Sử dụng đa dạng sinh học thay vì thuốc trừ sâu có thể làm giảm thiệt hại từ côn trùng…

Giống như con người, thực vật tương tác với những cá thể xung quanh chúng. Nếu những người xung quanh bạn dễ bị nhiễm trùng hơn, nguy cơ bị nhiễm trùng của chính bạn cũng tăng lên và ngược lại, điều tương tự cũng xảy ra với thực vật. Khi các loại gen khác nhau của cùng một loài thực vật được trộn lẫn và trồng cùng nhau sẽ cho ra đời một số tổ hợp có khả năng kháng sâu bệnh tốt hơn. Hiệu ứng đa dạng sinh học tích cực này được gọi là khả năng kháng liên kết.

Một trong những thách thức lớn của xã hội hiện đại là dung hòa an ninh lương thực với bảo vệ môi trường và đa dạng sinh học. Sâu bệnh gây ra mối đe dọa nghiêm trọng đối với cây trồng, khiến các tác nhân hóa học như thuốc trừ sâu trở nên quan trọng trong sản xuất nông nghiệp. Tuy nhiên, thuốc trừ sâu có thể làm giảm đa dạng sinh học của côn trùng.

Vậy câu hỏi đặt ra là nên trồng những tổ hợp kiểu gen thực vật nào cùng nhau để có khả năng chống lại sâu bệnh hiệu quả ? Nếu chọn hai kiểu gen trong tổng số 199 kiểu gen, sẽ có 19.701 tổ hợp có thể được tạo ra. Các nhà nghiên cứu tại Đại học Zurich hiện đã phát triển các phương pháp dự đoán bộ gen mới bằng cách sử dụng mô hình vật lý để phân tích tương tác giữa các cá thể ở cấp độ di truyền.

Cho đến nay, vẫn chưa có phương pháp nào để phân tích vùng gen nào hỗ trợ các tương tác như khả năng kháng liên kết giữa các cá thể thực vật lân cận. Do đó, nhóm nghiên cứu đã phát triển một phương pháp phân tích mới có tên là Neighbor GWAS.

Phương pháp này áp dụng một mô hình được sử dụng trong vật lý để phân tích các tương tác giữa các cá thể thực vật lân cận, đánh giá thiệt hại do động vật ăn cỏ bị ảnh hưởng khi các cá thể có trình tự ADN di truyền cụ thể ở cạnh nhau, dựa trên kết quả của các thí nghiệm thực địa.

Phân tích việc áp dụng phương pháp mới cho thấy có nhiều gen tham gia vào các tương tác với các cá thể xung quanh. Sử dụng phương pháp học máy, các nhà nghiên cứu đã có thể dự đoán thiệt hại do động vật ăn cỏ và xác định các tổ hợp kiểu gen có lợi mà khả năng kháng liên kết được dự đoán.

Nhóm nghiên cứu đã tiến hành một thí nghiệm thực địa quy mô lớn khác trong 2 năm, trồng khoảng 2.000 cá thể thực vật theo cặp kiểu gen với 3 mức độ kháng liên kết khác nhau được dự đoán. Kết quả thí nghiệm này cho thấy, so với việc trồng một kiểu gen duy nhất, việc trộn hai kiểu gen làm giảm thiệt hại do động vật ăn cỏ lần lượt là 24,8% và 22,7% đối với mức độ kháng liên kết cao nhất và cao thứ hai.