Thu thập và nghiên cứu nguồn vật liệu khởi đầu là tiền đề quan trọng để giữ gìn nguồn gen, nghiên cứu tạo ra giống mới theo mục đích của con người.
- Nguồn gen cây lúa đã và đang được thu thập và bảo tồn trên thế giới trong đó Viện nghiên cứu quốc tế IRRI là một trong những trung tâm bảo tồn, lưu giữ và nghiên
cứu nguồn gen lúa rất lớn. Có khoảng 90.000 giống lúa trồng trên khắp thế giới đã được lưu giữ tại đây.
- Trung tâm quốc tế nghiên cứu nông nghiệp nhiệt đới CIAT ở Colombia được thành lập năm 1997 tại Pamira, với nhiệm vụ thu thập tập đoàn các loại giống cây trồng như lúa, đậu xanh, lạc,... của châu Mỹ nhiệt đới [2].
- Chương trình phân tích genome cây lúa tại Nhật Bản đã ghi nhận được 30.000 gen. Các nhà khoa học Nhật đã sử dụng 7.000 YAC (nhiễm sắc thể nhân tạo nấm men dùng làm vecto mang DNA) và 2.300 DNA marker để xây dựng bản đồ di truyền và bản đồ vật lý về cây lúa.
- Năm 1996, tập thể tác giả Đại học Cornell (Mỹ) đã công bố một phát hiện rất lý thú về lúa hoang dại Oryza rufipogon, nó có chứa các gen điều khiển năng suất cao liên kết chặt chẽ với QLT marker (QLT: Quantitative trait locus) [3].
Hiện nay trên thế giới, những nghiên cứu tạo giống lúa mới đều tập trung chủ yếu theo hai hướng: Hướng nghiên cứu cải thiện phẩm chất gạo đó là các giống lúa thơm đặc sản và các ứng dụng công nghệ sinh học để tạo ra các giống lúa có hàm lượng dinh dưỡng cao và khả năng chống chịu với điều kiện ngoại cảnh bất lợi tốt.
* Những thành tựu chọn tạo giống cho năng suất cao
Lúa có năng suất cao trước tiên phải kể là những nghiên cứu về lúa lai:
Thập kỷ 30 của thế kỷ 18 các nhà khoa học trên thế giới đã bắt đầu chú ý đến hiện tượng ưu thế lai ở thực vật. Kolereiter (1763) đã nghiên cứu ưu thế lai ở cây thuốc lá, ở cây ngô đã được Bell mô tả 1878 và đến năm 1904 Shull đã ứng dụng thành công. Nhờ áp dụng ưu thế lai, nhiều giống cây trồng cao sản, chất lượng đã được tạo ra với nhiều loại cây trồng [11]. Ở cây lúa, J.W.Jones (1926) là người đầu tiên báo cáo về sự xuất hiện ưu thế lai trên các tính trạng số lượng và năng suất. Thành công trong việc ứng dụng hiện tượng ưu thế lai ở lúa gạo tạo ra tổ hợp lai có ưu thế lai cao, đã được gieo cấy trên diện tích rộng, và thành tựu nổi bật nhất là của Trung Quốc trong 3 thập niên cuối thế kỷ 29 .
Quá trình lai lúa ở Nhật cho kết quả từ 1927. Các nhà khoa học Nhật Bản đã tạo ra được nhiều giống lúa Japonica lùn, thân cứng, có tiềm năng năng suất cao. Nhật Bản là quốc gia hàng năm đưa vào sử dụng giống mới nhiều nhất thế giới, có hơn 70% là giống mới trong sản xuất hàng năm, cũng chính vì vậy mà năng suất lúa của nước này luôn dẫn đầu thế giới.
Đầu những năm 1930 và 1940 các nhà khoa học của Nhật và Đài Loan đã tạo ra các giống Japonica thích hợp cho vùng khí hậu nhiệt đới gọi là “ponlai” .
Về thành tựu lúa lai trong những thập niên gần đây không thể không nhắc đến Trung Quốc: Thành tựu rực rỡ nhất về lúa lai là của Viên Long Bình, sau hai năm thí nghiệm ông đã thành công trong việc tạo ra giống lai năm 1976 và đã đưa ra sản xuất đại trà, thực sự đã có hiệu quả cao, năng suất cao hơn giống lúa bố mẹ từ 20 – 30%. Từ khi có lúa lai ba dòng ra đời, đã nhanh chóng được đưa vào sản xuất trong thực tế và đem lại hiệu quả kinh tế cao, năng suất có thể đạt tới 10 tấn/ha như Sán ưu 63, Sán ưu Quế 99,…[7]. Tuy nghiên cứu về lúa lai muộn hơn so với một số nước khác, nhưng năm 1974 đã giới thiệu tổ hợp lai cho ưu thế lai cao và quy trình sản xuất hạt lai 3 dòng năm 1975 . Đến năm 2001 Trung Quốc đã có 32 tổ hợp lai 2 dòng được đưa vào sản xuất trên diện rộng trên nhiều vùng lúa khác nhau, và đến năm 2002 đã có trên 10 dòng EGMS được sử dụng để tạo ra các tổ hợp lai 2 dòng dùng cho sản xuất lúa lai thương mại .
Việc nghiên cứu chọn tạo các giống lúa lai có năng suất cao đưa vào sử dụng ngày càng càng được mở rộng ở nhiều nước trên thế giới như: Trung Quốc (1976), Braxin (1976), Hàn Quốc (1989), Indonexia (1989), Triều Tiên (1980), Ấn Độ (1994), Mỹ (1994), Liên Bang Nga (2000) và Việt Nam (1992) .
Vào năm 1926, J.W.Jones (Mỹ) bắt đầu nêu vấn đề ưu thế lai của lúa khi khảo sát lúa ở Đài Loan. Tiếp đến là các nhà chọn giống trên thế giới như: B.S.Kadem (Ấn Độ, 1937), F.B.Brown (Malaixua, 1953),…cũng như các nhà khoa học của Nhật Bản, Trung Quốc, Hàn Quốc, Liên Bang Nga,….
* Chọn giống lúa chất lượng cao: Hiện nay, nhu cầu ăn no không phải là vấn đề của nhiều quốc gia, đặc biệt là các nước đang phát triển. Vì thế mà nhu cầu về lúa gạo chất lượng đang trở thành vấn đề được chú ý của nhiều nước. Đã có nhiều thành tựu về lúa chất lượng trên thế giới:
+ Nhật Bản cùng một số nước khác đang thực hiện một chương trình nghiên cứu nối tiếp các genome của giống lúa Japonica Nipponbere nhằm làm sáng tỏ nhiệm vụ của gen và áp dụng vào lai tạo giống chất lượng .
+ Một thành tựu lớn trong việc tạo ra giống lúa có chứa hàm lượng lớn Vitamin A do hai nhà khoa học là GS. Ingo Potrycus (Thụy Sĩ) và Dr Peter Bayer (Đức). Họ đã
thành công khi đưa vào cây lúa dại (TT 309) các gen của vi khuẩn (Ewinia) và cDNAs từ Nacissus Pseudorcissus để tạo thành hạt lúa màu vàng có chứa nhiều carotenid... .
* Chọn giống chống chịu với điều kiện bất thuận và sâu bệnh
+ Ngày nay, đã có nhiều thành tựu trong việc tạo ra giống chống chịu bằng chuyển gen: Các nhà khoa học đã chuyển gen tạo thành chất Trypsin của đậu rằn cho cây lúa để chống sâu đục thân năm vạch và sâu đục thân màu hồng .
+ Nhiều loại côn trùng gây hại, nấm, vi khuẩn,…trên cây lúa có tính đa dạng về địa lí và thời gian. Tính đa dạng này thường được biểu hiện thông qua sự khác biệt về độc tính và sự khác biệt về cây chủ có tính kháng. Phương pháp phân tích RFLP và RADP đã được áp dụng trong việc tạo ra các giống lúa kháng bệnh như.
* Kháng rầy nâu: Sự dụng RFLP để lập bản đồ gene kháng với rầy nâu đã được ghi nhận thông qua trường hợp thu nhận gene kháng từ lúa hoang dại Oryza australiensis vào lúa trồng Oryza sativa L. (Ishii và cộng sự, 1994).
* Kháng đạo ôn: Nhiều cứu bản đồ RELP nhằm mục đích phân lập các QTL điều khiển tính kháng bệnh đạo ôn, đã được thực hiện tại viện lúa IRRI (Wang và cộng sự, 1992). Nghiên cứu này đã tìm hiểu di truyền kháng bệnh đạo ôn trên giống Moroberekan, một giống lúa rẫy địa phương của Tây Phi có tính kháng đạo ôn ổn định (Bonman và Mackill, 1998).
* Kháng bệnh bạc lá: Các phân tích di truyền đã chứng minh có sự hiện diện của ít nhất 19 gene kháng bệnh bạc lá ở lúa (Ogawa và Khush, 1989; Kinoshita và cs, 1992). Người ta đã sử dụng quần thể phân ly để xác định tính đồng phân ly giữa RELP marker và các gen Xa-1, Xa-2, Xa-3, Xa-4, Xa-5, Xa-10 và Xa-21. Gen Xa-5, Xa-21 là những “gene tags”(vật đánh dấu gene) rất hữu dụng trong chọn lọc một chương trình lai, tạo ra các giống lúa kháng bệnh bạc lá có hiệu quả .