Trong công tác chọn giống cây trồng, các tính trạng được khảo nghiệm là những tính trạng liên quan đến năng suất, phẩm chất của sản phẩm và chủ yếu liên quan tới việc tăng cường tính chống chịu đối với sâu bệnh. Điều kiện ngoại cảnh bất lợi, những đặc điểm mong muốn về hình thái luôn bịảnh hưởng của điều kiện môi
Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp Page 30
trường hoặc không biểu hiện khi điều kiện ngoại cảnh không phù hợp. Vì vậy, việc chọn lọc theo kinh nghiệm sẽ kém hiệu quả và tốn thời gian. Chúng ta không thể
trực tiếp chọn lọc các gen quan tâm mà phải chọn lọc gián tiếp thông qua các chỉ thị
phân tử liên kết với gen.
Đến nay khoảng 40 gene liên quan đến tính kháng bệnh chính đã được lập trên bản đồ phân tử của cà chua (Grube et al, 2000; Chunwongse et al, 2002; Bai et al, 2003). Công nghệ chỉ thị phân tử DNA đã được sử dụng trong các chương trình tạo giống cà chua thương mại từ những năm 90 (Tanksley et al, 1989).
Các tính trạng được biểu hiện và di truyền theo định luật Menden đều có thể được sử dụng như chỉ thị. Tùy theo mức độ phát triển của khoa học mà khái niệm về chỉ thị ngày càng được mở rộng.
Chỉ thị kiểu hình: Thời kỳ đầu, các nhà chọn giống đã sử dụng các kiểu hình liên quan với nhau và được xem như chỉ thị kiểu hình để chọn giống. Sax (1923) đã xác định mối quan hệ giữa kích thước hạt và sắc tố vỏ hạt đậu rau Phaseolus vulgaris, nhờ đó có thể chọn giống có kích thước hạt mong muốn thông qua sắc tố vỏ hạt. Dạng chỉ thị kiểu hình này để lập bản đồ và chọn giống trong nhiều thập kỷ. Sử dụng chỉ thị kiểu hình trong nghiên cứu gene và chọn giống sẽ gặp một số khó khăn như
tính trội, tương tác các hiệu ứng (trội x trội, cộng x trội,...) (Kalloo, 1991).
Chỉ thị isozyme: Để khắc phục khó khăn khi dùng chỉ thị kiểu hình, các chỉ thị
isozyme đã được nghiên cứu trong những năm 70 và đầu những năm 80. Trong giai
đoạn này chỉ thị isozyme được dùng để lập bản đồ. Charles và cs đã tìm được mối liên kết giữa tính kháng bệnh tuyến trùng rễ và dạng Isozyme acid phosphatase, Aps-1. Mặc dù có rất nhiều thuận lợi hỗ trợ chọn giống nhưng chỉ thị này rất hạn chế về số
lượng và thường không có tính đa hình cao trong nhóm kiểu gene có quan hệ họ hàng. Chỉ thị DNA cho phép nghiên cứu những biến đổi trong vật liệu di truyền của cơ thể sống ở mức DNA. Ngoài việc ứng dụng trong nghiên cứu đa dạng di truyền của cây trồng hoặc cây tự nhiên, trên cơ sởđó tiến hành phân loại định danh và xác định kiểu gen của các cá thể; chỉ thị DNA còn có ý nghĩa lớn trong chọn giống cây trồng, giúp nhà chọn giống xác định nhanh, sớm và chính xác bản chất di truyền của đối tượng cần chọn giống.
Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp Page 31
Một chỉ thị di truyền cần phải có hai yêu cầu cơ bản: Có sự khác biệt giữa cơ
thể bố và cơ thể mẹ và nó cũng phải được di truyền lại chính xác cho hậu thế. Khác với hai loại chỉ thị hình thái và chỉ thị izozyme, các loại chỉ thị DNA rất phong phú do tính đa dạng của DNA, tính ổn định và không lệ thuộc của chúng vào các yếu tố
môi trường. Cùng với sự tiến bộ của Công nghệ sinh học hiện đại đã phát hiện ra các chỉ thị về DNA đã trở thành công cụđắc lực giúp các nhà di truyền chọn giống nghiên cứu một cách có hiệu quả. Biến đổi di truyền trong quần thể tự nhiên, xác
định mối quan hệ giữa các cá thể trong cùng một loài hoặc giữa các loài, và là cơ sở
cho việc phân loại dưới loài, phát hiện loài mới và mối quan hệ tiến hóa giữa loài và những nghiên cứu chi tiết hơn phát hiện những thay đổi trong genome mà các kỹ
thuật izozyme không giải quyết được.
Tùy theo bản chất và kiểu biểu hiện mà chỉ thị DNA được chia thành một số
nhóm: hybridization - based marker, PCR - based marker, DNA sequence - based marker. Chỉ thị DNA có thể tạo ra sự khác biệt giữa các kiểu gene thông qua điện di và nhuộm với hóa chất (ethidium bromide hoặc bạc) hoặc phát hiện bằng phóng xạ
hoặc các probe đã đánh dấu màu. Chỉ thị DNA có tác dụng nếu chúng phân biệt giữa các cá thể của cùng một loài hay khác loài. Các chỉ thị này gọi là chỉ thị đa hình, trong khi những chỉ thị không phân biệt được các kiểu gene gọi là chỉ thịđơn hình. Mặt khác, chỉ thị đa hình còn được chia ra 2 nhóm là chỉ thị đồng trội và chỉ
thị trội. Chỉ đồng trội cho thấy sự khác biệt được các kiểu gene đồng hợp tử và dị
hợp tử, trong khi đó chỉ thị trội chỉ cho biết có gene quan tâm hay không. Chỉ thị đồng trội mới có ý nghĩa trong chọn giống ở quần thể phân ly.
(A) (B)
Hình 1.4 Biểu hiện của (A) chỉ thịđồng trội, (B) chỉ thị trội
Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp Page 32
Chọn giống bằng chỉ thị phân tử là chọn lọc tính trạng dựa trên biểu hiện của chỉ thị liên kết với tính trạng, nghĩa là chỉ thị liên kết được sử dụng như là chỉ
tiêu chọn lọc gián tiếp. Về mặt lý thuyết, MAS sẽ giảm giá, tăng tính chính xác của quá trình chọn tạo giống. MAS cho phép chọn lọc các tính trạng không phụ thuộc vào mùa vụ trồng, chọn lọc ngay trong giai đoạn vườn ươm, không phải lây bệnh nhân tạo hay các phân tích khác. Đồng thời, chọn lọc bằng chỉ thị phân tử không phụ thuộc vào tác
động của các yếu tố môi trường trong quá trình chọn lọc. Đối với các tính trạng có hệ
số di truyền từ thấp đến trung bình, MAS có ý nghĩa rất quan trọng. Để phối hợp nhiều gene từ các nguồn khác nhau, MAS là công cụ vô cùng hữu ích.
Hiện nay, MAS là công cụ sử dụng thông thường trong tạo giống cà chua với những tính trạng di truyền chất lượng (chọn giống chống bệnh dọc: héo Fusarium, tuyến trùng, bọ phấn...) ở nhiều công ty giống (Monsanto, Syngenta, Sakata...). Rất ít sử dụng MAS để chọn lọc các tính trạng di truyền số lượng. Mặc dù MAS thể
hiện nhiều thuận lợi nhưng vẫn bộc lộ một số khó khăn sau: + Chi phí nghiên cứu phát triển, đánh giá chỉ thị cao
+ Không sẵn có các chỉ thị liên kết chặt với tính trạng mong muốn. Các chỉ
thị liên kết kém sẽ xuất hiện tần số trao đổi chéo lớn, chọn lọc kém chính xác. +Không sẵn có các chỉ thị phân tử dựa trên PCR. Các chỉ thị RFLP và AFLP không có tác dụng trong hầu hết các chương trình chọn giống.