Nếu được chẩn đoán sớm và đúng cách, có thể phát hiện sớm và đưa ra các biện pháp điều trị bệnh hại, khắc phục sức khoẻ cây trồng hoặc giảm thiểu thiệt hại. Phương pháp chẩn đoán phổ biến là kiểm tra trực quan, thường chỉ có thể thực hiện sau khi cây trồng đã bị hư hại.
Do đó, nông dân nên xác định chúng ở giai đoan mới nhiễm trùng trước khi dịch bệnh bùn phát, phá hoại mùa màng rõ ràng mới nhận ra. Nhiễm trùng, mầm bệnh ở thực vật gây ra phản ứng miễn dịch phức tạp, sản xuất protein tham gia vào quá trình phòng vệ của thực vật. Các mầm bệnh cũng sản xuất protein và độc tố để hỗ trợ quá trình nhiễm trùng trước khi các triệu chứng bệnh xuất hiện. Các phân tử này rất quan trọng trong quá trình phát triển bộ dụng cụ chẩn đoán thực vật. Những tiến bộ trong sinh học phân tử, bệnh lý thực vật và công nghệ sinh học đã giúp các bộ dụng cụ chẩn đoán trở nên khả thi. Chúng phát hiện bệnh sớm, bằng cách cảm nhận sự hiện diện của DNA của mầm bệnh hoặc các protein do mầm bệnh hoặc cây sản xuất trong quá trình nhiễm trùng.
Chúng chỉ mất thời gian xử lý tối thiểu và chính xác hơn trong việc xác định mầm bệnh. Mặc dù còn nhiều yêu cầu thiết bị phòng thí nghiệm và đào tạo nhân lực hiện nay còn giới hạn, nhưng một số quy trình khác có thể được thực hiện tại chỗ bởi người nông dân chưa được huấn luyện.
Bộ dụng cụ chẩn đoán đã được thiết kế để phát hiện bệnh ở các loại cây trồng như lúa, khoai tây, đu đủ, cà chua và chuối. Các bộ dụng cụ tương tự cũng được sử dụng để xác định các sinh vật biến đổi gen (GMO) trong các lô hàng cây trồng thông thường.
Bộ dụng cụ chẩn đoán dựa trên DNA
Bộ dụng cụ chẩn đoán DNA dựa trên khả năng của axit nucleic sợi đơn liên kết với các axit nucleic sợi đơn khác bằng trình tự bổ sung. Công cụ được sử dụng trong bộ dụng cụ chẩn đoán DNA là phản ứng chuỗi polymerase (PCR). Có 3 bước liên quan đến PCR:
- DNA được tháo xoắn và các sợi của nó được tách ra bằng nhiệt độ cao
- Khi nhiệt độ hạ xuống, các trình tự DNA sợi đơn ngắn được gọi là mồi có thể tự do liên kết với các sợi DNA ở các vùng tương đồng
- Điều này cho phép enzyme polymerase (Taq) tạo ra một bản sao mới của phân tử.
Chu trình này được lặp lại 30-40 lần, tạo ra hàng triệu bản sao giống hệt nhau của đoạn này. Các đoạn mồi trong bộ dụng cụ chẩn đoán PCR rất đặc hiệu đối với các gen của tác nhân gây bệnh và sự khuếch đại DNA chỉ xảy ra ở những cây bị bệnh.

Hình: Phương pháp chẩn đoán dựa trên PCR (Nguồn: Alberts, et. al., 1994)

Phương pháp dựa trên PCR (hình trên) đã được thực nghiệm thành công để phát hiện tác nhân gây bệnh ở thực vật như PCR thời gian thực (RT PCR).
Phương pháp này tuân theo nguyên lý của PCR nhưng định lượng DNA được khuếch đại bằng thuốc nhuộm huỳnh quang khi nó tích tụ sau mỗi chu kỳ. Phương pháp này có một số ưu điểm so với PCR thông thường, bao gồm giảm nguy cơ nhiễm bẩn mẫu, dữ liệu thời gian thực và thử nghiệm đồng thời nhiều tác nhân gây bệnh. Mảnh phân tử DNA cũng rất hữu ích để phát hiện tác nhân gây bệnh đồng thời vì thực vật thường bị nhiễm nhiều tác nhân gây bệnh cùng một lúc, đôi khi gây ra phức hợp bệnh. Mảnh phân tử DNA bao gồm các chuỗi DNA đặc hiệu của tác nhân gây bệnh được cố định trên bề mặt rắn. DNA mẫu được khuếch đại bằng PCR, gắn nhãn bằng thuốc nhuộm huỳnh quang, sau đó lai với mảng. Chẩn đoán dựa trên PCR đủ nhạy để phát hiện một lượng nhỏ DNA. PCR cũng có thể giúp nông dân phát hiện tác nhân gây bệnh trong thời gian dài giữa khi nhiễm bệnh và khi phát triển triệu chứng. Hơn nữa, phương pháp này có thể định lượng sinh khối tác nhân gây bệnh. Bộ dụng cụ PCR đã được phát triển để phát hiện bệnh Sigatoka đen ở chuối, nhiễm Phytophthora ở khoai tây và nhiễm Fusarium ở bông. Tuy nhiên, phát hiện dựa trên PCR rất tốn kém và đòi hỏi thiết bị đắt tiền.
Bộ dụng cụ chẩn đoán dựa trên protein
Bước đầu tiên trong phản ứng phòng vệ là hệ thống miễn dịch của vật chủ nhận diện kẻ xâm lược. Sự nhận diện này là do khả năng của protein vật chủ, được gọi là kháng thể, nhận diện và liên kết với các protein đặc trưng của tác nhân gây bệnh, được gọi là kháng nguyên và kích hoạt phản ứng miễn dịch (hình bên dưới)

Hình: Tương tác kháng thể-kháng nguyên (Nguồn: Alberts, et. al., 1994)

Bộ dụng cụ chẩn đoán bệnh thực vật dựa trên protein có chứa kháng thể chính có thể nhận diện protein từ tác nhân gây bệnh hoặc cây bị nhiễm bệnh. Nó cũng chứa kháng thể thứ cấp gắn với enzyme. Enzyme này sẽ xúc tác phản ứng hóa học gây ra sự thay đổi màu sắc khi kháng thể chính gắn với kháng nguyên báo hiệu sự hiện diện của tác nhân gây bệnh.
Phương pháp xét nghiệm miễn dịch liên kết với enzyme (ELISA) sử dụng hệ thống phát hiện này và là cơ sở của một số bộ dụng cụ chẩn đoán dựa trên protein.
Bộ dụng cụ ELISA rất dễ sử dụng, chỉ mất vài phút để thực hiện và không yêu cầu thiết bị phòng thí nghiệm hoặc đào tạo đặc biệt. Đã có rất nhiều bộ dụng cụ xét nghiệm ELISA có sẵn trên thị trường, bao gồm bộ dụng cụ chẩn đoán cho cây trồng có rễ, cây cảnh, cây ăn quả, ngũ cốc và cây rau.
Một trong những bộ dụng cụ ELISA đầu tiên để chẩn đoán bệnh thực vật là từ Trung tâm Khoai tây Quốc tế (CIP). Nó có thể phát hiện sự hiện diện của tất cả các chủng, biovar và huyết thanh của Ralstonia solanacearum, tác nhân gây bệnh héo vi khuẩn hoặc thối nâu ở khoai tây. Họ cũng đã phát triển một bộ dụng cụ phát hiện sự hiện diện của vi-rút khoai lang.
Tóm lại, với nhiều tiến bộ hơn nữa trong sinh học phân tử và miễn dịch học, các nhà khoa học và nông dân đều có thể cải thiện chẩn đoán bệnh thực vật. Việc phát triển các bộ dụng cụ chẩn đoán tốt hơn cho các loại cây trồng quan trọng đã được tiến hành. Các bộ dụng cụ chẩn đoán có thể đắt tiền nhưng lợi ích từ chúng chắc chắn là xứng đáng. Việc phát triển chúng nên được ưu tiên ở các nước đang phát triển.

Trâm Thị