụ ngành công nghệ nano sinh học và thậm chí cả khoa học vật liệu bán dẫn.
 

Loài lan khi bị nhiễm virus khảm thuốc lá.

Các nhà khoa học ngày nay đã liệt kê được danh sách hơn 1000 virus gây bệnh cho thực vật trên toàn thế giới. Chúng đều có khả năng lây nhiễm thành dịch bệnh lớn mà gây thiệt hại nghiêm trọng cho mùa vụ, thậm chí là nền kinh tế của một quốc gia nông nghiệp và cả nền an ninh lương thực thế giới. Ví dụ, một loài mang tên Begomovirues đã gây dịch khảm sắn khắp châu Phi. Chúng lây nhiễm từ cây này sang cây khác nhờ ruồi trắng.

Thông thường, một loài virus không thể giết chết cây trồng. Tuy nhiên, vấn đề mà chúng mang đến là sự sụt giảm nghiêm trọng sản lượng và cả chất lượng nông sản. Các loại quả có hạt thường bị tấn công bởi virus Plum pox. Trong khi đó, cà chua thường bị thiệt hại nặng khi nhiễm bệnh xoắn lá. Virus PVY gây bệnh cho khoai tây và nhiều loại rau trồng.
 

Mơ bị nhiễm virus Plum pox.

Ngay cả những virus được cho là lành tính hơn cũng có thể ảnh hưởng đến chất lượng giống cây. Chúng tích tụ qua các biện pháp giâm cành hoặc rễ, củ gây thoái hóa giống cho các mùa vụ tiếp theo.

Đây là nguyên nhân mà một củ khoai tây có thể nhiễm đến 5 hoặc 6 loại virus cùng lúc. Quá trình thoái hóa này khiến năng suất và chất lượng tổn hại. Một số nghiên cứu tại châu Phi trước đây đã khuyến cáo người dân sử dụng giống mới để vớt vát lại từ 30-50% năng suất giống thoái hóa.

Mặc dù vậy, từ lâu trong quá khứ chúng ta đã biết virus thực vật không phải chỉ gây hại. Một vài virus trên hoa Tulip khiến cánh hoa của chúng đổi màu và được ghi lại trong các bức tranh từ thế kỷ 17. Thời điểm đó, người Hà Lan rất chuộng sử dụng bóng đèn trong trồng hoa. Đến mãi thế kỷ 20, các nhà nghiên cứu mới phát hiện virus bị nhiễm trên các bóng đèn.
 

Bức vẽ màu nước bông Tulip đổi màu từ thế kỷ 17.

Những loài virus thực vật thường được phát hiện dễ dàng thông qua các xết nghiệm nhanh. Chúng có thể được kiểm soát bằng thuốc trừ sâu hay biện pháp cạnh tranh sinh học. Phương pháp tiếp cận là tiêu diệt các loài trung gian truyền bệnh như ruồi trắng, rệp, bọ trĩ... Với sự ấm lên toàn cầu, số lượng và phạm vi côn trùng gây hại trong nông nghiệp ngày càng tăng. Điều đó đòi hỏi nhiều biện pháp mạnh mẽ hơn nữa để kiểm soát dịch bệnh cho thực vật.

Các nghiên cứu gần đây chỉ ra rằng nhiều loài thực vật trong quần thể tự nhiên cũng bị nhiễm virus, không riêng gì cây trồng. Nhiều trong số đó không có triệu chứng rõ ràng. Tuy nhiên, virus vẫn tồn tại và được truyền qua hạt giống cho các thế hệ tiếp theo.
 

Cỏ vẫn có thể phát triển và sinh sôi tại nhiệt độ 50°C nhờ virus.

Sự xuất hiện của virus trên thực vật không phải hoàn toàn xấu. Tương tự với một số loài kí sinh trên động vật có vú hay vi khuẩn, một số virus thể hiện sự vô hại và thậm chí có lợi với thực vật. Chúng tạo ra một liên kết cộng sinh với cây chủ.

Một ví dụ điển hình là loài cỏ nhiệt đới trong Công viên quốc gia Yellowstone, nơi nhiệt độ đất có thể vượt quá 50°C. Cỏ chỉ có thể chịu đựng được những điều kiện này thông qua một liên kết cộng sinh với một loại nấm bị nhiễm virus. Không có nó, chúng sẽ nhanh chóng bị tận diệt vì nhiệt độ khắc nghiệt.

Một ví dụ khác là virus gây bệnh khảm ở thuốc lá. Chúng gia tăng khả năng chịu hạn của cây nhiễm bệnh cao hơn các cây bình thường khác. Loại virus này đã được phát hiện từ năm 1898 và đang được nghiên cứu rộng rãi phục vụ công nghệ nano sinh học.

Virus thực vật được coi là những hạt nano tự nhiên. Virus khảm ở thuốc lá với nhiều hình thái như dạng que, dạng ống đã từng được đưa vào ứng dụng. Các nhà khoa học biến đổi gene của các loại virus này sau đó lây nhiễm chúng lên cây chủ. Lúc này, virus có thể kết hợp với cây để tạo ra một số tinh chất quan trọng. Chúng được thu thập qua quá trình tinh chế lá để làm nguyên liệu cho vắc xin và dược phẩm.
 

Vắc xin HPV được phát triển nhờ virus khảm thuốc lá.

Ngày nay, virus thực vật thậm chí còn được ứng dụng cả trong công nghệ nano bán dẫn. Ví dụ, một cấu trúc nano của virus khảm thuốc lá được biết đến với khả năng ổn định chất lỏng từ và được sử dụng trong ngành khoa học vật liệu. Trong tương lai, những ứng dụng của virus thực vật còn có thể mở rộng hơn nữa qua lĩnh vực cấy ghép y sinh. Tất cả những lợi ích của chúng có lẽ chỉ đang bị giới hạn bởi trí tưởng tượng của chúng ta.