2.2.8.1 Cơ sở khoa học của chọn giống chống bệnh bạc lá
Tính kháng bệnh là một tiến trình năng ñộng ñược xác ñịnh bởi kiểu gen của 2 phía: ký sinh và ký chủ [1]. Năm 1971 thuyết “gen ñối gen” của Flor ñã chỉ ra rằng: ''ðối với mỗi gen kiểm soát tính chống bệnh ở ký chủ thì có một gen ñặc thù kiểm soát tính gây bệnh trong ký sinh''. Nghiên cứu di truyền phân tửñã khẳng ñịnh lại giả thuyết “gen ñối gen” với quy mô phân tử AND. Sự kích thích phản ứng tự vệ của thực vật ñược bắt nguồn từ sự ghi nhận tín hiệu phân tử ñặc biệt, người ta dùng thuật ngữ “elicitor”. Những “elicitor”
này ñã ñược mã hoá một các trực tiếp hoặc gián tiếp bởi các gen không ñộc. Người ta cho rằng những gen kháng sẽ mã hoá các “elicitor” ñối với từng
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ khoa học Nông nghiệp ………23
“elicitor” riêng biệt (Staskawicz và ctv, 1995) [32].
Vào những năm 80, Viện nghiên cứu lúa quốc tế (IRRI) ñã xác ñịnh bản chất di truyền tính kháng bệnh bạc lá lúa là do gen quy ñịnh.
Cơ chế chống bệnh bạc lá là cơ chế kháng chủñộng.
Theo thuyết ''gen ñối gen'' (Flor, 1956): Nếu vi khuẩn gây bệnh xâm nhập vào bên trong ký chủ mang gen alen gây bệnh thì gen kháng bệnh của ký chủ mới hoạt ñộng [4]. Khi ñó ký chủ có thể tiết ra các Phytoalanin ñể hạn chế sự phát triển của vi khuẩn gây bệnh, hoặc có thể làm tăng tính hoạt hoá của một số Enzyme trong cây.
Vi khuẩn gây bệnh bạc lá khi xâm nhập vào tế bào cây chủ, trong cây chủ sẽ xuất hiện phản ứng tự vệ. Phản ứng tự vệ ñó ñược ñịnh tính như sau: do sự gia tăng hoạt ñộng peroxydase; hiện tượng dự trữ lignin trong thành tế
bào; sự chết của tế bào cây chủ ñể bao bọc pathogen lại, còn gọi là phản ứng
ñốm nâu (browning); sự hạn chế vi khuẩn gia tăng quần thể (Reimers và ctv, 1992). Hai gen peroxydase POX8.1 và POX22.3 thể hiện xuyên suốt trong quá trình kháng bệnh xâm nhập (Chitoor và ctv, 1997). Phân tích trên bản ñồ
di truyền, người ta nghi nhận POX22.3 và một peroxydase khác POX5.1 (nhạy cảm khi có vết thương) ñịnh vị trên nhiễm sắc thể số 7 (Chitoor và ctv, 1998). ðể xác ñịnh nhiệm vụ của peroxydase trong cơ chế tự bảo vệ ñối với pathogen gây bệnh bạc lá, người ta nghiên cứu công thức gen chuyển nạp trên dây mạng mã gốc (sense) và dây ñối mã (antisense) những peroxydase cảm
ứng với pathogen (Wang và Leung.1999) [32].
Những nghiên cứu có tính chất hệ thống về gen kháng bệnh bạc lá ñược thực hiện tại Nhật Bản và Viện nghiên cứu lúa quốc tế (IRRI) từ năm 1960
ñến nay (Mew, 1987). Theo Shauaguchi, các nhà khoa học trên thế giới ñã xác ñịnh ñược 22 gen ñiều khiển tính chống bệnh bạc lá lúa là: Xa1, Xa2, Xa3, Xa4, xa5, Xa7, xa8, Xa10, Xa11, Xa12, xa13, Xa14, xa15, Xa16, Xa17, Xa18, xa19, xa20, Xa21, Xa22, Xa23 và Xa24 [32], [60]. Mới ñây tác giả Lee
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ khoa học Nông nghiệp ………24
K.S (2003) còn xác ñịnh thêm 3 gen kiểm tra tính chống bệnh bạc lá là:
xa26(t), Xa27(t), xa28(t) [51].
Một vài gen phổ biến ñã ñược sử dụng trong các chương trình cải tiến giống lúa, bên cạnh ñó chúng ta ñã ñồng hoá ñược 5 gen, ñó là: Xa1, xa5, Xa21, Xa26, Xa27 [32]. Cùng với việc xác ñịnh các gen kiểm tra tính chống thì việc xác ñịnh nhiễm sắc thể và vị trí sắp xếp của các gen ñó trên nhiễm sắc thể (NST) cũng phục vụñắc lực cho công tác chọn tạo giống chống bệnh. Gen
Xa1, Xa2, Xa12 nằm trên nhiễm sắc thể số 4, gen xa5 nằm trên nhiễm sắc thể
số 5, Xa7 nằm trên nhiễm sắc thể số 6, xa13 nằm trên nhiễm sắc thể số 8,
xa19 nằm trên nhiễm sắc thể số 10, các gen Xa3, Xa4, Xa10, Xa21, Xa23 nằm trên nhiễm sắc thể số 11… Tính chống bệnh của một cá thểñược kiểm tra bởi một gen ñơn trội (Xa4, Xa7, Xa21…) hay một gen ñơn lặn (xa5, xa8, xa13) hoặc hai gen liên kết (Xa1\Xa4, Xa4\Xa7, Xa1\Xa10…). Cũng có khi cùng nằm trên một nhiễm sắc thể: Xa1 và Xa2 cùng nằm trên nhiễm sắc thể số 4, gen Xa3 và Xa4 cùng nằm trên nhiễm sắc thể số 11 [50]. Tuy nhiên khả năng kháng bệnh bạc lá còn phụ thuộc vào ñộñộc của từng chủng và ñiều kiện sinh thái của mỗi vùng. Mà mỗi vùng ñịa lý khác nhau thì tồn tại những nòi sinh lý khác nhau, nên 1 gen có khả năng kháng nòi này nhưng không kháng ñược nòi khác. Khi xác ñịnh ñược nòi sinh lý, khu vực phân bố và khả năng chống của các gen ñối với nòi ñó thì sẽ có phương hướng chọn tạo giống chống bệnh phù hợp với từng vùng sinh thái khác nhau.
Các nhà khoa học trên thế giới ñã xác ñịnh ở Ấn ðộ có 9 chủng vi khuẩn gây bệnh bạc lá lúa. Trong ñó, những giống chứa gen xa5, kháng hầu hết các chủng có ở Ấn ðộ. Ở Philippin ñược xác ñịnh có 6 chủng và khả năng kháng cao nhất là những giống chứa gen xa5 và Xa21. Cụ thể gen xa5 có thể kháng chủng I, II, III, V, kháng vừa với chủng IV và nhiễm chủng VI. Trong khi ñó gen Xa21 có khả năng kháng tất cả các chủng vi khuẩn X. Oryzae có tại philippin [27]. Tại Thái Lan (1972 – 1977) có 3 nhóm chủng vi khuẩn là I, II,
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ khoa học Nông nghiệp ………25
III (Dẫn theo Eamchit và Mew 1982) [46].
Theo Zhang Qi và cộng sự (1998) các giống lúa ở Trung Quốc chứa các gen kháng chủ yếu là Xa2, Xa7 và Xa14 [63].
Theo Phan Hữu Tôn và Bùi Trọng Thuỷ, ở Trung Quốc, các giống chứa gen Xa2, Xa7, Xa14 kháng ñược hầu hết các chủng, tuy nhiên khi nhập nội các giống này vào Việt Nam và ñánh giá mức ñộ chống bệnh của gen Xa14ñã kết luận gen này không có khả năng chống ñược các chủng gây bệnh ở Việt Nam. Trong khi ñó, các gen xa5, Xa7, Xa21 lại kháng ñược hầu hết các chủng vi khuẩn gây bệnh ở Việt Nam [28].
Tuy nhiên, các nhà khoa học cho rằng ngoài gen kiểm tra tính chống bệnh trong nhân có thể có gen phụ và một số yếu tố khác cùng kiểm tra tính chống bệnh của giống ñó [61]. Vậy ñể xác ñịnh ñược các nòi sinh lí và khả
năng chống bệnh của từng gen, Viện nghiên cứu lúa quốc tế (IRRI) ñã tạo ra các dòng ñẳng gen chứa các gen chống bệnh bạc lá khác nhau trên thế giới. Các dòng này ñược tạo ra bằng phương pháp lai lại giữa giống IR24 và các giống chứa gen chống bệnh bạc lá khác nhau. Vì thế, chúng ñều có nền gen chung của IR24, chỉ khác nhau ở một gen chống bệnh bạc lá. ðiều này có nghĩa rằng, những gen phụ và các yếu tố cùng kiểm tra tính chống bệnh với gen chính giữa các dòng này là như nhau. Do vậy, có thể phân biệt ñược các nòi sinh lí dựa vào phản ứng của các nòi này với các gen chống khác nhau.
ðồng thời, cũng có thể xác ñịnh ñược khả năng chống của từng gen ñối với các chủng khác nhau.
2.2.8.2 Di truyền tính kháng bệnh
Cũng như các loài vi sinh vật gây bệnh khác, vi khuẩn Xathomnas oryzae
cũng tồn tại nhiều nòi sinh lý khác nhau ở một vùng sinh thái. Trong số các chủng vi khuẩn gây bệnh ở mỗi vùng thì có chủng gây bệnh phổ biến, có chủng gây bệnh ít phổ biến. Nếu giống ñưa ra sản xuất chỉ chứa gen chống
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ khoa học Nông nghiệp ………26
chủng vi khuẩn phổ biến (ñơn gen) mà không chống ñược các vi khuẩn ít phổ
biến thì các chủng ít phổ biến sẽ có cơ hội sinh sôi và trở nên phổ biến. ðiều này cho chúng ta thấy một giống chứa ña gen sẽ kháng bệnh bền vững hơn giống chứa ñơn gen. Do vậy người ta chú trọng tới việc chọn giống chứa ña gen kháng, giống có tính kháng ngang hơn là giống có tính kháng dọc. Người ta có thể chia tính kháng sâu bệnh thành hai nhóm:
* Tính kháng ngang, kháng dọc
- Tính kháng dọc (vertical resistance) còn ñược gọi là tính kháng chuyên biệt ñối với nòi, tính kháng không ñồng nhất, tính kháng chất lượng, tính kháng không bền vững.
- Tính kháng ngang (horizontance resistance) còn ñược gọi là tính kháng toàn phần, tính kháng ñồng nhất, tính kháng ña gen….
Sự khác nhau giữa tính kháng ngang và tính kháng dọc:
Tính kháng dọc Tính kháng ngang
- Sự chuyên tính của nòi cho phản ứng kháng hoặc nhiễm của cây chủ ñối với một nòi nào ñó của ký sinh.
- ðược kiểm soát bởi một gen. - Ít chịu ảnh hưởng của môi trường. - Rất hiệu quả ñối với một ít nòi nhưng không hiệu quả ñối với nhiều nòi khác. - Tạo nên bệnh chỉ cần một vài tác ñộng lây nhiễm ban ñầu.
- Sự không chuyên tính của nòi cho phản ứng kháng cới nhiều nòi không nhất thiết có cùng mức ñộ như nhau.
- ðược kiểm soát bởi ña gen.
- Chịu ảnh hưởng tương tác với môi trường.
- Có hiệu quả mức ñộ ñối với nhiều nòi cho dù không cùng mức ñộ như nhau. - Có suy giảm ảnh hưởng nhất ñịnh sau khi hình thành quần thể ký sinh ñủ mạnh trên cây chủ.
Do bản chất di truyền khác nhau nên khả năng kháng ngang, kháng dọc không giống nhau. Kháng dọc có tác dụng làm giảm nguồn bệnh ban ñầu và trì
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ khoa học Nông nghiệp ………27
hoãn sự bùng nổ của dịch bệnh. Thời gian tồn tại của khả năng kháng dọc phụ
thuộc vào sựña dạng di truyền trong quần thể ký sinh. Kháng ngang không làm giảm bớt nguồn bệnh ban ñầu nhưng lại làm giảm tốc ñộ phát triển của dịch bệnh. Do ñó, kháng ngang có tính kháng bệnh bền vững hơn kháng dọc [1].
* Tính kháng bệnh bền vững
Tính kháng bệnh bền vững là khả năng duy trì tính kháng trong khoảng thời gian dài trong môi trường sống thuận lợi cho ký sinh gây bệnh (Johnson,1984). Khả năng kháng bệnh bền vững có thể có ñược ở những giống chứa hai hay nhiều gen kháng ñặc thù với từng nòi sinh lý. Chỉ khi các nòi này ñồng thời tạo nên nhiều ñột biến ñộc lập mới có thể phá vỡ hàng dào kháng bệnh của giống ñó [1]. Với kỹ thuật PCR, người ta có thể tìm kiếm những gen kháng chính, những gen như vậy có thể nhanh chóng ñược phân lập và ñánh dấu phân tử. Nhờ vậy, sự phối hợp lại các gen kháng sẽ giúp cho tính kháng trở nên ổn ñịnh hơn.