Nghiên cứu ứng dụng kỹ thuật công nghệ sinh học trong chọn tạo giống lúa chịu mặn ứng phó biến đổi khí hậu tại Việt Nam

“Nghiên cứu ứng dụng kỹ thuật công nghệ sinh học trong chọn tạo giống lúa chịu mặn ứng phó biến đổi khí hậu tại Việt Nam” được thực hiện nhằm nhanh chóng lai tạo giống lúa mới với khả năng chống chịu mặn thích nghi tốt ở các vùng chịu ảnh hưởng của tác động biến đổi khí hậu tại Việt Nam.

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ SINH HỌC TRONG CHỌN TẠO GIỐNG LÚA CHỊU MẶN ỨNG PHÓ BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU TẠI VIỆT NAM Nguyễn Thúy Kiều Tiên*1, Lê Hùng Lĩnh2, Nguyễn Khắc Thắng1, Trần Ngọc Thạch1, Trần Ánh Nguyệt1, Trần Thu Thảo1, Khuất Thị Mai Lương2, Đỗ Đức Tuyến1, Phòng Ngọc Hải Triều1, Trần Anh Thái1, Võ Thanh Toàn1, Nguyễn Thanh Quân2, Lê Huy Hàm2, Nguyễn Thị Minh Nguyệt2 (1) Viện Lúa Đồng sông Cửu Long, (2) Viện Di truyền Nơng nghiệp Tóm tắt: Kết đề tài thu thập nước 305 giống lúa tiến hành lọc khả chống chịu mặn điều kiện nhân tạo kết hợp với đánh giá kiểu gen xác định giống lúa phục vụ cho nghiên cứu lai chuyển gen/QTL chống chịu mặn vào giống lúa phổ biến OM4900 Bắc Thơm là: Pokkali, FL478, Bắc Việt VN193 Hai giống lúa chịu mặn triển vọng phát triển gồm OM89 mang QTL Saltol có di truyền giống lúa OM4900 SHPT15 mang QTL Saltol có di truyền giống lúa Bắc Thơm nhờ ứng dụng thành công kỹ thuật MABC (lai hồi giao có hỗ trợ thị phân tử) Các nguồn vật liệu có biểu khả chống chịu mặn cao ≥ ‰ sử dụng giống cho gen để tạo quẩn thể lai, lập đồ tìm new QLT chống chịu mặn cao, hai đồ QTL liên kết với tính chống chịu mặn vùng QTL Saltol phát hai quần thể OM4900*2/Bắc Việt Hương Việt*2/VN193 phát nghiên cứu Đề tài cơng bố 02 quy trình chọn giống lúa kháng mặn sở sử dụng thị phân tử liên kết với QTL Saltol gen chống chịu mặn mới, rút ngắn thời gian chọn tạo giống lúa chống chịu mặn ĐẶT VẤN ĐỀ Biến đổi khí hậu thách thức lớn nhân loại, làm gia tăng nhiệt độ trái đất kết làm tan băng dẫn đến mực nước biển dâng cao gây nên ngập lụt xâm nhập mặn ảnh hưởng lớn tới hệ thống sản xuất nơng nghiệp Việt Nam khơng nằm ngồi tác động tiêu cực này, năm gần biến đổi khí hậu diễn biến ngày phức tạp, đất canh tác lúa bị mặn hóa nước biển xâm nhập sâu bên nội đồng ngày trở nên phổ biến, khó dự đốn Cây lúa đặc biệt nhạy cảm với độ mặn giai đoạn mạ non sinh trưởng sinh thực Trong năm gần đây, nhiều nghiên cứu lập đồ gen (QTL) thường tập trung để sáng tỏ kiểm tra gen kiểm sốt chế chống chịu mặn loại trừ ion Na+ từ thân lúa sử dụng đa dạng giống chịu mặn Trong số QTL khám phá, Saltol QTL có ảnh hưởng lớn cung cấp hội tuyệt vời để đưa vào giống lúa cao sản kết hợp cho nhiều chống chịu stress khác thông qua lai hồi giao cải tiến dựa marker phân tử (MABC) Vùng Saltol kéo dài từ 9.3 đến 16.4 Mb cánh ngắn NST số từ quần thể lai đơn (RIL) (IR29 x Pokkali), ký hiệu Saltol1 Theo nhiều cơng trình cơng bố QLT Saltol1 có cho biểu chống chịu mặn lúa từ 4-6‰, với mong muốn tìm new QLT mang gen chống chịu mặn ngồi Saltol1 có khả chống chịu mặn cao hơn, trước hết sàng lọc kiểu hình nguồn vật liệu gen chống chịu mặn, lựa chọn vật liệu thể khả chống chịu mặn cao giống mang gen Saltol1, tạo quần thể lai lập đồ QTL với mục tiêu xác định vị trí new QLT, nghiên cứu thật cần thiết để hội tụ chúng vào giống suất cao chống chịu mặn ổn định Với giống lúa trồng phổ biến Đồng sông Cửu Long (OM4900) đồng sơng Hồng (Bắc Thơm 7) có khả thích ứng rộng, phẩm chất gạo tốt, ngắn ngày suất cao khả chống chịu mặn sử dụng MABC công cụ hiệu việc lai chuyển gen chống chịu mặn Saltol vào giống giữ tính tính giống (OM4900 Bắc Thơm 7) Song song với nguồn vật liệu ngân hàng gen du nhập có biểu khả chống chịu mặn cao ≥ ‰ sử dụng giống cho gen để tạo quẩn thể lai, lập đồ tìm new QLT chống chịu mặn cao Vì vậy, đề tài “Nghiên cứu ứng dụng kỹ thuật công nghệ sinh học chọn tạo giống lúa chịu mặn ứng phó biến đổi khí hậu Việt Nam” thực nhằm nhanh chóng lai tạo giống lúa với khả chống chịu mặn thích nghi tốt vùng chịu ảnh hưởng tác động biến đổi khí hậu Việt Nam VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Vật liệu Gồm 305 dòng thu thập như; Bắc Việt, Cần lùn, OM2517, OM359, OM380, OM429, OM442, OM461, OM462, OM463, OM464, OM5451, OM8017, IR29, Pokkali, RC222… Hai giống lúa thơm chất lượng cao cần cải thiện khẳ chống chịu mặn: Bắc Thơm OM4900 Hai giống lúa cho QTL Saltol: Pokkali, F478 Hai quần thể quần thể lập đồ gồm: OM4900*2/Bắc Việt Hương Việt*2/VN193 1760 markers bao gồm markers liên quan đến tính trạng chịu mặn tính trạng khác phân bố 12NST lúa 2.2 Phương pháp nghiên cứu Thanh lọc mặn giai đoạn mạ: Thanh lọc theo quy trình IRRI-1997 đánh giá khả chống chịu mặn giai đoạn mạ lúa Lai tạo: Áp dụng phương pháp lai đơn hồi giao cho quần thể nghiên cứu Đánh giá kiểu gen phân tích số liệu: Số liệu ghi nhận chương trình Excel xử lý chương trình Graphical Genotyper (Van Berloo, 2008) Phân tích Cluster: Dữ liệu phân tích thực cách sử dụng phần mềm NTSYSpc Lập đồ QTL chịu mặn: Kết hợp đánh giá kiểu hình kiểu gen quần thể nghiên cứu lập đồ QTL quy định tính chịu mặn Khảo nghiệm tác giả khảo nghiệm VCU Đánh giá khả chống chịu sâu bệnh đồng ruộng: Ghi nhận suất thực tế phản ứng với sâu bệnh dòng đồng ruộng Đánh giá theo thang điểm cấp IRRI năm 1997 Phương pháp thí nghiệm đồng ruộng: Đánh giá với nhiều giống khác quan sát, so sánh suất sơ khởi, so sánh suất hậu kỳ, khảo nghiệm sinh thái khảo nghiệm VCU thực theo “Qui phạm khảo nghiệm giá trị canh tác sử dụng giống lúa” (QCVN 01-55: 2011/BNN) Bộ Nông nghiệp PTNT ban hành ngày 05 tháng năm 2011 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Két phát sàng lọc số gen chống chịu mặn chọn tạo giống lúa có tính chịu mặn cao mang gen kháng mặn Tập đoàn giống lúa sử dụng đề xác định khả chống chịu mặn năm 2017 2018 gồm 305 dòng/giống, từ kết lọc khả chống chịu mặn chọn 18 nguồn vật liệu biểu khả chống chịu mặn tốt phục vụ cho mục tiêu phát triển quần thể để lập đồ xác định QTL quy định khả chống chịu mặn là: Trei May, Ba Bụi Lùn, Bắc Việt, Cẩn Lùn, Nàng Quất Nhuyễn, IR15T1354, IR15T1434, IR15T1387, IR15T1112, IR15T1335, IR15T1466, AB51, OM442, AB42, IR13T160, IR15T1132 Kết hợp với kết đánh giá trạng thái allen giống lúa vùng Saltol xác định cặp lai tiềm năng: OM4900/TreiMay, OM4900/Nàng Quất Nhuyễn OM4900/Bắc Việt phát triển quần thể lai hệ F1, BC1F1, BC1F2 BC1F3 để tiến hành lập đồ di truyền phân tích QTL có liên quan đến tính chống chịu mặn hệ phân ly Kết nghiên cứu hai quần thể OM4900*2/Bắc Việt Hương Việt*2/VN193 xác định hai đồ liên quan đến tính trạng chống chịu mặn 6‰ hai quần thể sau: Hình Bản đồ 03 locus gen chịu mặn thị phân tử liên kết NST số 1, 11 giống VN193 Hình Bản đồ QTL quy định khả chịu mặn giai đoạn mạ 6‰ có nguồn gốc từ quần thể OM4900*2/Bắc Việt quy định tính chống chịu mặn tốt giống đối chứng Pokkali 3.2 Kết sử dụng phương pháp chọn giống thị phân tử lai trở lại tích hợp để quy tự gen kháng mặn Saltol vào giống lúa chủ lực OM4900 Các giống mang QTL Saltol lựa chọn để cải thiện khả chịu mặn giống lúa OM4900 gồm hai giống là: Pokkali FL478 Thực bước lai tạo chọn lọc để cải thiện khả chống chịu mặn giai đoạn mạ giống lúa OM4900 (nhiễm mặn-cấp 7) nguồn gen chịu mặn Saltol từ hai giống lúa FL478, Pokkali nguồn gen từ QTL đề tài chọn dòng triển vọng biểu chống chịu mặn có đặc tính phẩm chất, suất tương đương với giống lúa OM4900 là: F18-1-103-53-39-39, F18-1-103-56-43-43, P2-4-200-130-B-109, P8-74-12-1-46-134 OM44 Kế thừa quần thể phát triển trước giống lúa biểu khả chống chịu mặn cao phát triển gồm: OM89, OM24 OM3 Trong giống lúa OM89 thông qua hội đồng nghiệm thu cấp sở đánh giá tính vượt trội giống so với giống đối chứng Nàng Hoa khảo nghiệm VCU 3.3 Kết tích hợp đa gen kháng mặn vào giống lúa OM4900 Bắc Thơm 3.3.1 Tích hợp đa gen chịu mặn vào giống lúa OM4900 Một quần thể lai phát triển dòng mang QTL Saltol tổ hợp lai OM4900*4/Pokkali ký hiệu P8-74-12 với dòng mang QTL quy định tính chịu mặn từ quần thể OM4900*2/Bắc Việt ký hiệu NewQTL-6-7 cho mục tiêu tích hợp đa gen chịu mặn vào giống lúa OM4900 Kết lai tích hợp đa gen chịu mặn vào giống lúa OM4900 đề tài phát cá thể tích hợp vùng QTL: QTL Saltol từ giống Pokkali QTL từ giống Bắc Việt Tuy nhiên, tính chống chịu mặn cá thể điều kiện lây nhiễm nhân tạo độ mặn 6‰ chưa biểu vượt trội so với cá thể tích hợp vùng Saltol (P8-12-7-3) giống Pokkali điều ảnh hưởng mơi trường ảnh hưởng tượng tương tác ức chế gen quy định tính trạng xuất di truyền cần có nghiên cứu kỹ để giải thích cho chế nêu Cá thể tích hợp đa gen P8-127-1 thu hạt chọn lọc hệ phục vụ cho nghiên cứu đề tài 3.3.2 Tích hợp đa gen chịu mặn vào giống lúa Bắc Thơm Quần thể lai tích hợp đa gen nhằm cải thiện khả chống chịu mặn giống Bắc Thơm phát triển sở giống lúa cho gen VN193, kết xác đinh dòng chịu mặn cao có đặc tính nơng sinh học tốt là: SalT-7-35-15, SalT-1316-13, SalT-13-20-1, SalT-30-1-21 SalT-30-4-6 có khả nặng chịu mặn giai đoạn mạ độ mặn 7‰ tương đương so với giống cho gen (VN193) giống đối chứng chống chịu (Pokkali) Hàm lượng amylose dòng triển vọng 20% 3.4 Kết nghiên cứu phát triển giống lúa có Bắc Thơm mang gen chịu mặn Saltol cho tỉnh ven biển Đồng sông Hồng Kế thừa kết nghiên cứu từ trước, giống lúa SHPT15 phát triển từ tổ hợp Bắc Thơm 7*4/FL478 hệ BC3F6 đề tài tiếp tục bước nghiên cứu phát triển thành giống SHPT15 tham gia vào mạng lưới khảo nghiệm VCU tỉnh phía Bắc từ vụ Mùa 2018, mơ hình thử nghiệm xây dựng giống lúa SHPT15 với quy mô 30 tỉnh Bắc Giang, Hải Dương Nam Định vụ Xuân 2019 Mùa 2020 cho thấy hiệu kinh tế mang lại mơ hình 7.475.000 đồng/ha so với canh tác giống lúa Bắc Thơm Quy trình kỹ thuật canh tác cho giống SHPT15 xây dựng tỉnh phía Bắc cho thấy giống SHPT15 cho hiệu tối ưu khí cấy mật độ 45 – 50 khóm/m2, cấy 02 – 03 dảnh/khóm với lượng phân bón 100 kg N + 90 kg P2O5 + 80 kg K2O + 10 phân chuống/ha Vụ Mùa bón giảm 10% lượng phân so với vụ Xuân, lượng phân bón 100 kg N + 90 kg P2O5 + 80 kg K2O + 10 phân chuồng /ha 05 lớp tập huấn kỹ thuật canh tác giống lúa SHPT15 chịu mặn cho nông dân 02 hội thảo đầu bờ nhằm giới thiệu giống lúa SHPT15 tới cán kỹ thuật người dân địa phương KẾT LUẬN Kết đề tài thu thập đánh giá tính chống chịu mặn tổng cộng 305 dòng/giống lúa Xác định hai giống lúa sử dụng để xây dụng đồ QTL quy định trạng chịu mặn 6‰ Bắc Việt VN193 Hai quần thể lập đồ QTL phát triển OM4900*2/Bắc Việt Hương Việt*2/VN193, hai đồ liên kết tính trạng chịu mặn có nguồn gốc từ hai giống Bắc Việt VN193 xây dựng với từ 10 thị liên kết chặt với tính trạng chống chịu mặn Xây dựng 01 quy trình chọn giống sử dụng thị liên kết với tính trạng mục tiêu nhằm cải thiện khả chống chịu mặn giai đoạn mạ lúa từ QTL Saltol 01 quy trình chọn giống sử dụng thị phân tử liên kết với gen chịu mặn Các giống lúa chịu mặn chọn tạo OM89 mang di truyền giống lúa OM4900 giống lúa SHPT15 mang di truyền giống Bắc Thơm 7 ... QLT chống chịu mặn cao Vì vậy, đề tài ? ?Nghiên cứu ứng dụng kỹ thuật công nghệ sinh học chọn tạo giống lúa chịu mặn ứng phó biến đổi khí hậu Việt Nam? ?? thực nhằm nhanh chóng lai tạo giống lúa với... chịu mặn chọn tạo giống lúa có tính chịu mặn cao mang gen kháng mặn Tập đoàn giống lúa sử dụng đề xác định khả chống chịu mặn năm 2017 2018 gồm 305 dòng /giống, từ kết lọc khả chống chịu mặn chọn. .. chống chịu mặn giai đoạn mạ lúa từ QTL Saltol 01 quy trình chọn giống sử dụng thị phân tử liên kết với gen chịu mặn Các giống lúa chịu mặn chọn tạo OM89 mang di truyền giống lúa OM4900 giống lúa