Phần 2 Tổng quan tài liệu
2.5. Nguồn gen lúa và tình hình nghiên cứu bộ rễ lúa ở Việt Nam
VIỆT NAM
2.5.1. Nguồn gen lúa Việt Nam
Cây lúa (Ozyra sativa L.) là cây trồng chính ở Việt Nam, chiếm khoảng 70% tổng diện tích nơng nghiệp (FAOSTAT, 2013). Sự đa dạng về vị trí địa lý, địa hình tự nhiên của Việt Nam khiến cây lúa cũng thích nghi với nhiều điều kiện sinh thái khác nhau nhƣ: chủ động tƣới tiêu, nƣơng rẫy, canh tác nƣớc trời ở vùng đất thấp, vùng chiêm trũng, ven biển ngập mặn. Tuy nhiên, chủ yếu lúa đƣợc trồng trong điều kiện thâm canh, chủ động tƣới tiêu ở hai vùng đồng bằng lớn của Việt Nam là Đồng bằng châu thổ sông Hồng và Đồng bằng châu thổ sông Cửu Long. Đây cũng là hai vùng cung cấp sản lƣợng lúa gạo lớn nhất cả nƣớc với diện tích thu hoạch chiếm trên 50% tổng diện tích thu hoạch hàng năm của cả nƣớc, với 2 đến 3 vụ lúa trong năm (GRiSP, 2013). Miền Bắc Việt Nam đƣợc cho là nằm trong vùng trung tâm khởi nguyên của lúa trồng Châu Á, nằm trong trung tâm đa dạng di truyền của lúa trồng Châu Á, do đó, nguồn gen cây lúa ở Việt Nam, đặc biệt là Miền Bắc Việt Nam có độ đa dạng rất cao (Fukuoka et al., 2003). Để tránh việc mất dần đi các nguồn gen quý trong tự nhiên, nhất là ở các vùng canh tác có điều kiện ngoại cảnh bất lợi, chính phủ Việt Nam đã có chƣơng trình thu thập, lƣu giữ và bảo tồn nguồn gen thực vật từ năm 1987, một mạng lƣới thu thập đƣợc hình thành trên cả nƣớc, trong đó Trung tâm Tài nguyên Thực vật – Viện Khoa học Nơng nghiệp Việt Nam là nịng cốt (Sen and Trinh, 2009).
Đến nay, trong Ngân hàng gen của Trung tâm Tài nguyên Thực vật Việt Nam đang lƣu giữ khoảng 8000 nguồn gen lúa (Đoàn Thanh Quỳnh và cs., 2016). Tuy nhiên, các nghiên cứu đánh giá về đa dạng di truyền của nguồn gen này cịn rất ít và thƣờng chỉ giới hạn ở số lƣợng mẫu giống nhỏ. Các chỉ thị thƣờng đƣợc dùng là: isozymes (Courtois and Carandang, 1997; Khush et al., 2003), RFLP
(Fukuoka et al., 2003), và phổ biến hơn là dùng chỉ thị SSRs (Nguyen et al.,
2012; Khuất Hữu Trung và cs., 2013; Ngô Thị Hồng Tƣơi và cs., 2014; Đoàn Thanh Quỳnh và cs., 2016). Việc nghiên cứu đặc điểm đa dạng di truyền của các nguồn gen trong ngân hàng gen là rất cần thiết để có những nghiên cứu sâu hơn, hoặc để khai thác nguồn vật liệu di truyền mới phục vụ công tác chọn tạo giống cây trồng, đều này đã đƣợc chỉ ra bởi Tanksley and McCouch (1997). Những năm gần đây các nhà khoa học ở Việt Nam đã dần chú trọng tới việc khai thác nguồn gen bản địa lúa Việt Nam để đƣa vào các chƣơng trình chọn tạo giống (Khuất Hữu Trung và cs., 2013). Nhƣng do giới hạn về kinh phí và nhiều yếu tố khách quan khác nên các nghiên cứu đa dạng di truyền với quy mô lớn ở các giống lúa Việt Nam cho đến nay vẫn hầu nhƣ khơng có. Hiện nay, dự án hợp tác giữa Viện Di truyền Nông nghiệp Việt Nam với Trung tâm nghiên cứu John Inners và Trung tâm Phân tích genome tại Anh để giải trình tự các giống lúa bản địa Việt Nam (Ayling et al., 2018), hứa hẹn sẽ mở ra những tiến bộ mới trong công tác nghiên cứu, khai thác nguồn gen đa dạng của lúa Việt Nam trong tƣơng lai.
2.5.2. Tình hình nghiên cứu đặc điểm bộ rễ lúa ở Việt Nam
Nghiên cứu đầu tiên về đặc điểm hình thái bộ rễ các giống lúa Việt Nam đƣợc thực hiện bởi Nguyễn Đức Thành và cs. (1999). Trong nghiên cứu này 33 giống lúa nƣơng Việt Nam và 13 giống lúa nƣơng đƣợc thu thập từ các nƣớc khác đã đƣợc đánh giá về đặc điểm hình thái bộ rễ (chiều dài rễ tối đa, tổng khối lƣợng khô, tỷ lệ rễ ăn sâu /thân, tổng khối lƣợng rễ/thân). Sử dụng các đặc điểm của 10 tính trạng bộ rễ và 35 đa hình tạo ra bởi 13 chỉ thị SSRs, tác giả đã xây dựng đƣợc 2 cây phân loại phản ánh đặc điểm và mối quan hệ di truyền giữa các giống lúa nghiên cứu (Thanh et al., 1999). Năm 2006, trong một nghiên cứu khác, tác giả Nguyễn Đức Thành và cs. (2006) đã xây dựng bản đồ QTLs liên kết với các tính trạng rễ liên quan đến khả năng chịu hạn ở lúa sử dụng dòng tái tổ hợp từ bố mẹ là lúa nƣơng ở Việt Nam và 239 marker, trong đó có 36 marker là SSRs và 203 marker là AFLPs. Kết quả xác định đƣợc 23 QTLs liên quan đến 7 tính trạng bộ rễ, một số chỉ thị SSRs nhƣ RM250, RM270, RM263, RM242,
RM221 liên kết với các vùng QTLs (Nguyen Duc Thanh et al., 2006). Tiếp nối
nghiên cứu này, tác giả Nguyễn Thị Kim Liên và cs. (2009) đã phát triển các chỉ thị STS nằm trên các phân đoạn AFLP liên kết với tính trạng bộ rễ trên để tăng khả năng ứng dụng của các QTLs đã tìm đƣợc vào chọn tạo giống lúa chịu hạn.
Trong một hƣớng nghiên cứu khác, Phịng TNTĐ Cơng nghệ Tế bào Thực vật – Viện Di truyền Nông nghiệp đã tiến hành xác định một số gen liên quan đến sự phát triển của bộ rễ lúa trong dự án: “Nghiên cứu chức năng của các yếu tố phiên mã liên quan đến q trình phân hóa của rễ lúa bằng phƣơng pháp gây siêu biểu hiện gen và bất hoạt RNA (RNA interference)”, phối hợp với Nhóm nghiên cứu “Sự phát triển thích nghi của cây lúa”, Trung tâm Hợp tác Quốc tế Nghiên cứu Nơng nghiệp vì sự Phát triển (CIRAD – Pháp) trong khn khổ chƣơng trình hợp tác Nghiên cứu khoa học công nghệ “Hoa sen – Lotus” giữa hai chính phủ Pháp và Việt Nam. Một số gen mã hóa các yếu tố phiên mã thuộc họ MADS-box đã đƣợc xác định biểu hiện mạnh ở mô phân sinh rễ nhƣ:
OsMADS23, OSMADS25, OSMADS26, OSMADS6. Đặc biệt gen OsMADS26 có
liên quan đến khả năng kháng hạn của cây lúa. OsMADS26 có nguồn gốc phát
sinh loài rất gần với gen AGAMUOS-LIKE12 (AGL12) ở Arabidopsis thaliana, AGL12 kiểm soát hoạt động của gen phân sinh rễ và thời gian ra hoa. Để nghiên
cứu chức năng của gen OsMADS26, tác giả đã tạo ra các dòng lúa siêu biểu hiện hoặc gây bất hoạt gen OsMADS26 và đánh giá kiểu hình của các dịng lúa chuyển gen này. Sự phát triển của bộ rễ và tính hƣớng trọng lực của các dòng lúa bất hoạt gen OsMADS26 giảm đáng kể, ngoài ra chiều cao cây, số nhánh cũng bị
giảm và thời gian ra hoa muộn hơn so với các dòng đối chứng. Ở các dòng siêu biểu hiện OsMAD26, ngoại trừ tính hƣớng trọng lực của bộ rễ phát triển mạnh
hơn, các quá trình sinh trƣởng và phát triển diễn ra tƣơng đồng với các dòng đối chứng. Từ những kết quả thu đƣợc cho thấy OsMADS26 tham gia vào kiểm sốt
q trình phát triển của rễ và thân nói chung và sự ra hoa ở cây lúa (Khổng Ngân Giang và cs., 2011). Song, nghiên cứu này đƣợc thực hiện trên các giống lúa quốc tế nhƣ Niponbare chứ chƣa đƣợc thử nghiệm trên các giống lúa bản địa Việt Nam. Đối tƣợng nghiên cứu mới chỉ tập trung vào họ gen MADS-box, chứ chƣa khai thác đƣợc các nhóm gen khác liên quan.
Qua các kết quả đã đƣợc cơng bố, có thể thấy rằng các nghiên cứu liên quan đến đặc điểm bộ rễ lúa Việt Nam, đặc biệt là các nghiên cứu về gen liên quan đến sự phát triển bộ rễ lúa ở Việt Nam đến nay còn rất hạn chế mặc dù bộ
rễ đóng vai trị vơ cùng quan trọng trong đời sống cây lúa và liên quan trực tiếp đến các tính trạng năng suất và khả năng chống chịu của cây. Có nhiều lý do làm giảm ý nghĩa của vấn đề nghiên cứu, nhƣng thiếu các bộ dữ liệu di truyền, các chỉ thị phân tử liên quan, và những khó khăn về vật tƣ, nhân lực, chi phí trong thực hiện các thí nghiệm liên quan đến bộ rễ có thể coi là những lý do cơ bản. Hiện nay, trƣớc áp lực của BĐKH đến đời sống và sự phát triển của cây lúa, để duy trì diện tích trồng và năng suất lúa trong tƣơng lai, bắt buộc phải có những nghiên cứu có hệ thống về đặc điểm hình thái, đặc điểm di truyền liên quan đến sự phát triển và hoạt động của bộ rễ lúa nhƣ: số lƣợng, độ dày, độ dài và khả năng ăn sâu của rễ; khả năng phản ứng và duy trì hoạt động của bộ rễ trong các điều kiện ngoại cảnh bất lợi nhƣ hạn, mặn, thiếu dinh dƣỡng... Đặc biệt là các nghiên cứu khám phá, khai thác nguồn gen lúa bản địa để tìm ra các giống lúa có đặc tính tốt, các gen quan trọng điều khiển quá trình hình thành, phát triển, thích nghi của rễ lúa, phục vụ cho công tác chọn tạo và cải tiến giống.