Nghiên cứu nâng cao năng suất, chất lượng một số dòng lúa kháng bệnh bạc lá bằng phương pháp đột biến và chỉ thị phân tử

Theo dự báo, dân số thế giới sẽ tăng từ 7,6 tỷ (3/2018) lên khoảng 9 tỷ vào năm 2050, mà đa số xảy ra ở những nƣớc đang phát triển (https://en.wikipedia.org/wiki/World population). Việc đảm bảo cung cấp lƣơng thực, thực phẩm cho khoảng 9 tỷ ngƣời là một thách thức lớn trong bối cảnh nguồn tài nguyên thiên nhiên đang bị khai thác quá mức và sử dụng lãng phí, chƣa kể tác động ngày càng lớn của thiên tai. Biến đổi khí hậu có thể làm sản lƣợng nông sản, gây tổn thất đến 50% hoặc thậm chí mất trắng. Nếu không có các biện pháp đối phó, cũng nhƣ những hành động khẩn cấp, tích cực thì nền an ninh lƣơng thực sẽ bị đe dọa. Vì thế, nhiệm vụ cấp thiết đặt ra cho các nhà khoa học trong lĩnh vực nông nghiệp hiện nay đó là tạo ra các giống cây trồng mới thích ứng với biến đổi khí hậu và đảm bảo an ninh lƣơng thực. Ở miền Bắc nƣớc ta, bệnh bạc lá là một trong những đối tƣợng gây hại thƣờng xuyên và nghiêm trọng trên cây lúa. Một số giống đang đƣợc trồng phổ biến trong sản xuất bị nhiễm nặng bệnh bạc lá. Thƣờng thì các giống kháng bạc lá tốt thì năng suất và phẩm chất không đạt yêu cầu và ngƣợc lại, các giống có năng suất phẩm chất tốt lại không kháng bệnh. Trong những năm gần đây, có rất nhiều đề tài nghiên cứu chọn tạo giống lúa kháng bạc lá dựa trên các phép lai hữu tính và chỉ thị phân tử. Có nhiều sản phẩm của các đề tài là các dòng/giống lúa mang gen kháng bạc lá, thích ứng tốt với ngoại cảnh tuy nhiên năng suất và chất lƣợng chƣa thực sự đáp ứng nhu cầu của sản xuất cũng nhƣ thị hiếu tiêu dùng. Trong khi đó, đột biến đƣợc đánh giá là phƣơng pháp chọn tạo giống cây trồng dễ áp dụng, nhanh chóng và hiệu quả. Không giống nhƣ phƣơng pháp lai hữu tính, đột biến có ƣu điểm đó là giúp cải tiến một số đặc điểm của giống mà không làm mất đi các tính trạng tốt vốn có (Pathirana, 2011). Nếu sử dụng phƣơng pháp đột biến để cải tiến tính trạng năng suất, chất lƣợng của các dòng lúa mang gen kháng bạc lá, đồng thời dùng chỉ thị phân tử để hỗ trợ chọn lọc gen kháng sẽ tăng khả năng thành công. Chính vì vậy, luận án “Nghiên cứu nâng cao năng suất, chất lƣợng một số dòng lúa kháng bệnh bạc lá bằng phƣơng pháp đột biến và chỉ thị phân tử” đƣợc thực hiện với mong muốn chọn tạo đƣợc giống lúa kháng bạc lá, năng suất và chất lƣợng tốt phục vụ cho sản xuất. 1. Mục tiêu nghiên cứu Cải tiến năng suất (đạt 6 – 7 tấn /ha) và một hoặc nhiều chỉ tiêu chất lƣợng (mùi thơm, độ trắng, độ mềm dẻo, vị ngon) các dòng lúa kháng bạc lá bằng phƣơng pháp đột biến và chỉ thị phân tử.

VIỆN KHOA HỌC NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN i

LỜI CẢM ƠN ii

MỤC LỤC iii

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT, KÝ HIỆU vi

DANH MỤC BẢNG vii

DANH MỤC HÌNH x

CHƯƠNG 1 4

TỔNG QUAN TÀI LIỆU VÀ CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA ĐỀ TÀI 4

1.1 Đột biến trong nghiên cứu, chọn tạo giống cây trồng 4

1.1.1 Phân loại các tác nhân gây đột biến 4

1.1.2 Bức xạ ion beam trong chọn tạo giống cây trồng 5

1.1.3 Thành tựu của chọn giống đột biến trên thế giới 8

1.1.4 Thành tựu của chọn giống đột biến trong nước 12

1.2 Bệnh bạc lá lúa 17

1.2.1 Nguyên nhân và triệu chứng bệnh 17

1.2.2 Quy luật phát sinh, phát triển bệnh 18

1.2.3 Đặc điểm truyền lan và bảo tồn 19

1.2.4 Các chủng sinh lý 20

1.2.5 Một số thống kê thiệt hại do bệnh bạc lá gây ra trên lúa 23

1.3 Chỉ thị phân tử trong chọn giống đột biến 24

1.3.1 Chỉ thị phân tử và phân loại 24

1.3.2 Chỉ thị phân tử trong phân tích đa dạng di truyền 27

1.3.3 Chỉ thị phân tử trong chọn giống lúa kháng bạc lá 28

1.4 Một số gen quy định năng suất hạt 32

1.4.1 Một số gen quy định nên tính trạng hạt 32

1.4.2 Gen Ghd7 37

1.5 Một số thông tin quan trọng và nhận xét rút ra từ tổng quan 39

CHƯƠNG 2 41

VẬT LIỆU, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 41

2.1 Vật liệu nghiên cứu 41

2.1.1 Dòng, giống lúa 41

2.1.2 Các chỉ thị phân tử 41

2.1.3 Vi khuẩn gây bệnh bạc lá 42

2.2 Nội dung nghiên cứu 42

2.3 Phương pháp nghiên cứu 43

2.3.1 Phương pháp chọn giống đột biến (FAO/IAEA, 2011) 43

2.3.2 Phương pháp đánh giá các dòng triển vọng 44

2.3.3 Phương pháp chỉ thị phân tử 47

2.3.4 Phương pháp đánh giá nhân tạo bệnh bạc lá (JICA, 2003) 48

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 49

3.1 Đánh giá, chọn lọc nguồn vật liệu khởi đầu 49

3.1.1 Tính kháng bạc lá của các dòng vật liệu 49

3.1.2 Đặc điểm nông sinh học chính của dòng lúa vật liệu chiếu xạ 53

3.2 Tạo vật liệu khởi đầu ở lúa bằng chiếu xạ tia gamma 54

3.2.1 Ảnh hưởng của liều lượng chiếu xạ đến tỷ lệ sống sót 54

3.2.2 Ảnh hưởng của liều chiếu xạ đến thế hệ M1 60

3.2.3 Ảnh hưởng của liều lượng chiếu xạ đến thế hệ M2 64

3.2.4 Chọn dòng đột biến có ý nghĩa cho chọn giống 69

3.3 Chỉ thị phân tử trong nghiên cứu và chọn giống lúa đột biến 75

3.3.1 Chọn dòng lúa đột biến kháng bệnh bạc lá 75

3.3.2 Nghiên cứu sai khác di truyền giữa các dòng lúa đột biến 81

3.4 Đánh giá một số dòng lúa đột biến kháng bệnh bạc lá có triển vọng 89

3.4.1 Đánh giá dòng lúa đột biến triển vọng từ chiếu xạ tia gamma 90

3.4.2 Đánh giá dòng lúa đột biến triển vọng D14 từ chiếu xạ ion beam

96KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 107 CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN 108

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT, KÝ HIỆU

ADN : Axit Deoxyribonucleic

FAO : Food Agriculture Oganization

FNCA: Forum of Nuclear Cooporative Asia HTX : Hợp tác xã

IAEA : International Atomic Energy Agency IRRI : International Rice Research Institute JICA : Japan International Cooperation Agency MAS : Marker Assited Selection

NST : Nhiễm sắc thể

PCR : Polymerase Chain Reaction

QTL : Quantitative Trait Locus

EXON : Vùng mã hóa

INTRON : Vùng không mã hóa

CTPT : Chỉ thị phân tử

NSLT : Năng suất lý thuyết

NSTT : Năng suất thực thu

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1 Tác động của một số tác nhân gây đột biến khác nhau lên hệ

gen của Arabidopsis Thaliana 7

Bảng 1.2 Danh sách dòng NILs sử dụng cho nghiên cứu bệnh bạc lá 21

Bảng 2.1 CTPT liên kết gen kháng bạc lá sử dụng trong nghiên cứu 41

Bảng 2.2 Thông tin các chủng vi khuẩn gây bệnh bạc lá 42

Bảng 2.3 Phân cấp chiều dài hạt gạo 45

Bảng 2.4 Phân cấp hình dạng hạt gạo 45

Bảng 2.5 Thang điểm với từng chỉ tiêu hạt gạo 46

Bảng 2.6 Xếp hạng chất lượng cảm quan của cơm 46

Bảng 3.1 Phản ứng của các dòng vật liệu với bệnh bạc lá (vụ Mùa 2012, HTX Thượng Cát) 52

Bảng 3.2 Đặc điểm nông sinh học chính của dòng lúa vật liệu chiếu xạ (vụ Mùa 2012, HTX Thượng Cát ) 53

Bảng 3.3 Ảnh hưởng của liều chiếu xạ đến tỷ lệ sống sót ở thế hệ M1 khi chiếu xạ hạt khô 56

Bảng 3.4 Ảnh hưởng của liều chiếu xạ đến tỷ lệ sống sót ở thế hệ M1 khi chiếu xạ hạt ướt 58

Bảng 3.5 Ảnh hưởng của liều chiếu xạ đến biến dị ở thế hệ M1 (vụ Mùa 2012, HTX Thượng Cát) 61

Bảng 3.6 Ảnh hưởng của liều chiếu xạ đến tần số đột biến một số tính trạng hình thái ở thế hệ M2 (vụ Xuân 2013, HTX Thượng Cát) 66

Bảng 3.7 Ảnh hưởng của liều chiếu xạ đến tần số đột biến các yếu tố cấu thành năng suất ở thế hệ M2 (vụ Xuân 2013, HTX Thượng Cát) 68

Bảng 3.8 Chọn lọc đột biến có ý nghĩa qua các thế hệ 70

Bảng 3.9 Đặc điểm chính của 52 dòng đột biến có ý nghĩa cho chọn giống (vụ xuân 2015, HTX Thượng Cát) 71

Bảng 3.10 Chọn lọc dòng đột biến mang gen kháng bệnh bạc lá 77 Bảng 3.11 Phản ứng của gen kháng với vi khuẩn gây bệnh 78 Bảng 3.12 Khả năng kháng/nhiễm bệnh bạc lá của các dòng đột biến (vụ Xuân 2014 HTX Thƣợng Cát) 80Bảng 3.13 Các dòng lúa đột biến sử dụng trong phân tích sai khác di truyền bằng chỉ thị SSR 81 Bảng 3.14 Khảo sát các cặp mồi SSR với các nhóm lúa 82 Bảng 3.15 Các chỉ tiêu về allele, chỉ số đa dạng PIC của các locus SSR

đa hình nhận biết trên 41 dòng lúa Nhóm I 84 Bảng 3.16 Các chỉ tiêu về allele, chỉ số đa dạng PIC của các locus SSR

đa hình nhận biết trên 10 dòng lúa Nhóm II 85 Bảng 3.17 Đặc điểm hình thái, nông sinh học của dòng đột biến triển vọng từ BT62.1 (vụ Mùa 2017) 91 Bảng 3.18 Đặc điểm hình thái, nông sinh học của dòng đột biến triển vọng từ HC62.2 (vụ Mùa 2017) 92 Bảng 3.19 Năng suất thực thu các dòng đột biến triển vọng từ BT62.1 (vụ Mùa 2017) 94 Bảng 3.20 Năng suất thực thu các dòng đột biến triển vọng từ HC62.2 (vụ Mùa 2017) 95 Bảng 3.21 Chất lƣợng cơm các dòng lúa triển vọng từ chiếu xạ tia

gamma 96Bảng 3.22 Phản ứng của dòng lúa đột biến triển vọng D14 với ba chủng

vi khuẩn gây bệnh bạc lá 98 Bảng 3.23 Đặc điểm hình thái, nông sinh học của dòng lúa đột biến triển vọng D14 (vụ Mùa 2017) 99 Bảng 3.24 Năng suất thực thu dòng lúa đột biến triển vọng D14 (vụ Mùa 2017) 101 Bảng 3.25 Chất lƣợng gạo dòng lúa đột biến triển vọng D14 102

Bảng 3.26 Chất lƣợng cơm dòng lúa đột biến triển vọng D14 103

Bảng 3.27 Phân tích sai khác trên vùng mã hóa của gen Ghd7 106

DANH MỤC HÌNH

Hình 3.1 Kiểm tra gen Xa4 (a), Xa7 (b) và Xa21(c) dòng lúa vật liệu 50

Hình 3.2 Phản ứng của dòng lúa vật liệu với chủng vi khuẩn gây bệnh bạc lá (vụ Mùa 2013) 51 Hình 3.3 Ảnh hưởng của liều chiếu xạ đến sinh trưởng, phát triển và tỷ

lệ sống sót giai đoạn mạ 55 Hình 3.4 Ảnh hưởng của liều chiếu xạ đến tỷ lệ sống sót khi chiếu xạ hạt khô dòng BT62.1 57 Hình 3.5 Ảnh hưởng của liều chiếu xạ đến tỷ lệ sống sót khi chiếu xạ hạt khô dòng HC62.2 57 Hình 3.6 Ảnh hưởng của liều chiếu xạ đến tỷ lệ sống sót khi chiếu xạ hạt ướt dòng BT62.1 59 Hình 3.7 Ảnh hưởng của liều chiếu xạ đến tỷ lệ sống sót khi chiếu xạ hạt ướt dòng HC62.2 59 Hình 3.8 Một số đột biến ghi nhận ở các thế hệ 65

Hình 3.9 Chọn lọc các dòng đột biến mang gen kháng Xa7 và Xa21 77

Hình 3.10 Phản ứng của các dòng đẳng gen với vi khuẩn gây bệnh bạc

lá (chủng 3) 79 Hình 3.11 Phản ứng của các dòng đột biến trên đồng ruộng 80 Hình 3.12 Sản phẩm PCR của các dòng đột biến nhóm I (a) và nhóm II (b) với chỉ thị SSR trên gel agarose 2,5% 83 Hình 3.13 Mối quan hệ di truyền giữa các dòng lúa đột biến từ BT62.1 887 Hình 3.14 Mối quan hệ di truyền giữa các dòng lúa đột biến từ HC62.2 88 Hình 3.15 Kiểm tra gen kháng bạc lá dòng lúa đột biến triển vọng 97

Hình 3.16 Phản ứng của dòng lúa đột biến triển vọng D14 với vi khuẩn

gây bệnh bạc lá 97

Hình 3.17 Dòng lúa đột biến triển vọng D14 tại HTX Dục Tú - Đông Anh - Hà Nội (vụ mùa 2017) 101

Hình 3.18 Hạt thóc và hạt gạo của dòng đột biến triển vọng D14 102

Hình 3.19 Giải trình tự gen Ghd7 104

Hình 3.20 Sai khác trên vùng mã hóa 1 của gen Ghd7 105

Hình 3.21 Sai khác trên vùng mã hóa 2 của gen Ghd7 105

MỞ ĐẦU

Theo dự báo, dân số thế giới sẽ tăng từ 7,6 tỷ (3/2018) lên khoảng

9 tỷ vào năm 2050, mà đa số xảy ra ở những nước đang phát triển (https://en.wikipedia.org/wiki/World population) Việc đảm bảo cung cấp lương thực, thực phẩm cho khoảng 9 tỷ người là một thách thức lớn trong bối cảnh nguồn tài nguyên thiên nhiên đang bị khai thác quá mức

và sử dụng lãng phí, chưa kể tác động ngày càng lớn của thiên tai Biến đổi khí hậu có thể làm sản lượng nông sản, gây tổn thất đến 50% hoặc thậm chí mất trắng Nếu không có các biện pháp đối phó, cũng như những hành động khẩn cấp, tích cực thì nền an ninh lương thực sẽ bị đe dọa Vì thế, nhiệm vụ cấp thiết đặt ra cho các nhà khoa học trong lĩnh vực nông nghiệp hiện nay đó là tạo ra các giống cây trồng mới thích ứng với biến đổi khí hậu và đảm bảo an ninh lương thực

Ở miền Bắc nước ta, bệnh bạc lá là một trong những đối tượng gây hại thường xuyên và nghiêm trọng trên cây lúa Một số giống đang được trồng phổ biến trong sản xuất bị nhiễm nặng bệnh bạc lá Thường thì các giống kháng bạc lá tốt thì năng suất và phẩm chất không đạt yêu cầu và ngược lại, các giống có năng suất phẩm chất tốt lại không kháng bệnh Trong những năm gần đây, có rất nhiều đề tài nghiên cứu chọn tạo giống lúa kháng bạc lá dựa trên các phép lai hữu tính và chỉ thị phân tử

Có nhiều sản phẩm của các đề tài là các dòng/giống lúa mang gen kháng bạc lá, thích ứng tốt với ngoại cảnh tuy nhiên năng suất và chất lượng chưa thực sự đáp ứng nhu cầu của sản xuất cũng như thị hiếu tiêu dùng

Trong khi đó, đột biến được đánh giá là phương pháp chọn tạo giống cây trồng dễ áp dụng, nhanh chóng và hiệu quả Không giống như phương pháp lai hữu tính, đột biến có ưu điểm đó là giúp cải tiến một số đặc điểm của giống mà không làm mất đi các tính trạng tốt vốn có

(Pathirana, 2011) Nếu sử dụng phương pháp đột biến để cải tiến tính trạng năng suất, chất lượng của các dòng lúa mang gen kháng bạc lá, đồng thời dùng chỉ thị phân tử để hỗ trợ chọn lọc gen kháng sẽ tăng khả

năng thành công Chính vì vậy, luận án “Nghiên cứu nâng cao năng suất, chất lượng một số dòng lúa kháng bệnh bạc lá bằng phương pháp đột biến và chỉ thị phân tử” được thực hiện với mong muốn chọn

tạo được giống lúa kháng bạc lá, năng suất và chất lượng tốt phục vụ cho sản xuất

1 Mục tiêu nghiên cứu

Cải tiến năng suất (đạt 6 – 7 tấn /ha) và một hoặc nhiều chỉ tiêu chất lượng (mùi thơm, độ trắng, độ mềm dẻo, vị ngon) các dòng lúa kháng bạc lá bằng phương pháp đột biến và chỉ thị phân tử

2 Đối tượng nghiên cứu

Các dòng/giống lúa kháng bệnh bạc lá, nhưng còn hạn chế về năng suất và chất lượng

3 Phạm vi nghiên cứu

Các nghiên cứu thuộc lĩnh vực Khoa học Nông nghiệp, chuyên ngành Di truyền và Chọn giống cây trồng

4 Địa điểm thực hiện đề tài luận án

- Viện Di truyền Nông nghiệp, Bắc Từ Liêm, Hà Nội, Việt Nam

- Trung tâm nghiên cứu Hạt nhân Wakasa-wan, Fuikui, Nhật Bản

- Các thí nghiệm đồng ruộng được thực hiện tại Hà Nội và Thái Bình

5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án

a Ý nghĩa khoa học của luận án

Từ các kết quả thu được, nổi bật nhất là các dòng lúa triển vọng kháng bạc lá, có năng suất và chất lượng được cải thiện đã khẳng định tính hiệu quả của việc kết hợp phương pháp đột biến và chỉ thị phân tử

trong cải tiến giống cây trồng, từ đó tạo cơ sở để các nhà chọn giống đột biến khác có thể nghiên cứu và áp dụng

b Ý nghĩa thực tiễn của luận án

Đề tài đã chọn tạo đƣợc 5 dòng lúa đột biến triển vọng kháng bạc

lá, năng suất cao (6- 7 tấn/ha), một số chỉ tiêu chất lƣợng đƣợc cải thiện Ngoài ra, kết quả gồm 52 dòng đột biến có ý nghĩa cho chọn giống sẽ là nguồn vật liệu giá trị, có thể đƣợc khai thác, sử dụng cho các mục đích chọn tạo giống khác nhau

6 Đóng góp mới của luận án

Đóng góp lớn nhất của luận án cho thực tiễn sản xuất và nghiên cứu đó là 5 dòng lúa đột biến kháng bệnh bạc lá có triển vọng (năng suất

6 – 7 tấn/ha, chất lƣợng đƣợc cải tiến) và tập đoàn 52 dòng đột biến vật liệu Ngoài ra, luận án cũng đã phân tích đƣợc sai khác giữa các dòng đột biến ở mức độ phân tử thông qua nghiên cứu đánh giá bằng chỉ thị SSR

và giải trình tự gen

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU VÀ CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA ĐỀ TÀI 1.1 Đột biến trong nghiên cứu, chọn tạo giống cây trồng

1.1.1 Phân loại các tác nhân gây đột biến

Nhìn chung, các tác nhân gây đột biến có thể chia thành ba loại sau: các tác nhân hóa học (bao gồm hợp chất vô cơ, hữu cơ, các hóa chất gây ung thư, khói thuốc, các loại thuốc chữa bệnh ); các tác nhân vật lý (các bức xạ ion hóa – tia gamma, tia Rơnghen…; bức xạ điện từ; điện trường; sóng siêu âm; nhiệt độ; khói bụi….); các tác nhân sinh học (các hormone tăng trưởng, các tác nhân xâm nhiễm như nấm, vi khuẩn, virut….) Dựa vào khả năng ion hóa vật chất bị nhiễm xạ, có thể chia tác

nhân gây đột biến thành 2 nhóm:

1) Nhóm bức xạ ion hóa: là bức xạ gây phản ứng hóa phóng xạ, tạo ra các cặp ion hóa trong môi trường mà chúng thâm nhập hoặc gây ra sự kích động phân tử như: bức xạ điện tử electron, proton, tia α hay bức xạ không mang điện nơtron, tia Gamma (γ), tia Rơnghen (tia X)

2) Nhóm bức xạ không gây ion hóa: Đại diện cho nhóm này là tia tử ngoại, có độ dài bước sóng từ 10-7 – 10-5

A0 Do có năng lượng thấp, sức xuyên thấu yếu nên khi xuyên qua các mô của cơ thể sinh vật, nó không gây ion hóa mà chỉ kích động phân tử và thường được dùng để xử lý hạt phấn và bào tử

Thậm chí, trong những năm gần đây, Trung Quốc còn đưa ra khái niệm “đột biến vũ trụ” Theo đó, các nhà khoa học Trung Quốc đã đưa hạt giống lên tàu vệ tinh Shijian 8, và giải thích rằng dựa vào tác động của các bức xạ vũ trụ, môi trường không trọng lực, chân không và siêu sạch, sẽ tạo nên các thay đổi của vật liệu nghiên cứu (Liu và cs., 2004)

Các tác nhân hoá học đa dạng hơn nhiều về chủng loại so với tác nhân lý học, nhưng nhược điểm của chúng là phức tạp trong xử lý và

không an toàn cho người sử dụng Vì vậy, hiện nay, các tác nhân vật lý ngày càng được ưu tiên nghiên cứu và sử dụng hơn (FAO/IAEA, 2011)

1.1.2 Bức xạ ion beam trong chọn tạo giống cây trồng

Ngoài một số tác nhân phổ biến như tia X, tia gamma, hạt α, hạt nơtron thì ngày nay, các nhà khoa học trong lĩnh vực này đã bắt đầu tìm hiểu, nghiên cứu và ứng dụng bức xạ ion của các nguyên tố Li, C, H,

Ar, He, Ne trong lĩnh vực chọn tạo giống (Shikazono và cs., 2003; Tanaka và cs., 2010; Yu và cs., 2013)

Đi đầu trong việc áp dụng phương pháp này phải kể đến Nhật Bản

và Trung Quốc, theo đó đã có thống kê thấy rằng các nhà khoa học Nhật Bản đã bắt đầu các thử nghiệm ion beam trên đối tượng cây trồng từ năm

1993 Các nhà khoa học Nhật Bản, Trung Quốc đã có nhiều nghiên cứu

về liều lượng chiếu cũng như ảnh hưởng của các liều chiếu đến việc tạo

ra các đột biến Các nghiên cứu đa phần sử dụng ion beam của nguyên tử

C, He hoặc Ne và kết quả cho thấy ở liều từ 10-60Gy thì tạo ra được các đột biến mong muốn (Tanaka và cs., 2010)

Nhiều nghiên cứu sâu về sự thay đổi ở mức độ phân tử đều nhận định rằng ion beam là dạng bức xạ có hệ số truyền năng lượng cao, có khả năng tạo ra sự xáo trộn lớn trong hệ gen, tạo nên những thiệt hại lớn trên ADN mà cơ thể không thể tự sửa chữa (Isikawa và cs., 2012; Yu và cs., 2013)

Việc so sánh hiệu quả gây đột biến giữa tia gamma và bức xạ ion beam đã được rất nhiều tác giả nghiên cứu và cho rằng chiếu xạ bằng bức xạ ion beam tạo ra phổ đột biến rộng hơn so với chiếu xạ bằng tia gamma (Shikazono và cs., 2003), nhưng về tần số đột biến thì chưa thấy tác giả đề cập đến

Ứng dụng bức xạ ion trong chọn tạo giống cây trồng: bức xạ ion được cho rằng tạo ra nhiều đột biến đồng thời không ảnh hưởng nhiều

đến sức sinh trưởng của cây trồng khi chiếu ở liều thấp, chính vì thế bức

xạ ion beam là một công cụ tuyệt vời, cho hiệu quả cao trong chọn giống đột biến (Abe và cs., 2007).) và đã được ứng dụng thành công trong chọn giống lúa có hàm lượng Cadmium (Cd) thấp (Ishikawa và cs., 2012)

Một số tác giả nghiên cứu hiệu quả của các bức xạ ionbeam (ion carbon có hệ số truyền năng lượng tuyến tính trung bình là 76 và 107 keV / mm) trên cây lúa bằng cách so sánh tỷ lệ chết, tỷ lệ lép, tỷ lệ đột biến và phổ đột biến đã kết luận rằng tỷ lệ đột biến của các bức xạ ion cao hơn của các tia gamma; tuy nhiên, không có sự khác biệt đáng kể giữa các tác nhân về tần suất và phổ đột biến (Yamaguchi và cs., 2009)

Nghiên cứu tác động của bức xạ ionbeam lên cây trồng ở mức độ phân tử cho thấy các đột biến gây ra bởi bức xạ ionbeam có khá nhiều đột biến là các đột biến lớn trên cấu trúc ADN và chỉ có một số là đột biến điểm; các thiệt hại lớn trên ADN là không thể khắc phục, và các đột biến đó thường không có ý nghĩa đối với chọn giống nhưng lại có tiềm năng tạo ra các giống, loài mới (Tanaka và cs., 2010)

Khi chiếu bức xạ ionbeam lên các vật liệu sống là hạt và mô của cây chỉ thị đã thu được hàng ngàn các đột biến khác nhau; điều đó cũng khẳng định, bức xạ ion cho phổ đột biến rất rộng nên việc ứng dụng bức

xạ ion rất có ý nghĩa trong việc nghiên cứu chức năng gen mà còn trong lĩnh vực chọn giống cây trồng (Magori và cs., 2010)

Xử lý đột biến hạt lúa khô bằng ionbeam (220 MeV carbon ions (LET 107 keV/µm) ở liều 10, 20, 30, 40, 50 và 60 Gy; 320 MeV carbon ions (LET 76 keV/µm) ở liều 20, 40, 60, 80, 100 và 150 Gy; 100 MeV helium ions (LET 9 keV/µm) ở liều 50, 100, 150, 200, 250 và 300 Gy)

và tia gamma ở liều 100, 150, 200, 250, 300, 350, 400 và 450 Gy (chiếu

10 Gy/giờ), sau đó tiến hành so sánh cho thấy, ở cả 3 dạng chiếu bằng

ionbeam đều cho phổ đột biến và tần số đột biến cao hơn so với chiếu xạ bằng tia gamma (Yamaguchi và cs., 2011)

Khi nghiên cứu tác động của bức xạ ion trên cây chỉ thị

Arabidopsis thaliana, kết quả chỉ ra rằng bức xạ ion đã gây ra nhiều biến

đổi trên cấu trúc ADN của nhiễm sắc thể và nó rất có tiềm năng trong việc tạo ra nhiều sự tái tổ hợp khác nhau, là cơ sở để tạo nên một giống cây trồng mới (Hirano và cs., 2015)

Dựa trên nghiên cứu của một số tác giả về tác động của một số tác

nhân gây đột biến trên cây mô hình Arabidopsis Thaliana, các kết quả

được tổng hợp và so sánh chi tiết trong bảng 1.1

Bảng 1.1 Tác động của một số tác nhân gây đột biến khác nhau lên

hệ gen của Arabidopsis Thaliana

Carbon

(113 keV/mm)

a): Ossomski và cs., 2010, b): Shikazono và cs., 2005, c): Belfield và cs.,

2012 (dẫn theo Tanaka, FNCA 2015)

Từ bảng 1.2 có thể thấy, tác nhân bức xạ electron cho tỷ lệ các kiểu đột biến gần tương tự nhất với đột biến tự phát so với các tác nhân khác (tỷ lệ đột biến nhỏ thay thế bazơ là chủ yếu, và ít có các đột biến lớn) Tuy nhiên, tác nhân bức xạ ion nguồn Carbon lại tạo ra đa dạng các

kiểu đột biến nhất Với hệ số truyền năng lượng cao, bức xạ ion tạo ra phổ biến nhất là các đột biến lớn trên ADN (sắp xếp lại); sau đó là các kiểu đột biến Indel từ 3bp-100bp; tiếp đó là các Indel nhỏ hơn 2bp hoặc lớn hơn 100bp; và ít phổ biến hơn cả là sự thay thế các nucleotit

Ở Việt Nam, việc sử dụng bức xạ ion để tạo đột biến mới được áp dụng vài năm trở lại đây trên đối tượng lúa, đậu tương và cũng đã có một vài công bố đầu tiên về việc nghiên cứu ứng dụng bức xạ ionbeam trong cải tiến một số giống cây trồng của viện Di truyền Nông nghiệp và đã thu được những thành công bước đầu (Đào Thanh Bằng và cs., 2011; Nguyễn Thị Hồng và cs., 2015)

1.1.3 Thành tựu của chọn giống đột biến trên thế giới

Phương pháp đột biến thực nghiệm được coi là phương pháp hiệu quả để tạo nên sự đa dạng hóa nền di truyền nguồn vật liệu khởi đầu và

có tính ứng dụng cao trong cải tiến giống cây trồng Theo thống kê mới nhất từ cơ quan Năng lượng Nguyên tử Quốc tế (IAEA), tính đến năm

2017 đã có 3246 giống cây trồng mới, thuộc hơn 200 loài được tạo ra bằng phương pháp đột biến (http://mvd.iaea.org) Trong đó châu Á chiếm 1963 giống, châu Âu 955 giống, châu Mỹ 250 giống, châu Phi 68 giống và cuối cùng là châu Đại dương 10 giống Phần lớn các giống đột biến được đưa vào sản xuất là những dạng có thay đổi về kiểu hình, thời gian sinh trưởng ngắn, năng suất, phẩm chất cao, chống chịu sâu bệnh và điều kiện bất lợi của môi trường Ngoài ra, nhờ phương pháp này người

ta đã tạo ra các dòng cận phối có khả năng kết hợp tốt để cho ra các con lai có ưu thế lai

Chọn tạo giống lúa bằng phương pháp đột biến đã có lịch sử nghiên cứu và ứng dụng trên 50 năm Gần đây, bộ genom của hai loài

phụ japonica và indica đã được giải mã thành công Các kết quả phân

tích ước tính có khoảng trên 30.000 gen Vì vậy, mục tiêu hiện nay là tập

trung xác định các gen đó và làm rõ chức năng của chúng Và với sự đa dạng trong các quần thể được tạo ra từ gây đột biến nhân tạo không những giúp chọn lọc ra các giống đột biến có giá trị cho nông nghiệp mà còn có giá trị trong phát hiện và nghiên cứu chức năng gen

Đột biến gây nên sự biến đổi ngẫu nhiên ở mức độ ADN và cả ở mức độ tế bào Không giống như phương pháp lai hữu tính, đột biến có

ưu điểm là giúp cải tiến một số đặc điểm không tốt của giống ưu việt nào

đó mà không làm mất đi các tính trạng tốt vốn có (Pathirana và cs., 2011)

Ở Sierra Leone, các nghiên cứu cũng được tiến hành nhằm tìm ra

sự ảnh hưởng của tia gamma lên các giống lúabằng cách chiếu xạ hạt khô của các giống này với phổ liều rộng, từ 50 đến 800Gy Ở thế hệ M1, các quan sát tập trung vào tỷ lệ nảy mầm, tỷ lệ sống sót, chiều cao mầm,

số dảnh Kết quả cho thấy, sức nảy mầm của các giống không khác nhau giữa các liều trong vòng 7 ngày quan sát đầu tiên Tỷ lệ sống sót của các mầm bắt đầu có sự khác nhau từ ngày thứ 8 đến ngày thứ 14 Các liều từ 50-300Gy không thấy sự sai khác với đối chứng ở chỉ tiêu số dảnh Và liều gây chết 50% số cá thế nghiên cứu (LD50), tùy thuộc vào giống mà dao động từ 345-423Gy (Harding và cs., 2012)

Các nhà khoa học Malaysia chiếu xạ tia gamma (nguồn Co60

) nhằm cải tạo 2 giống lúa địa phương là Ase Lapang (gạo dẻo) và Mandoti (gạo đỏ) Kết quả bước đầu ở thế hệ M1 cho thấy, liều 200Gy

đã rút ngắn thời gian sinh trưởng nhưng lại làm tăng tỷ lệ lép hạt (Haris

liều 200Gy thì tỷ lệ lép và số gié/bông cao hơn, còn ở liều 250Gy thì năng suất hạt, số hạt chắc/bông, thời gian trỗ, chiều cao cây đều thấp nhất và khác biệt nhiều nhất so với đối chứng cũng như cho nhiều biến dị hơn cả (Ibrahim và cs., 2013)

Có thế thấy rằng, đã có nhiều nghiên cứu tìm hiểu về liều lượng chiếu xạ ở phổ rất rộng đã được tiến hành và công bố Tựu chung lại, liều thường được quan tâm, có giá trị với chọn giống thường dao động từ 200-400Gy Ngoài ra, chiếu xạ tia gamma không chỉ có vai trò hiệu quả đối với chọn giống, mà kết hợp với các thành tựu về giải trình tự gen hiện nay, gây đột biến còn giúp các nhà khoa học phát hiện gen và nghiên cứu chức năng của chúng

Quốc gia đứng đầu về phát triển các giống mới thông qua đột biến nhân tạo cũng như số lượng giống đột biến được tạo ra là Trung Quốc (Hakeem và cs., 2013) Ở Trung Quốc, các giống đột biến thương mại chính phải kể đến: lúa, lúa mì, ngô, lúa mạch, kê, dâu, hạt cải dầu, đậu tương, hạt tiêu, bông, cà chua và lạc Tính đến năm 1991, Trung Quốc có tất cả 810 giống, thuộc 46 loài khác nhau đã được sản xuất thương mại cũng như được sử dụng làm vật liệu cho lai tạo và kết hợp công nghệ sinh học cho các mục tiêu chọn giống khác nhau (Wang và cs., 1991)

Chọn giống đột biến bằng chiếu chiếu xạ tia gamma được cho là một cách tiếp cận hiệu quả và thành công tại Nhật Bản (Nakagawa, 2009) Theo số liệu thống kê từ năm 1961 đến năm 2008, số lượng giống cây trồng đột biến tại Nhật Bản đã được tạo ra là 481 giống (http://mvd.iaea.org/, 2015) Có khoảng 242 giống mới được tạo ra bằng phương pháp đột biến thông qua chiếu xạ, đột biến hóa học và đột biến somma được sử dụng trực tiếp cho sản xuất Khoảng 61% trong số này được gây ra bởi chiếu xạ tia gamma (Shu, 2009) Ngoài ra, có khoảng

228 giống đột biến được sử dụng gián tiếp cho các chương trình chọn tạo giống lúa và đậu tương Năm 2005, tổng diện tích canh tác của các giống cây trồng đột biến là 210.692 ha; chiếm 12,4% tổng diện tích canh tác lúa ở Nhật Bản và tổng giá trị từ các giống cây trồng đột biến được ước tính là khoảng 250 tỷ Yên (2,34 tỷ đô la Mỹ) trong năm (Shu, 2009)

Ở Ấn Độ, lĩnh vực chọn tạo giống đột biến bắt nguồn từ những năm 1930 và một vài giống đột biến tự nhiên đã được sử dụng làm dạng giống mới trong những năm 1940 Các trung tâm và viện nghiên cứu chủ lực ở Ấn Độ tham gia vào lĩnh vực này phải kể đến Viện nghiên cứu nông nghiệp Ấn Độ (IARI), Trung tâm nghiên cứu nguyên tử Bhabha, Đại học Nông nghiệp Tamil Nadu và Viện nghiên cứu thực vật quốc gia (Parvaiz và cs., 2014) Việc áp dụng gây đột biến nhân tạo để cải tiến giống cây trồng được bắt đầu từ cuối những năm 1950 và đến năm 2009,

Ấn Độ đã phát triển khoảng 329 giống cây trồng đột biến khác nhau thông qua đột biến trực tiếp trên các đối tượng cây như: lúa, lúa mì, lúa mạch, lúa miến, đay, lạc, đậu tương, đậu xanh, đậu xanh, đậu đũa, đậu đen, mía, hoa cúc, thuốc lá và hoa cây cảnh (Bughio và cs., 2007) Hai giống lúa thơm, chín sớm, có nguồn gốc đột biến là „PNR 381” và„ PNR 102” được trồng phổ biến ở các bang Haryana và Utter Pradesh, giúp mang lại giá trị khoảng 1748 triệu đô la Mỹ mỗi năm (Ahloowalia và cs., 2004)

Còn tại Thái Lan, chọn giống đột biến trên cây lúa được bắt đầu vào năm 1965 và có được sự hợp tác chặt chẽ với Cơ quan Nguyên tử Quốc tế (Ahloowalia và cs., 2004) Hai loại giống lúa thơm Indica, 'RD6' và 'RD15', được tạo ra bằng cách chiếu xạ tia gamma giống lúa phổ biến 'Khao Dawk Mali 105' ('KDML 105'), lần lượt được đưa ra sản xuất vào năm 1977 và 1978 Đến nay, những giống này vẫn được trồng rộng rãi ở Thái Lan Giống RD6 ngoài hàm lượng amylose thấp thì các

đặc tính khác của hạt như mùi thơm vẫn giữ nguyên so với giống gốc Trong khi đó, RD15 tuy không dẻo và thơm nhưng chín sớm hơn 10 ngày so với giống gốc Theo thống kê, trong năm 1995- 1996, diện tích trồng RD6 là trên 2.429.361 ha, chiếm 26,4% diện tích trồng lúa ở Thái Lan và sản lượng đạt 4.343.549 tấn lúa (Shu, 2009)

Tại Bangladesh, hơn 44 giống đột biến thuộc 12 loài cây trồng khác nhau đã được tạo ra bằng phương pháp đột biến (Hakeem và cs 2013) Viện Nông nghiệp hạt nhân Bangladesh ở Mymensingh, Bangladesh, là trung tâm chính về lĩnh vực này và đã tạo ra 8 giống lúa đột biến Các giống lúa đột biến Binasail, Iratom-24 và Binadhan-6, đã được trồng với tổng diện tích 795.000 ha, đóng góp đáng kể vào an ninh lương thực ở Bangladesh (Shu, 2009)

1.1.4 Thành tựu của chọn giống đột biến trong nước

Đột biến có nhiều ưu điểm như kỹ thuật đơn giản, không yêu cầu trình độ cao và đầu tư lớn và sớm cho ra kết quả, vì vậy đây thực sự là một công cụ hiệu quả trong cải tiến giống cây trồng ở Việt Nam, góp phần đáng kể trong đảm bảo an ninh lương thực quốc gia

Lĩnh vực gây đột biến thực nghiệm đã được nhà khoa học Lương Đình Của khởi xướng từ những năm 1960 Nhưng mãi đến năm 1980, hướng nghiên cứu này mới được phát triển một cách tương đối có hệ thống và định hướng do tiến sĩ Phan Phải và cộng sự tiến hành Sau đó, một loạt nghiên cứu của các tác giả như: Trần Duy Quý, Nguyễn Hữu Đống, Trần Đình Long, Mai Quang Vinh, Đỗ Hữu Ất, Lâm Quang Dụ, Nguyễn Văn Bích, Nguyễn Quang Xu, Lê Văn Nhạ, trên nhiều đối tượng cây trồng khác nhau như: lúa, ngô, đậu, lạc, táo, cà chua, hoa cúc, đã tạo ra nhiều dòng đột biến có giá trị, được chọn lọc và phát triển trực tiếp thành các giống quốc gia hoặc các dòng có triển vọng phục vụ cho công tác lai tạo giống mới

Từ năm 1995 đến 2004, có khoảng hơn 10 giống lúa đột biến được tạo ra ở miền Nam Việt Nam Nguồn vật liệu được sử dụng là: IR64, IR50404, IR59606, Jamin85, các giống lúa địa phương: Nàng hương, Tám xoan, Tài nguyên Các nhà khoa học đã sử dụng nguồn chiếu xạ

Co60, liều lượng 150, 200, 250, 300 Gy Hiện nay diện tích trồng các giống lúa đột biến chiếm 11% tổng diện tích lúa ở miền Nam Việt Nam Nhiều giống lúa đột biến triển vọng kháng bệnh rầy nâu, đạo ôn, chịu phèn mặn đã được tạo ra như: VND95, OM2717, OM2496

Theo thống kê gần đây, số lượng các giống cây trồng được tạo ra bằng phương pháp đột biến tăng không ngừng Cụ thể năm 1990 Việt Nam chỉ có 14 giống đột biến, năm 2000 tăng lên 37 giống và đến năm

2015 số lượng giống đột biến đã lên đến 61 bao gồm 41 giống lúa, 11 giống đậu tương, 4 giống hoa và 5 giống cây trồng khác (Lê Huy Hàm

và cs., 2015) Và theo dữ liệu tính đến năm 2017, Việt Nam đã chọn tạo

và đưa vào sản xuất 63 giống cây trồng đột biến thuộc các loại cây trồng như lúa, đậu tương, lạc, ngô, hoa… ((http://mvd.iaea.org/, 2017)

Viện Di truyền Nông nghiệp là một trong những viện nghiên cứu đầu ngành, có nhiều đóng góp trong lĩnh vực chọn tạo giống đột biến Tập thể các nhà khoa học của Viện Di truyền Nông nghiệp đã nghiên cứu, chọn tạo được 31 giống cây trồng đột biến bao gồm 18 giống lúa, 9 giống đậu tương, 2 giống hoa và 2 giống ngô, đứng đầu cả nước về thành tựu chọn tạo giống cây trồng đột biến (Lê Huy Hàm và cs., 2015)

Gần đây nhất, kết quả nổi bật từ hai đề tài cấp Nhà nước thuộc chương trình KC.05 do Viện Di truyền Nông nghiệp chủ trì thực hiện là giống lúa DT80 chịu mặn có năng suất, chất lượng tốt và giống đậu tương đen với hàm lượng Omega 3 cao Đây đều là các sản phẩm khoa học có giá trị ứng dụng lớn, đáp ứng thị hiếu tiêu dùng ngày càng cao

của người dân, nâng cao thu nhập cho nông dân và giúp ứng phó với biến đổi khí hậu

Về đối tượng lúa, các thành tựu có thể kể ra như: DT10, DT11, A20, ST38, DT17, CM1, CM6, DT21, Tám thơm đột biến, DT22, DT36, Khang dân đột biến, DT38, PD2, CL9 Đặc biệt giống DT10 của Viện

Di truyền NN Việt Nam được chọn tạo năm 1989 từ xử lý đột biến bằng chiếu xạ hạt khô giống C4-63 liều 200 Gy Đây là giống chịu bệnh và chống đổ tốt, đã được trồng ở miền Bắc với diện tích khoảng 1 triệu ha (chiếm 33% diện tích trồng lúa thập kỷ 90) Giống lúa Khang dân đột biến được chọn tạo năm 2003 từ xử lý chiếu xạ tia gamma hạt khô giống lúa Khang dân liều 100 Gy với đặc tính bông to hơn, chống chịu tốt hơn giống gốc, được trồng khoảng 100.000 ha/năm (Lê Huy Hàm và cs., 2015)

Giống lúa DT39 Quế Lâm được chọn tạo từ xử lý chiếu xạ tia gamma giống lúa Bắc thơm 7, có năng suất cao hơn giống gốc 10 – 15%, chất lượng tương đương và chịu rét khá (Đào Thanh Bằng và cs., 2011, 2013)

Một số giống lúa siêu cao sản như NPT3 (9 – 10 tấn/ha) được chọn tạo từ chiếu xạ tia gamma hạt khô giống lúa ĐH18 liều 300 Gy; giống BQ từ chiếu xạ tia gamma hạt khô giống QK liều 250 Gy; giống TQ14 cũng từ chiếu xạ tia gamma hạt khô giống Bao thai liều 250 Gy (Trần Duy Quý và cs., 2015)

Ứng dụng đột biến trong chọn tạo giống lúa có hàm lượng axit phytic thấp: Như các nghiên cứu đã chỉ ra, hạt càng chứa hàm lượng axit phytic, myo-inositol 1, 2, 3, 4, 5, 6 – hexakisphosphate (IP 6) cao thì thành phần các chất khoáng khác như sắt, kẽm càng thấp Ngoài ra, axit phytic còn là chất khó được tiêu hóa cũng như hấp thụ ở ruột của người và một số động vật không nhai lại Vì vậy, các dòng đột biến (thế

hệ M3, M4, M5) từ hai giống lúa OMCS2000 và OM1490 (chiếu xạ liều 200Gy) cùng với các giống lúa địa phương đã được khảo sát nhằm chọn được dòng đột biến có hàm lượng axit phytic Một số dòng đột biến chọn được như 47, 64, 144, 158 và 274 Bên cạnh đó là các giống bản địa như OM4498, OM2517, OM5731, Nang Quot Do, Ca Ro, Lua Lun, Nep Ao Vang, Nep Mau Luon, Nep Hat To có hàm lượng axit phytic chỉ ở mức 0.465 µg P Các kết quả này sẽ rất có giá trị trong công tác chọn tạo giống lúa có hàm lượng axit phytic thấp Theo thống kê của Viện Lúa ĐBSCL, từ năm 2009 đến nay, Viện đã chọn tạo được 30 dòng/giống lúa

có triển vọng được phát hiện chịu mặn và/hoặc kế thừa qua nhiều lần thanh lọc trong phòng thí nghiệm và bể nhà lưới Những dòng/giống này đang được Viện phối hợp khảo nghiệm, đánh giá tại các tỉnh Sóc Trăng, Kiên Giang, Bến Tre, Bạc Liêu, (Nguyễn Thị Lang và cs., 2012)

Giống lúa BN được chọn tạo từ gây đột biến giống lúa IR50404, cho thấy có khả năng thích nghi trên vùng đất phèn, chịu hạn ở Đồng Tháp, Trà Vinh và Hậu Giang với diện tích được gieo trồng 400 – 500

ha Giống BN kháng rầy, đạo ôn, bệnh cháy lá, lúa von, và cho gạo có phẩm chất tốt (bạc bụng 5%, mềm cơm, ) Hiện tại, giống lúa BN2 (cải tiến từ giống BN) được tác giả đánh giá là giống khá lý tưởng, có thể đưa vào sản xuất trên diện rộng trong thời gian tới Giống VND95-20 của Viện KHKT NN miền Nam là một trong 5 giống lúa xuất khẩu chủ lực với diện tích gần 200.000 ha

Giống lúa VND95-20 ra đời năm 1999 bằng phương pháp đột biến (chiếu xạ tia gamma liều 200 Gy) là một trong những giống xuất khẩu chủ lực, có TGST ngắn (90 – 95 ngày), thân cứng, năng suất cao (6 – 9 tấn/ha), chất lượng tốt (hạt dài, hàm lượng amylose 20- 22%), thích ứng rộng (đất phèn, mặn, trũng), kháng trung bình với rầy nâu, diện tích gieo trồng đạt 300.000 ha/năm Giống VND99-3 ra đời năm 2004, cũng được

các nhà khoa học của Viện Khoa học Nông nghiệp miền Nam chọn tạo bằng phương pháp đột biến từ giống gốc Nàng Hương, với các đặc điểm nổi bật chính sau: TGST ngắn (90 – 100 ngày), thân cứng, năng suất cao (5 – 8 tấn/ha), chất lượng tốt, chịu được điều kiện bất lợi (phèn, mặn) và kháng rầy nâu (Đỗ Khắc Thịnh và cs., 2013)

Viện lúa Đồng bằng sông Cửu Long cũng chọn tạo thành công và đưa ra sản xuất hai giống lúa OM2717, OM2718 vào năm 2004 từ xử lý chiếu xạ tia gamma giống gốc TNDB100 và giống Lúa móng chim rơi Các giống này đều có TGST ngắn (90 – 95 ngày), năng suất cao (4 -7 tấn/ha), chất lượng tốt, thích ứng rộng, kháng trung bình với bệnh đạo ôn (Trần Thị Thanh Xà và cs., 2016)

Hai giống lúa thơm, chất lượng là ST đỏ và ST20 cũng được chọn tạo bằng phương pháp đột biến và đã được công nhận là giống sản xuất thử (Trần Tấn Phương và cs., 2015)

Bằng phương pháp chiếu xạ hạt nảy mầm giống lúa Sỏi mùa, hai dòng lúa CTUSM1 và CTUSM2 đã được chọn lọc với đặc tính ngắn ngày (TGST < 100 ngày), chịu mặn giai đoạn mạ ở nồng độ 12dSm-1(Quách Thị Ái Liên, 2013, 2014)

Xử lý chiếu xạ tia gamma một số giống lúa đặc sản như Tám Xuân Đài, Tám thơm, Nếp cái Hoa vàng, đã thu được một số dòng lúa đột biến với đặc điểm hình thái, nông học, năng suất được cải thiện hơn so với giống gốc (Nguyễn Minh Tuấn và cs., 2016, 2017; Nguyễn Văn Tiếp và cs., 2016)

Nhóm chọn giống bằng đột biến của Viện Khoa học Nông nghiệp miền Nam và Trung tâm Kỹ thuật Hạt nhân thành phố Hồ Chí Minh cũng nhận được giải thưởng thành tựu nhờ các giống lúa chất lượng tạo

ra từ đột biến đã đóng góp rất tích cực vào tăng giá trị xuất khẩu gạo của Việt Nam

Để tôn vinh các tập thể, các nhà khoa học đã đóng góp vào an ninh lương thực bằng việc sử dụng bức xạ trong chọn tạo giống cây trồng, ngày 24 tháng 9 năm 2014, nhân dịp kỷ niệm lần thứ 50 thiết lập quan hệ đối tác chiến lược giữa Cơ quan Năng lượng Nguyên tử Quốc tế (IAEA)

và Tổ chức Lương thực và Nông nghiệp Liên Hợp Quốc (FAO) đã trao một số giải thưởng ghi nhận các đóng góp của các tổ chức, cá nhân đóng góp về lĩnh vực này trên toàn thế giới gồm 2 loại: giải thưởng “Thành tựu” và giải “Thành tựu xuất sắc”, Việt Nam là một trong 5 nước trên thế giới đã vinh dự nhận được giải “Thành tựu xuất sắc” nhờ những đống góp lớn lao về kinh tế cũng như đảm bảo an ninh lương thực mà các giống đột biến lúa và đậu tương đột biến do Viện Di Truyền Nông Nghiệp tạo ra mang lại

1.2 Bệnh bạc lá lúa

1.2.1 Nguyên nhân và triệu chứng bệnh

Bệnh bạc lá lúa do vi khuẩn Pseudomonas oryzae gây nên, về sau Downson đổi tên lại là Xanthomonas oryzae pv oryzae Downson hay thường gọi tắt là Xanthomonas oryzae pv oryzae

Bệnh bạc lá lúa phát sinh phá hoại suốt thời kỳ mạ đến khi lúa chín, nhưng có triệu chứng điển hình là thời kỳ lúa cấy trên ruộng từ sau khi đẻ nhánh - trỗ - chín sữa Triệu chứng trên mạ không đặc trưng nên

dễ nhầm lẫn với các hiện tượng khô đầu lá do sinh lý Vi khuẩn hại mạ gây ra triệu chứng ở mép lá, đầu lá với những vệt có độ dài ngắn khác nhau, ban đầu có màu xanh vàng sau đó chuyển nâu bạc rồi khô xác Trên lúa cấy, triệu chứng bệnh thể hiện rõ rệt hơn, tuy nhiên có thể biến đổi ít nhiều tuỳ theo giống và điều kiện ngoại cảnh Vết bệnh từ mép lá, đầu lá lan dần vào trong phiến lá hoặc kéo dài theo gân chính; nhưng cũng có vết bệnh từ ngay giữa phiến lá lan rộng ra Vết bệnh lan rộng

theo đường gợn sóng màu vàng; mô bệnh ban đầu xanh tái, vàng lục, nâu bạc rồi khô xác

Theo kết quả nghiên cứu của Bộ môn Bệnh cây, Trường Đại học Nông nghiệp I, có hai loại hình triệu chứng của bệnh bạc lá lúa là: bạc lá gợn vàng và bạc lá tái xanh (Vũ Triệu Mân, 2007) Loại hình bạc lá gợn vàng phổ biến trên hầu hết các giống và các mùa vụ; còn loại hình bạc lá tái xanh thường chỉ thấy xuất hiện trên một số giống lúa, đặc biệt đối với các giống lúa ngắn ngày, chịu phân, phiến lá to, thế lá đứng, ví dụ như giống T1, X1, NN27…

Thông thường, ranh giới giữa mô bệnh và mô khoẻ được phân biệt

rõ ràng, có giới hạn theo đường gợn sóng màu vàng hoặc không vàng, có khi chỉ là một đường viền màu nâu đứt quãng hay không đứt quãng Trong điều kiện nhiệt độ, ẩm độ cao, trên bề mặt vết bệnh dễ xuất hiện những giọt dịch vi khuẩn hình tròn nhỏ, có màu vàng, khi keo đặc có màu nâu hổ phách

1.2.2 Quy luật phát sinh, phát triển bệnh

Ở miền Bắc nước ta, bệnh có thể phát sinh, phát triển trên tất cả các vụ trồng lúa, tuy nhiên thường phát sinh và gây tác hại lớn trong vụ mùa Bệnh có thể phát sinh sớm vào tháng 8, khi lúa làm đòng, trỗ, chín sữa với các trà lúa sớm Đối với các giống lúa mẫn cảm, bệnh thường bị rất sớm và khá nặng, giảm năng suất nhiều Các trà lúa cấy muộn trỗ vào tháng 10 thường bị bệnh nhẹ hơn, tác hại của bệnh cũng ít hơn Nhìn chung, bệnh phát triển mạnh vào giai đoạn cây lúa dễ nhiễm bệnh nhất là lúc lúa làm đòng và chín sữa (Vũ Triệu Mân, 2007)

Vi khuẩn Xanthomonas Oryza pv Oryzae phát triển tối ưu trong kiện nhiệt độ 28oC (http://microbe.dna.affrc.go.jp/Xanthomonas), vì vậy bệnh bạc lá cũng phát sinh, phát triển mạnh và truyền lan nhanh trong điều nhiệt độ và độ ẩm cao Nhiệt độ đảm bảo cho bệnh phát triển, còn

ẩm độ có ý nghĩa quyết định đến mức độ bệnh, mưa gió lại tạo điều kiện cho bệnh truyền lan Vì thế mà bệnh thường phát sinh, phát triển mạnh vào khoảng tháng 7- 8, do trong thời gian này, những cơn mưa không những tạo vết thương trên lá mà còn làm cho vi khuẩn sinh sản nhanh, số lượng keo vi khuẩn hình thành nhiều, tạo điều kiện cho sự xâm nhiễm và truyền lan nhanh chóng

Chân đất cũng là một yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến sự phát sinh, phát triển của bệnh Những vùng đất màu mỡ, nhiều chất hữu cơ bệnh thường phát sinh, phát triển mạnh hơn những vùng đất xấu, cằn cỗi Nơi đất chua, úng ngập hoặc mực nước sâu, đặc biệt là những vùng đất hẩu, nhiều mùn, ruộng lúa bị che bởi bóng cây sẽ bị bệnh nặng hơn

Về yếu tố dinh dưỡng, các dạng đạm vô cơ dễ làm cây lúa nhiễm bệnh mạnh hơn đạm hữu cơ; phân xanh bón vùi cũng làm cho lúa dễ nhiễm bệnh hơn bón phân chuồng ủ hoai mục Ở vụ xuân, có thể bón đạm với số lượng cao hơn vụ mùa Bón phân sâu, bón tập trung, bón nặng đầu nhẹ cuối, bón thúc sớm làm cho cây lúa đẻ nhánh tập trung, đẻ nhanh thì bệnh bạc lá sẽ nhẹ hơn so với bón phân rải rác và bón muộn Nếu bón đạm cân đối với lân và kali thì bệnh nhẹ hơn nhiều so với việc bón phân riêng rẽ và mất cân đối Tuy nhiên, với lượng đạm bón 120-

150 kg N/ha thì dù có bón thêm lân và kali cũng không còn tác dụng

Yếu tố giống: nhìn chung các giống lúa đang trồng trong sản xuất hiện nay đều có thể nhiễm bệnh bạc lá nhưng ở các mức độ khác nhau Bệnh này cũng rất dễ phát sinh thành dịch, nhất là ở những nơi gieo cấy giống nhiễm bệnh Các giống lúa địa phương cũ như Di Hương, Tám Thơm bị bệnh rất nhẹ, còn các giống lúa mới nhập nội có năng suất cao, thấp cây, phàm ăn, phiến lá to thì hầu như nhiễm bệnh tương đối nặng như CR203, DT10 , hay một số giống nhập nội từ Trung Quốc

1.2.3 Đặc điểm truyền lan và bảo tồn

Vi khuẩn xâm nhập có tính chất thụ động, có thể xâm nhập qua thuỷ khổng, khí khổng ở trên chóp lá, mép lá, đặc biệt qua vết thương cơ giới Khi tiếp xúc với bề mặt có màng nước, vi khuẩn dễ dàng di động, xâm nhập vào bên trong và theo các bó mạch lan rộng đi Trong điều kiện mưa ẩm, thích hợp cho sự phát triển của vi khuẩn, trên bề mặt vết bệnh tiết ra những giọt dịch vi khuẩn Thông qua sự va chạm giữa các lá lúa, bệnh có thể truyền lan Tuy bệnh bạc lá có cự ly truyền lan hẹp song còn tuỳ thuộc vào điều kiện mưa bão xảy ra vào cuối vụ chiêm và trong

vụ mùa mà bệnh có thể truyền lan tới phạm vi không gian tương đối rộng

Đối với các bệnh do vi khuẩn gây ra nói chung, biện pháp phòng trừ bằng thuốc bảo vệ thực vật là rất khó khăn và hiệu quả chỉ đạt từ 50-60% Mặt khác, bệnh bạc lá lúa có tính chất xâm nhập rất nhanh và đồng loạt, không có ổ bệnh ban đầu nên rất khó cho nông dân kịp thời phát hiện và chủ động phòng trừ

Về nguồn bảo tồn của bệnh, có nhiều ý kiến khác nhau được đưa

ra Các tác giả Nhật Bản cho rằng, nguồn bệnh tồn tại chủ yếu trên một

số cỏ dại họ hoà thảo Một số tác giả Trung Quốc lại cho rằng nguồn bệnh chủ yếu của bệnh là trên hạt giống Còn ở Việt Nam, theo nghiên cứu của bộ môn Bệnh cây, trường Đại học Nông nghiệp I đã kết luận: nguồn bệnh bạc lá tồn tại ở hạt giống và tàn dư cây bệnh là chủ yếu Ngoài ra nó cũng bảo tồn ở dạng viên keo trên các cây cỏ dại như: cỏ lồng vực, cỏ môi, cỏ lá tre, cỏ tranh, cỏ gừng bò, cỏ gà nước (Vũ Triệu Mân, 2007)

1.2.4 Các chủng sinh lý

Vi khuẩn bạc lá rất phong phú và đa dạng về thành phần nòi Các nghiên cứu để phân chia các nòi thành các chủng sinh lý đều dựa trên độc tính gây bệnh của chúng trên các giống lúa khác nhau Tuy nhiên,

mỗi quốc gia lại gieo trồng các giống khác nhau vì thế để phân nhóm và

so sánh các chủng sinh lý giữa các quốc gia, các nhà khoa học của Viện Nghiên cứu lúa Quốc tế (IRRI) và Nhật Bản xây dựng nên hệ thống các dòng lúa phục vụ cho mục đích này Hệ thống này bao gồm các dòng NILs đƣợc tạo ra dựa vào việc lai chuyển các gen kháng vào nền gen của

3 giống IR24, Toyonishiki và Milyang 23 (bảng 1.2)

Bảng 1.2 Danh sách dòng NILs sử dụng cho nghiên cứu bệnh bạc lá Tên dòng Gen kháng Giống cho gen Giống nhận gen

IR-BB21 Xa21 O longistaminata IR24

IR-BB23 Xa23 O rufipogon IR24

IR-BB102 Xa1, Xa2 Te-tep Toyonishiki IR-BB103 Xa3 Chugoku 45 Toyonishiki

IR-BB108 xa8 PI231129 Toyonishiki

IR-BB202 Xa1,Xa2 Te-tep Miliang 23 IR-BB203 Xa3 Chugoku 45 Miliang 23

IR-BB208 xa8 PI231129 Miliang 23

(Nguồn: http://microbe.dna.affrc.go.jp/Xanthomonas/)

Ở Nhật Bản, có rất nhiều hệ thống phân loại nhóm nòi, nhưng theo

hệ thống của Noda và Ohuchi năm 1989 thì các chủng vi khuẩn

Xanthomonas oryzae pv oryzae phân thành 7 nhóm dựa vào khả năng

gây bệnh trên các giống lúa khác nhau, Philippin có sáu nhóm (nhóm I – nhóm VI)…

Còn ở Việt Nam, nghiên cứu thành phần nòi vi khuẩn cũng đã được tác giả Lê Lương Tề và Tạ Minh Sơn thực hiện năm 1987, dựa trên 8

dòng chỉ thị mang các gen kháng Xa2; Xa3; Xa4; xa5; Xa7; Xa10;

Xa11; Xa14 Các tác giả phân các nòi thành 10 nhóm (nhóm I - nhóm

X) Theo những nghiên cứu gần đây của Bùi Trọng Thuỷ dựa trên 11

dòng chỉ thị mang các gen kháng Xa1, Xa2; Xa3; Xa4; xa5; Xa7; Xa10;

Xa11; Xa12, Xa14, Xa21 thì thành phần nòi đã lên đến con số 13 (Bùi

Trọng Thủy và cs., 2009) Theo kết quả nghiên cứu của Cục Bảo vệ Thực vật về sự đa dạng di truyền một số chủng vi khuẩn gây bệnh ở miền Bắc bằng cặp mồi XOR đặc hiệu cho thấy 47 chủng phân lập được

phân chia thành 13 nhóm nòi (Cục Bảo vệ Thực vật, 2010) Điều đó

chứng tỏ thành phần các chủng nòi sinh thái ở miền Bắc Việt Nam rất đa dạng và phong phú

1.2.5 Một số thống kê thiệt hại do bệnh bạc lá gây ra trên lúa

Trên thế giới, bệnh bạc lá đã lan truyền ra nhiều vùng sản xuất lúa Trong vụ mùa ở miền Bắc nước ta có nhiều các giống lúa bị thiệt hại nghiêm trọng bởi bệnh ảnh hưởng sang cả vụ xuân Những năm gần đây, mật độ vi khuẩn gây bệnh tăng lên rất cao ở các vùng sản xuất lúa cộng với tác động của biến đổi khí hậu khiến cho bệnh không dừng ở việc gây hại ở phía Bắc mà đã xuất hiện ở nhiều tỉnh, thành vùng Đồng bằng sông Cửu Long và Nam Trung bộ

Theo số liệu thống kê của Bộ nông nghiệp và phát triển nông thôn, diện tích lúa nhiễm bệnh bạc lá năm 2013 là 135,4 nghìn ha, tăng gấp 6,5 lần so với năm 2010 Diện tích nhiễm tăng nhẹ từ năm 2010 đến năm

2011 và đột ngột tăng cao trong giai đoạn từ năm 2011 đến năm 2012 Diện tích lúa bị nhiễm nặng dẫn đến mất trắng vào năm 2013 là hơn 9,5 ngàn ha Tình trạng mất trắng vẫn diễn ra và tăng cao trong các năm trở lại đây tập trung nhiều tại các tỉnh phía Bắc và một số tỉnh vùng đồng bằng sông Cửu Long(https://www.vnu.edu.vn/ttsk/?C1654/N18042/Cac-

hoc-dich-benh-trong-nong-nghiep.htm)

nha-khoa-hoc-cua-dHQGHN-phat-trien-phuong-phap-kiem-soat-sinh-Theo thống kê của Trung tâm Bảo vệ thực vật phía Nam trung bình có từ 50.000-60.000ha diện tích lúa bị bệnh mỗi vụ và hầu như các giống lúa chất lượng cao đều bị nhiễm bệnh và hiện chưa tìm ra giống lúa kháng hoàn toàn (https://baocantho.com.vn/giai-phap-toi-uu-phong-tru-benh-chay-bia-la-a112577)

Vụ mùa năm 2016, do ảnh hưởng liên tiếp của nhiều đợt giông bão cộng thêm yếu tố giống và các kỹ thuật chăm bón không hợp lý đã làm bệnh bạc lá lây lan rộng, hàng chục nghìn ha lúa mùa tại các tỉnh đồng bằng sông Hồng, trung du miền núi phía Bắc bị thiệt hại Tại Ninh Bình, tổng diện tích nhiễm bệnh bạc lá, đốm sọc vi khuẩn lên tới gần 8 nghìn

ha, nhiều diện tích bị ảnh hưởng năng suất (http://baoninhbinh.org.vn)

Vụ mùa 2018, bệnh bạc lá gây hại nghiêm trọng ở các tỉnh phía Nam, diện tích nhiễm 21.780 ha, trong đó nhiễm nặng là 607 ha, phân bố tập trung tại các tỉnh Tiền Giang, Đồng Tháp, Hậu Giang, Kiên Giang, Long An, An Giang (Cục BVTV 27/7/2018)

Có thể thấy, bệnh bạc lá vẫn luôn là một trong những bệnh gây hại nghiêm trọng trên cây lúa cũng như có sự lây lan, phân bố ngày càng rộng Và biện pháp hạn chế bệnh hiệu quả nhất hiện nay vẫn là sử dụng giống kháng bệnh

1.3 Chỉ thị phân tử trong chọn giống đột biến

1.3.1 Chỉ thị phân tử và phân loại

Chỉ thị phân tử (CTPT) là các chỉ thị chọn lọc trực tiếp dựa trên cấu trúc phân tử ADN Số lượng các chỉ thị ADN là rất lớn Cây trồng có khoảng

108 – 1010 nu trong ADN tổng số và vì thế, nếu giữa 2 cá thể chỉ cần có sự sai khác nhỏ thì giữa chúng sẽ có một số lượng khổng lồ các chỉ thị ADN để

phân biệt sự sai khác đó Theo lý thuyết, một chỉ thị ADN lý tưởng phải đáp ứng đầy đủ các yêu cầu sau:

- Cho đa hình cao

và chỉ thị dựa trên cơ sở nhân bản ADN hay còn gọi là PCR sẽ có các loại sau:

- Chỉ thị RAPD (Random Amplified Polymorphic DNAs – Đa hình các đoạn ADN được nhân bản ngẫu nhiên): là mồi được thiết kế ngẫu nhiên (thông thường có chiều dài từ 6 – 10 nu) Các mồi này sẽ bắt cặp một cách ngẫu nhiên vào ADN khuôn ở vị trí bất kỳ nào mà tại đó có trình tự

bổ sung với nó Sự đa hình phát hiện được có thể là do sự thay đổi nu ở

vị trí gắn mồi hoặc sự thêm hay mất nu nằm trong vùng khuyếch đại

- Chỉ thị AFLP (Amplified Fragment Length Polymorphism - Đa hình chiều dài các đoạn ADN được khuyếch đại): dựa trên sự nhân bản các đoạn ADN đã được cắt bởi enzym giới hạn, thường dùng đồng thời 2 enzym giới hạn (ví dụ EcoRI và MseI) Kỹ thuật này được đánh giá là nhanh chóng và có hiệu quả trong việc xác định tính đa dạng ở cây trồng, tách dòng và lập bản đồ phân tử

- Chỉ thị Microsatellite (Chỉ thị vi vệ tinh): Đây là nhóm các chỉ thị được thiết kế dựa trên những trình tự lặp lại, có kích thước khác nhau, đặc trưng cho loài thuộc hệ sinh vật nhân chuẩn Eukaryote Trong các nghiên cứu trên cây lúa, nhóm chỉ thị này được sử dụng rất nhiều gọi là các mồi

RM (Rice Microsatellite) Cho đến nay đã có hàng chục nghìn các mồi

RM được thiết kế dựa trên thông tin về trình tự hệ gen của cây lúa, phục

vụ rất lớn cho công tác nghiên cứu

- Chỉ thị STS (Sequence Tagged Site - Điểm mục tiêu đã biết trình tự): Đây là loại CTPT có tính chính xác cao nhưng để sử dụng thì cần phải có được thông tin về trình tự của đoạn nghiên cứu Với tính kháng bạc lá ở cây lúa, một số marker STS liên kết với gen kháng bạc lá đã được tìm thấy, phục vụ rất hữu ích cho công tác chọn tạo giống kháng Một số chỉ thị STS liên kết gen kháng bệnh bạc lá được tìm ra như marker Npb235

liên kết với gen Xa1 với khoảng cách 3.3cM; liên kết với gen Xa2 với khoảng cách 3.4cM; Npb181 liên kết với gen Xa3 với khoảng cách 2.3cM; Npb78 và Npb181 liên kết với gen Xa4 với cùng khoảng cách 1.7cM (Yoshimura và cs., 1992) Gen kháng Xa21 liên kết rất chặt

(khoảng cách từ 0-1cM) với các marker pTA248, pTA818 và RG103 (Ronald và cs., 1992)

- Chỉ thị RGA (Resistance Gene Analog - Vùng tương đồng gen kháng): Khi so sánh trình tự ADN của những gen kháng đã phân lập từ nhiều loài thực vật khác nhau, các nhà khoa học đã phát hiện ra rằng những gen này có chung những vùng nhắc lại giàu leucine (LRR - Leucine Rich Repeat), vùng vị trí liên kết nu (NBS – Nucleotide Binding Site) và vùng protein kinaza (PK) (Chu và cs., 2005) Những vùng này đã được sử dụng trong việc xây dựng một kỹ thuật dựa trên PCR, đó là kỹ thuật RGA Bản chất của kỹ thuật RGA là những cặp mồi được xây dựng dựa vào những vùng bảo tồn nằm trong gen kháng Bởi vậy mà sản phẩm

nhận dạng ADN có thể là một vùng hoặc toàn bộ gen kháng Kỹ thuật này đã được dùng để tách gen và lập bản đồ gen kháng

- Chỉ thị SNPs (Single Nucleotide Polymorphism – Đa hình nucleotit đơn): đây là loại chỉ thị có số lượng lớn và thể hiện sự đa dạng cho từng

cá thể riêng rẽ của cùng một loài Chỉ thị SNP rất thích hợp cho các phân tích số lượng lớn và tự động

Cho đến nay, có rất nhiều chỉ thị trên lúa đã được phát hiện và thiết kế, trong đó bao gồm các tính trạng quan trọng như năng suất, chất lượng, tính kháng sâu bệnh, chống chịu điều kiện bất thuận… Mỗi loại chỉ thị có những ưu nhược điểm riêng và việc lựa chọn chỉ thị phân tử trong nghiên cứu di truyền, chọn tạo giống hiện nay dễ dàng và thuận lợi hơn rất nhiều

1.3.2 Chỉ thị phân tử trong phân tích đa dạng di truyền

Một trong những ứng dụng của chỉ thị phân tử là để nghiên cứu, phân tích di truyền Việc phân tích sự sai khác di truyền giữa các dòng đột biến tạo ra từ một nguồn vật liệu là rất cần thiết Điều này không chỉ

có ý nghĩa xác định bản chất của các đột biến, xem các đột biến đó diễn

ra ở mức độ nào, tế bào, nhiễm sắc thể hay AND, cụ thể hơn, dựa vào sự

đa hình của từng chỉ thị ta có thể xác định được vị trí của sai khác Ngoài

ra, việc phân tích sai khác di truyền giữa các dòng đột biến sẽ giúp đánh giá được hiệu quả gây tạo đột biến cũng như định hướng sử dụng nguồn vật liệu một cách tốt nhất

Gần đây, chỉ thị SSR ngày càng được sử dụng rộng rãi cho việc phân tích đa dạng di truyền giữa các giống lúa SSR là chỉ thị dựa trên PCR, có tính chất đồng trội nên dễ dàng sử dụng và phân tích

Một số kết quả phân tích di truyền các giống lúa bản địa bằng chỉ thị SSR cho thấy các dòng lúa bản địa rất đa dạng về kiểu gen vì thế mức

độ tương đồng di truyền thường chỉ ở mức thấp (Thomson và cs., 2007; Herrera và cs., 2008; Wong và cs., 2009)

Trong khi đó, các kết quả khi nghiên cứu sự đa dạng di truyền giữa các dòng đột biến và dòng gốc được kết luận rằng độ tương đồng di truyền ở nhóm này dao động từ 0,7- 0,85 (Chen và cs., 2011; Kummar

và cs., 2012)

Nhìn chung các kết quả đều cho thấy tính ưu việt của chỉ thị SSR đối với phân tích đa dạng/sai khác di truyền không những cho tập đoàn nguồn gen bản địa mà còn hiệu quả đối với nguồn gen tạo ra từ gây đột biến nhân tạo

1.3.3 Chỉ thị phân tử trong chọn giống lúa kháng bạc lá

gen kháng Xa4 trong chương trình chọn tạo giống lúa lai

Gen Xa7 được lập bản đồ chi tiết dựa trên phân tích đa hình các

chỉ thị AFLP trên quần thể F3 của IR24 x IRBB7, chỉ thị M1 ở vị trí 107,3 cM trên bản đồ genom của lúa (Rice Genome Research Programe); dựa vào chỉ thị M1 này, số chỉ thị M2, M3, M4, M5, P3 liên

kết gần hơn với Xa7 đã được phát triển (Porter và cs., 2003)

Hai chỉ thị RZ28 và RG136 được công bố liên kết với gen lặn

xa13 ở khoảng cách lần lượt 5.1cM và 3.8 cM (Zhang và cs., 2009)

Cũng với gen lặn xa13, bốn chỉ thị liên kết chặt với gen này đã được

thiết kế là: E6a, SR6, ST9, SR11 (Chu và cs., 2005)

Gen kháng Xa21 lần đầu tiên được phát hiện trên một loài lúa dại

Oryza longistaminata và lập bản đồ trên NST số 11 với chỉ thị liên kết

chặt (khoảng cách từ 0-1cM) là pTA248 và RG103 (Ronald và cs.,

1992) Gen Xa21 khi đó được đánh giá là gen có phổ kháng rộng, kháng

được nhiều chủng vi khuẩn của nhiều nước (Wang và cs., 1996)

Theo số liệu tổng hợp năm 2014 (Khan và cs., 2014), có 38 gen

kháng bệnh bạc lá đã được công bố bao gồm: Xa1, Xa2, Xa3/Xa26, Xa4,

xa5, Xa6, Xa7, xa8, xa9, Xa10, Xa11, Xa12, xa13, Xa14, xa15, Xa16, Xa17, Xa18, xa19, xa20, Xa21, Xa22(t), Xa23, xa24(t), xa25/Xa25(t), Xa25, xa26(t), Xa27, xa28(t), Xa29(t), Xa30 (t), xa31(t), Xa32(t), xa33(t), xa34(t), Xa35(t), Xa36(t) Các gen lặn bao gồm: xa5, xa8, xa9, xa13, xa15, xa19, xa20, xa24, xa25/Xa25(t), xa26(t), xa28(t), xa31(t), xa33(t), and xa34(t) Trong số 38 gen kháng, có 10 gen được định vị trên

NST số 4; trên NST số 5 có gen xa5; trên NST số 6 có gen Xa7; trên NST số 8 có gen xa13; và trên NST số 11 có 6 gen

Xa3, Xa4, Xa10, Xa21, Xa22, và Xa23 Các gen còn lại vẫn chưa có công

bố nào rõ ràng về NST mà chúng định vị Đến năm 2015, gen kháng bạc

lá thứ 40 (Xa40) trên NST 11 với hai chỉ thị liên kết hai đầu là RM27320

và ID55 (Kim và cs., 2015) Và đến năm 2018 tổng số 42 gen kháng bạc

lá đã được công bố (Busungu và cs., 2018); trong đó bao gồm 29 gen trội

và 13 gen lặn (http://www.shigen.nig.ac.jp/ rice/ oryzabase/gene/list) Tất cả các thông tin về gen kháng và chỉ thị liên kết với chúng sẽ là nguồn dữ liệu quý giá mà các nhà chọn giống có thể khai thác và ứng dụng vào chương trình chọn tạo giống cụ thể nhằm nâng cao hiệu quả chọn lọc đồng thời giảm thời gian, công sức và chi phí

b Chủng vi khuẩn gây bệnh bạc lá và gen kháng hữu hiệu

Ngoài việc tìm hiểu các gen kháng và CTPT liên kết gen kháng, việc nghiên cứu, đánh giá tác nhân gây bệnh để đánh giá hiệu quả của các gen kháng trước khi áp dụng cũng rất quan trọng vi khuẩn gây bệnh bạc lá có tính biến chủng nhanh theo thời gian cũng như các vùng địa lý Trong khi đó, mỗi gen chính thường chỉ kháng được một hoặc một vài chủng gây bệnh nhất định Chính vì vậy, việc xác định gen kháng hiệu quả đối với các chủng nòi địa lý của từng vùng cần được khảo sát thường xuyên để định hướng cho chọn giống

Các gen trội Xa7, Xa21 và gen lặn xa5 được đánh giá có phản ứng kháng (R) đến kháng vừa (M) với tất cả 10 chủng vi khuẩn Xoo gây bệnh bạc lá ở miền Bắc Việt Nam; đây là ba gen Xa - rất có ý nghĩa trong việc

sử dụng lai tạo, chọn lọc các giống lúa chống bệnh bạc lá (Bùi Trọng Thuỷ và cs., 2004)

Trong nghiên cứu đánh giá tính kháng/nhiễm của 41 mẫu vi khuẩn

Xoo vùng Đồng Bằng Sông Cửu Long trên bộ chỉ thị gồm 10 dòng đẳng

gen chứa 10 gen kháng bệnh khác nhau, gen xa5 được đánh giá có hiệu lực kháng bệnh cao nhất, kế đến là Xa7, Xa21 và xa13 (Hoàng Đình

Đình và cs., 2008)

Một nghiên cứu khác đánh giá độc tính của 20 chủng vi khuẩn

Xoo phân lập ở một số tỉnh miền Bắc trên một số dòng NILs và dòng lúa

triển vọng cũng có kết luận tương tự rằng gen xa5, Xa7, xa13 và Xa21 là

các gen kháng rất hữu hiệu và khuyến cáo công tác chọn tạo giống kháng cần tập trung vào 4 gen này (Nguyễn Thị Hồng và cs., 2010)

Trong nghiên cứu, khảo sát tính kháng của một số dòng mang đa gen kháng phục vụ chọn tạo giống lúa kháng bạc lá bền vững chỉ ra rằng

các tổ hợp gen (Xa4 + Xa21), (xa5+Xa21), (Xa4+xa5+Xa7),

(Xa4+Xa7+Xa21) và (xa5+Xa7+xa13) kháng cao với chủng vi khuẩn

đại diện của các tỉnh miền Bắc; các dòng IRBB52, IRBB54, IRBB61,