Sâu bệnh từ lâu đã là mối đe dọa lớn đối với sản xuất nông nghiệp toàn cầu. Chúng không chỉ phá hoại cây trồng bằng cách gặm lá, đục thân hay hút nhựa cây, mà còn mang theo vi khuẩn, virus và nấm gây bệnh có thể làm hư hại hoặc tiêu diệt mùa màng. Theo ước tính, các sinh vật gây hại này khiến thế giới thất thoát gần 40% sản lượng nông nghiệp mỗi năm.

Trong bối cảnh đó, một nhóm nấm có tên Hypocreales đang thu hút sự quan tâm đặc biệt của giới khoa học. Những loài nấm này sống cộng sinh với thực vật và hoạt động như các “vệ sĩ sinh học”, giúp cây chống lại sâu bệnh một cách tự nhiên.

Trong nghiên cứu mới công bố trên tạp chí Nature Chemical Biology, các nhà khoa học đã tiến hành phân tích di truyền và hóa sinh trên 82 loài nấm thuộc nhóm Hypocreales nhằm tìm hiểu cơ chế bảo vệ thực vật của chúng.

Kết quả cho thấy các loài nấm này sở hữu một kho hợp chất tự nhiên khổng lồ và phần lớn trong số đó chưa từng được khoa học biết đến.

Để thực hiện nghiên cứu, nhóm chuyên gia đã giải trình tự toàn bộ bộ gen của 87 chủng nấm, đồng thời sử dụng phần mềm chuyên dụng nhằm tìm kiếm các “cụm gen sinh tổng hợp” vốn là những vùng ADN chứa hướng dẫn tạo ra các hợp chất sinh học có hoạt tính.

Song song với đó, các nhà nghiên cứu cũng nuôi cấy nấm trên nhiều môi trường khác nhau mô phỏng nguồn dinh dưỡng tự nhiên như khoai tây và ngô để theo dõi cách chúng tạo ra các chất hóa học trong từng điều kiện sống. Các chất chuyển hóa sau đó được phân tích bằng công nghệ quang phổ khối hiện đại.

Qua quá trình phân tích, nhóm nghiên cứu phát hiện tổng cộng 5.221 cụm gen sinh tổng hợp. Đáng chú ý, gần 80% trong số này được dự đoán tạo ra các hợp chất hoàn toàn mới đối với khoa học.

Các thử nghiệm hóa học tiếp tục xác định được 104 hợp chất riêng biệt từ các chủng nấm, trong đó nhiều chất thể hiện khả năng tiêu diệt côn trùng, nấm bệnh và ký sinh trùng rất mạnh.

Ngoài ra, nhóm nghiên cứu cũng đã thành công trong việc lập bản đồ các con đường sinh tổng hợp của một số hợp chất đã biết có hoạt tính kháng khuẩn và kiểm soát sâu bệnh, bao gồm pyridones, efrapeptin và dethiosecoemestrin. Điều này giúp các nhà khoa học hiểu rõ hơn cách nấm tự tạo ra những “vũ khí hóa học” tự nhiên để bảo vệ cây chủ.

Theo các chuyên gia, phát hiện mới có thể tạo nền tảng cho thế hệ thuốc trừ sâu sinh học mới an toàn hơn với môi trường.

Các loại nấm thuộc bộ Hypocrealean tạo nên mối quan hệ cộng sinh với thực vật, bảo vệ chúng bằng cách tấn công các loài gây hại.

Hiện nay, nền nông nghiệp hiện đại vẫn phụ thuộc rất lớn vào thuốc trừ sâu tổng hợp, với lượng sử dụng toàn cầu lên tới khoảng 2,7 triệu tấn mỗi năm. Tuy nhiên, nhiều loại hóa chất có phổ tác động rộng không chỉ tiêu diệt sâu bệnh mà còn gây hại cho các loài có ích như ong mật, ong hoang dã và các sinh vật đóng vai trò duy trì cân bằng hệ sinh thái.

Một số hoạt chất như neonicotinoid còn có thể gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến môi trường nước nếu xâm nhập vào sông hồ, làm gián đoạn chuỗi thức ăn thủy sinh và tác động tiêu cực tới quần thể cá.

Bên cạnh đó, việc lạm dụng thuốc trừ sâu trong thời gian dài cũng khiến nhiều loài sâu bệnh tiến hóa khả năng kháng hóa chất, làm giảm hiệu quả của các biện pháp kiểm soát hiện nay.

Các nhà nghiên cứu tin rằng việc khai thác các hợp chất tự nhiên từ nấm Hypocreales có thể mang lại hướng đi bền vững hơn cho nông nghiệp tương lai. Những hóa chất sinh học lấy cảm hứng từ nấm không chỉ giúp giảm tác động môi trường mà còn góp phần bảo vệ an ninh lương thực toàn cầu thông qua việc hạn chế thất thoát mùa màng.