ứng dụng công nghệ sinh học trong bảo vệ thực vật-trường hợp: rầy nâu và bệnh đạo ôn trên cây lúa ( oryza sativa l.)

ứng dụng công nghệ sinh học trong bảo vệ thực vật-trường hợp: rầy nâu và bệnh đạo ôn trên cây lúa ( oryza sativa l.)

ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ SINH HỌC TRONG BẢO VỆ THỰC VẬT Trường hợp: RẦY NÂU VÀ BỆNH ĐẠO ÔN TRÊN CÂY LÚA (Oryza sativa L.) BÙI CHÍ BỬU, NGUYỄN THỊ LANG THÁCH THỨC  Thay đổ i khí h ậu,  Thi ếu n ướ c t ướ i cho tr ồng,  Nguy c thi ếu h ụt l ươ ng th ực tr ướ c tìn h tr ạng đấ t nôn g nghi ệp gi ảm dân s ố t ăng,  Nh ững stress phi sinh h ọc ngày bi ểu hi ện nghiêm tr ọng, đặ c bi ệt khô h ạn  Sâu b ệnh h ại ngày phát tri ển cách th ức ứng x c ng ười nôn g nghi ệp thâm canh, theo xu h ướ ng b ền v ững, cân b ằng sinh h ọc đồ ng ru ộng b ị phá v ở;  V ệ sinh an toàn th ực ph ẩm m ức báo độ ng Cây lúa: bệnh vi nấm làm thiệt hại 40 triệu / năm, côn trùng làm thiệt hại 26 triệu / năm, bệnh virus làm thiệt hại 10 triệu / năm (Leisinger 1998) NHỮNG NỘI DUNG CẦN ĐƯỢC ƯU TIÊN GIỐNG KHÁNG: hiệu kinh tế, an tồn mơi trường GENOMICS    MAS / sử dụng rộng rãi SSR SNP Tương tác GxE (biotic & abiotic stress tolerance) Khai thác tính kháng số lượng: làm kéo dài giai đoạn sinh sản pathogen, tạo tính kháng theo hướng bền vững GIỐNG BIẾN ĐỔI GEN  Phát triển GM đồng ruộng nông dân (đậu nành, bắp, vải)  Quản lý giống GM (1/6 kinh phí), kiểm soát gene flow PROTEOME TỪ GENOME Rubin et al (2000) – Science 287:2204-2215 GENOME HỌC VỀ CHỨC NĂNG & TÌM KIẾM GEN ĐÍCH Dịng đột biến Dịng dẫn xuất từ loài hoang dại Quần thể làm đồ di truyền Ngân hàng gen Giống địa hoang dại QTLs giả định Gen ứng cử viên TIN SINH HỌC Kiểu hình Gen đích CƠNG CỤ NGHIÊN CỨU BỘ GEN DỮ LIỆU TRÌNH TỰ GEN CƠNG NGHỆ CAO, TIN CẬY (e.g microarray, gene chip, allele mining) TRÌNH TỰ GENOME CỦA 23 LOÀI CÂY ĐÃ ĐƯỢC ĐỌC ĐẾN 2008 ỨNG DỤNG CHỈ THỊ PHÂN TỬ TRONG CHỌN TẠO GIỐNG LÚA Khai thác nguồn tài nguyên di truyền đa dạng Tính trạng đơn gen Tính trạng đa gen Khai thác tượng tương đồng (synteny) MARKERS STS & EST SSR SNP, InDels SNP/kb: indica 1.5 SNP/kb: O rufipogon 665,000 InDels 66% gen khám phá Kiến trúc SSR Vùng kế cận đồng Số phân tử lập lại biến động cao cá thể = Repeat ( e.g CA) MICROSATELLITES Common repeat motifs Repeat length: AT GT 2bp, 3bp, GTT CCT 10 CG Repeat length: ATT Total # of motifs: CT Total # of motifs: CGG Repeat length: CTT GAT 4bp, CAT GGT CGT Total # of motifs: GCT 32 ATTT GTTT CTTT AATT GATT CATT AGTT GGTT CGTT ACTT GCTT CCTT GTAT CTAT GGAT CGAT GCAT CCAT CTGT GAGT CAGT GGGT CGGT GCGT CCGT GACT GGCT CGCT GCCT CCCT CGGG CCGG  Co-dominant (thơng tin xác trường hợp dị hợp tử)  Biến thiên lớn (quan trọng lồi có gene pools hẹp)  Đang áp dụng rộng rải  Áp dụng tốt MAS, fingerprinting MAB  Kết cao xác Tìm kiếm SNP thơng qua điện di mao dẫn Tìm kiếm SNP thơng qua micro sequencing, in silico Ứng dụng SNPs để định vị gen gây bệnh ƯU ĐIỂM & KHUYẾT ĐIỂM CỦA SNP  Co-dominant marker – cho nhiều thông tin trường hợp dị hợp tử  Tất loại hình thị phân tử đề dạng prolific cao (là giải pháp cực tốt trường hợp xây dựng đồ di truyền)  Rất hiệu rẻ tiền  Rất tốt cho MAS, hồi giao fingerprinting  Khuy ết ểm  Phát triển marker tốn tiền so với SSR  Tính hiệu khơng cao trường hợp phân tích marker đơn lẻ Việc thiết lập SNP để bổ sung với marker SSR (microsatellite) xem hướng ưu tiên cho năm tới (cơng trình thực thông qua hợp tác IRRI, Perlegen Sciences, Inc., USDA) Bản đồ liên kết gen Magnaporthe grisea 14 BAC PAC clones Rice Pseudomolecule3, Chr (31.2Mb, 125cM) Oryza australiensis P0649C11 Pi-40, Pi-40, NST (NBS-LRR motif) NST TAG (2007) 115: 1163-1177 TAG (2007) 115: 1163-1177 Pi-40 Motif NBS-LRR IR65482-4-136-2-2 RM527-RM3330 TAG 115: 11636-1177 (2007) Pi-37, NST Genetics 177: 1871-1880 (2007) NIPPONBARE Gen chức năng, mã hố 1290 peptide NBS-LRR candidates Chuỗi trình tự aa sản phẩm gen Pi37 Ba motifs có tính bảo thủ tạo nên NBS region gạch (Lin et al 2007) Gen Pi-37 đại diện motif NBS-LRR khơng có intron Gen Pi-37 có chuỗi trình tự tương đồng với gen rp1 bắp, kết tiến hoá từ gene ancestor rp1 cao lương, bắp, lúa mạch Genetics 177: 1871–1880 (November 2007) Liu et al 2007 GENETICS 176: 2541-2549 Pi36 (KASALATH) Marker CRG4 + HaeIII Pi-36 định vị nhiễm sắc thể số (silico map-based cloning) Pi-36 mã hoá 1056 amino acids, có bổ sung Asp Ser vị trí 590 để tạo nên kiểu hình kháng, thuộc motif CC-NBS-LRR Pi-36 có chuỗi mật mã dài 3171-bp, bị xen đoạn introns 1: 23D09 Pi2 5: 23D05 2: 23D06 6: 23J13 3: 23H03 7: 23H09 4: 23I13 BAC clone phân cắt HindIII Sản phẩm PCR BAC clone locus LPO111-112, với clone Nguyễn thị Lang et al 2005 Pi-ta CC-NBS-LRR HUANG et al 2008 Genetics 179: 1257-1538 Pi-ta Pi-ta2 liên kết chặt alen locus (tương tác allelic) Chúng định vị centromere / NST 12, thể thấp khả tái tổ hợp Thể tần suất cao repeat sequence, khó tiếp cận chromosome walking so với đánh giá kiểu gen theo graphic NHIỄM SẮC THỂ 12 VÙNG TÂM ĐỘNG PI - ta2 Hình thành BAC contig gen Pi-ta2, điều khiển tính kháng bệnh đạo ôn lúa Vùng giới hạn Pi-ta2 Pi-ta đánh dấu Ở chồng lấp BAC clone Sự tương ứng DNA marker (probe) với clone cộng tính biểu thị vạch chấm chấm (Nakamura ctv 1997) MIMIC MUTANTS làm gia tăng thể gen phản ứng tự vệ PR-10a, POX22.3 , PO-CI tương quan với mimic lesions (Wu et al 2008) TÍNH KHÁNG CHẤT LƯỢNG VÀ SỐ LƯỢNG  Tín h kháng v ề ch ất l ượ ng: kh ả n ăng ng ăn c ản m ạnh m ẽ s ự phát sinh nịi chun tín h c k ý sinh, ng ăn c ản s ự sinh s ản c k ý sinh,  Tín h kháng s ố l ượ ng: kh ả n ăng làm suy gi ảm s ự kéo dài giai đo ạn sinh s ản c k ý sinh, theo khái ni ệm t ương tác c b ản Phân tích QTL meta genomics tính kháng đạo ơn (Leach et al 2009) Tính kháng số lượng (Shiping Wang et al 2009)  QTLs kháng b ệnh     ngu ồn di truy ền qu ý giá cho c ải ti ến gi ống lúa M ột s ố l ượng l ớn QTLs kháng b ệnh genome lúa phân l ập Các gen có ch ức n ăng QTLs kháng b ệnh ch ưa bi ết nhi ều H ầu h ết QTLs kháng b ệnh lúa có ảnh h ưở ng nh ỏ, m ỗi QTL gi ải thíc h h ơn 10% bi ến thiên ki ểu hìn h R ất khó th ực hi ện k ỹ thu ật fine mapping đối v ới minor QTLs NGÂN HÀNG GEN VIỆT NAM RẤT THIẾU NGUỒN CUNG CẤP GEN KHÁNG RẦY NÂU, KHƠNG CĨ GEN KHÁNG SÂU ĐỤC THÂN, SÂU CUỐN LÁ; NHƯNG CÓ RẤT NHIỀU NGUỒN GEN KHÁNG BỆNH ĐẠO ÔN: kết hợp genomics chuyển nạp gen KHAI THÁC HIỆU QUẢ NGUỒN GEN TỪ LÚA HOANG Chú ý tính kháng số lượng theo hướng kháng bền vững GIẢI PHÁP BAO GIỜ CŨNG PHẢI MANG TÍNH TỔNG HỢP: giống kháng, ký sinh, mơi trường CÁM ƠN ... Dis t(cM) Marker Dis t(cM) Marker Dis t(cM) Marker Dis t(cM) Marker Dis t(cM) Marker Dis t(cM) Marker Dis t(cM) Marker Dis t(cM) Marker Dis t(cM) Marker Dis t(cM) Marker Dis t(cM) Marker AL090700... Bph15 Nhiễm sắc thể 12: Bph18 (2 006) NGUỒN GEN KHÁNG RẦY NÂU TỪ LÚA HOANG  Oryza australiensis: Bph10, Bph18(t)  Oryza officinalis: bph11, bph12, Bph13, Bph14, Bph15  Oryza latifolia: Bph12 1:... 61 93 56 91 GIỐNG TRIỂN VỌNG KHÁNG ĐẠO ÔN: HG1, OM5239, OM3536, OM5625, OM3401, AS996 Giống lúa kháng bệnh đạo ôn không ổn định [Phạm văn Dư ctv 2009] Gi ống lúa tri ển v ọng ĐBSCL th ườ ng b