Phần 4 Kết quả và thảo luận
4.3. Kết quả phân tích kiểu gen thơng qua giải trình tự (GBS – Genotyping
4.3.2. Đặc điểm của các mẫu giống lúa trong các phân nhóm khác nhau
Các đặc điểm của giống nghiên cứu thuộc các nhóm khác nhau đƣợc tổng hợp và ghi nhận tại Bảng 4.5. Tập hợp kết quả ở Bảng 4.5 sử dụng phần mềm
DARwin để biểu diễn các thông tin về đặc điểm các giống nghiên cứu trên cây phân loại của từng nhóm giống, kết quả cho thấy các giống ở chung một phân nhóm thƣờng có một số đặc điểm đặc trƣng cho phân nhóm đó.
4.3.2.1. Đặc điểm của các phân nhóm giống thuộc nhóm indica
Trong 114 giống lúa indica Việt Nam đƣợc chia làm 6 phân nhóm, đƣợc ký hiệu lần lƣợt từ I1 đến I6. Phân nhóm I1 (có 11 mẫu giống), chủ yếu là các giống lúa tẻ, cải tiến, có thời gian sinh trƣởng ngắn, đƣợc canh tác trong điều kiện chủ động tƣới tiêu, nguồn gốc từ Đồng bằng Sông Cửu Long và Đồng bằng Sông Hồng, hạt dài mảnh. Phân nhóm I2 (26 mẫu giống), bao gồm hầu hết là các giống lúa có thời gian sinh trƣởng dài và rất dài, đƣợc canh tác trong điều kiện nƣớc trời nơi thấp trũng ở Đồng bằng Sông Cửu Long, cùng là gạo tẻ nhƣng có hình dạng hạt rất đa dạng. Phân nhóm I3 (5 mẫu giống), là các giống lúa nếp đƣợc trồng trên nƣơng rẫy tại vùng núi Đông Bắc Bộ và Tây Bắc Bộ, thời gian sinh trƣởng từ dài đến rất dài, dạng hạt dài và mảnh. Phân nhóm I4 (18 mẫu giống), gồm các giống lúa có thời gian sinh trƣởng thuộc nhóm trung ngày đƣợc thu thập từ vùng Đồng bằng Sông Hồng và Tây Bắc bộ, là lúa tẻ; chiều dài hạt trung bình, chiều ngang hẹp. Phân nhóm I5 (9 mẫu giống) là những mẫu giống có thời gian sinh trƣởng trung bình, đƣợc thu thập ở nhiều nơi từ các tỉnh phía Bắc đến Đồng bằng Duyên hải Nam Trung Bộ, là lúa nếp có dạng hạt dài và nhỏ. Phân nhóm I6 (18 mẫu giống), đây là một nhóm có đặc điểm rất phức tạp, gồm cả gạo nếp và gạo tẻ (gạo tẻ chiếm số đông), phân bố ở nhiều nơi từ vùng Tây Bắc Bộ đến Duyên hải Nam Trung Bộ, thời gian sinh trƣởng dài ngắn khác nhau, kích thƣớc hạt từ nhỏ tới trung bình. Ngồi các mẫu giống thuộc 6 phân nhóm kể trên, trong nhóm indica cịn có 27 mẫu giống có nền di truyền pha trộn giữa các nhóm, khơng có đặc điểm đặc trƣng, ngoại trừ khá nhiều mẫu giống thuộc phân nhóm này thuộc dạng lúa nếp.
Trong nhóm lồi phụ indica, phân nhóm I1 tƣơng đƣơng với nhóm giống
cải tiến, năng suất cao; phân nhóm I2 mang nhiều đặc điểm của các giống lúa vùng đồng chiêm trũng, cảm ứng với quang chu kỳ, đƣợc trồng ở các vùng đất ngập nƣớc ở Đồng bằng Sông Cửu Long theo phân loại của Bùi Bá Bổng và cs. (2000); phân nhóm I3 gồm 5 giống không mang nhiều đặc điểm kinh điển đặc
trƣng cho indica, đồng thời cũng là nhóm có chỉ số FST cao nhất; trong các nhóm cịn lại, đặc điểm của từng nhóm khá rõ ràng, phân nhóm I6 mang nhiều đặc điểm giao giữa các phân nhóm cịn lại.
Chú thích: Các mẫu giống có màu giống nhau thì cùng thuộc một phân nhóm; mẫu giống chƣa xác định đƣợc phân nhóm đƣợc biểu diễn bằng màu đen; IR64 (giống đối chứng đại diện cho nhóm
indica) nằm trong phân nhóm đƣợc biểu diễn bằng màu hồng (I1); Các đặc điểm đặc trƣng của các
phân nhóm đƣợc ghi cùng màu với phân nhóm đó, trong đó: 1) Đặc điểm vùng khí hậu nơi giống đƣợc thu thập: MRD = Vùng Đồng bằng Sông Cửu Long; SE = Vùng Đông Nam Bộ; CH = Vùng Tây Nguyên;
SCC = Vùng Duyên hải Nam Trung Bộ; NCC = Vùng Duyên hải Bắc Trung Bộ; RRD = Vùng Đồng bằng Sông Hồng; NW = vùng Tây Bắc Bộ; NE = Vùng Đông Bắc Bộ. 2) Sinh thái: IR = Chủ động tƣới
tiêu; RL = Canh tác nƣớc trời ở vùng đất thấp; UP = canh tác nƣơng rẫy; MX = đƣợc canh tác trong nhiều hệ sinh thái khác nhau. 3) Thời gian sinh trƣởng: E = Ngắn; M = Trung ngày; L = Dài ngày;
VL = Rất dài ngày. 4) Tỷ lệ giữa chiều dài và chiều rộng hạt thóc (L/W): A = L/W > 3,0; B = 2,5 ≤ L/W ≤ 3,0; C = L/W ≤ 2.5. 5) Đặc điểm nội nhũ: G = gạo nếp; NG = gạo tẻ.
Hình 4.7. Các phân nhóm trong nhóm mẫu giống thuộc loài phụ indica
4.3.2.2. Đặc điểm của các phân nhóm giống thuộc nhóm japonica
Nhóm giống japonica gồm 62 mẫu giống lúa Việt Nam đƣợc chia làm 4
phân nhóm J1, J2, J3 và J4, và một số mẫu giống ở dạng trung gian. Phân nhóm J1 (36 mẫu giống), đa phần là các giống lúa có thời gian sinh trƣởng ngắn đến trung ngày, đƣợc gieo trồng ở vùng núi Đông Bắc bộ và Tây Bắc bộ, phần lớn là lúa nếp, có dạng hạt dài và rộng, là dạng phổ biến của lúa trồng trên các vùng nƣơng rẫy ở Đơng Nam Á. Phân nhóm J2 (10 mẫu giống), tất cả đều là dạng lúa nếp, có thời gian sinh trƣởng trung bình, hạt ngắn và rộng, tuy nhiên lại đƣợc phân bố ở nhiều vùng sinh thái khác nhau. Phân nhóm J3 (6 mẫu giống), gồm các giống lúa từ trung đến dài ngày, là gạo tẻ, phân bố chủ yếu ở cùng Duyên hải Nam Trung Bộ và Đơng Nam Bộ, hạt dài và rộng. Phân nhóm J4 (6 mẫu giống), là các giống lúa ngắn ngày đƣợc trồng ở vùng đồng chiêm trũng và ven biển ngập mặn Đồng bằng Sơng Hồng, có dạng hạt ngắn hoặc trung bình.
Trong lồi phụ japonica, phân nhóm J1 có các đặc điểm đặc trƣng tƣơng
ứng với giống lúa Khao dam; phân nhóm J2 có đặc điểm tƣơng đƣơng với nhóm
japonica ôn đới đƣợc đại diện bởi các giống lúa nhƣ Nipponbare, Ariete và Giza
171. Ở vùng nhiệt đới, các giống lúa japonica ôn đới thƣờng đƣợc trồng trên các vùng núi cao có nhiệt độ thấp, phần lớn các giống lúa này đƣợc trồng trên các vùng đất có thể chủ động tƣới tiêu vì nƣớc là một nhân tố giúp cân bằng sự biến đổi của nhiệt độ môi trƣờng. Fukouka et al. (2003) cũng từng xác định đƣợc trong một tập hợp các giống japonica thu thập đƣợc từ Miền Bắc Việt Nam một
nhóm giống japonica ôn đới. Các phân nhóm J3 và J4 mặc dù tƣơng đối đồng
nhất về mặt di truyền nhƣng có kích thƣớc nhỏ và không mấy đồng nhất về số liệu kiểu hình vì vậy rất khó để có thể xác định chính xác chúng thuộc phân nhóm nào trong các nhóm lồi phụ japonica đã đƣợc biết đến.
4.3.2.3. Một số nét khác biệt của đa dạng di truyền lúa ở Việt Nam
Đa dạng di truyền ở lúa trồng từ lâu đã trở thành một đối tƣợng nghiên cứu chi tiết với các chỉ thị phân tử (Wang et al., 2014). Tuy nhiên, các nghiên cứu thƣờng lấy mẫu rộng khắp trên tồn thế giới, vì vậy lƣợng mẫu giống lúa Việt Nam xuất hiện trong các nghiên cứu này còn rất hạn chế. Phân tích một lƣợng lớn các mẫu giống lúa từ Việt Nam cùng một lúc tạo điều kiện để có thể phân tách các bộ sƣu tập giống lúa thành các nhóm nhỏ có các đặc điểm đặc trƣng về
di truyền cũng nhƣ về kiểu hình. Myint et al. (2012) cũng đã làm điều tƣơng tự đối với một bộ sƣu tập giống từ Myanma, trong khi Radanielina et al. (2013) tiến hành trên các giống lúa đƣợc thu thập từ vùng núi Madagascar. Thông tin lƣu trong hồ sơ thu thập giống là một trong những dữ liệu quan trọng để mô tả về mỗi phân nhóm. Trong nghiên cứu này, các thông tin về nơi thu thập mẫu, hệ sinh thái của giống, và các dữ liệu kiểu hình nhƣ thời gian sinh trƣởng, loại nội nhũ, và hình dạng hạt đã đƣợc sử dụng để mô tả sâu hơn, kỹ càng hơn về từng phân nhóm thu đƣợc. Sự kết hợp các đặc điểm này cũng thƣờng đƣợc sử dụng để phân loại các nguồn gen lúa ở Châu Á (Appa et al., 2006; Zhang et al., 2007;
Ishii et al., 2011).
Kết quả nghiên cứu cho thấy một cấu trúc phân cực mạnh mẽ giữa hai loài phụ indica và japonica ở trong lúa Việt Nam; bằng chứng là có rất ít các giống đƣợc xếp vào nhóm trung gian trong nghiên cứu này. Các nghiên cứu khác (Fukuoka et al., 2003; Glasmanz et al., 1987) cho thấy đây là mơ hình phù hợp
để hình dung về cấu trúc di truyền của các giống lúa tại Việt Nam hiện nay. Tuy nhiên do nhiều dữ liệu của nhiều giống cịn thiếu sót hoặc hạn chế về độ chính xác nên mới chỉ đặc trƣng cho các nhóm phụ nghiên cứu ở một phần nào đó. Ví dụ, nếu biết đƣợc độ cao của địa điểm thu gom mẫu giống chính xác chúng ta sẽ có thể phân tích nhiều hơn về giống đó, thay vì chỉ biết đƣợc giống đƣợc thu từ khu vực hành chính nào. Hay thơng tin về mùa vụ của mỗi giống, sẽ cung cấp thông tin về thời gian sinh trƣởng, thời gian trỗ, và năng suất của giống (Ishii et
al., 2011).
Phân tích này cũng cho thấy một bộ phận khá lớn mẫu giống đƣợc trồng ở hệ sinh thái vùng cao của Việt Nam là các giống thuộc nhóm lồi phụ indica, ví dụ nhƣ phân nhóm I3. Trong khi các nghiên cứu của một số tác giả khác cho rằng, nhóm lồi phụ Aus và indica chiếm ƣu thế trong hệ sinh thái vùng cao ở các nƣớc thuộc vùng Nam Á, vùng gần xích đạo của Châu Á, cịn ở Đơng Nam Á thì lúa japonica nhiệt đới mới là đối tƣợng chiếm ƣu thế (Glaszmann, 1987; Van
Keer et al., 1998; Khush, 2003; Zhang et al., 2007). Sự khác biệt này đặt ra câu hỏi về tính chính xác của thơng tin thu thập trong hồ sơ giống lƣu tại ngân hàng gen. Qua đó có thể thấy thơng tin hồ sơ khi thu thập các mẫu giống địa phƣơng, nguồn gen bản địa là rất quan trọng, khi thu thập cần đặc biệt chú ý, nhất là khi
mẫu đƣợc thu trong các chƣơng trình thu mẫu khi mùa vụ đã kết thúc và hạt giống đƣợc lấy từ kho lƣu trữ của các hộ nông dân và các cửa hàng kinh doanh lúa gạo của ngƣời dân tại địa phƣơng (Appa et al., 2006).
Chú thích: Các giống có màu giống nhau thì cùng thuộc một phân nhóm; giống chƣa xác định đƣợc phân nhóm đƣợc biểu diễn bằng màu đen; Nipponbare và Azucena (giống đối chứng đại diện cho nhóm
japonica) đƣợc biểu diễn bằng màu hồng; Các đặc điểm đặc trƣng của các phân nhóm đƣợc ghi cùng màu
với phân nhóm đó, trong đó: 1) Đặc điểm vùng khí hậu nơi giống đƣợc thu thập: MRD = Vùng Đồng bằng Sông Cửu Long; SE = Vùng Đông Nam Bộ; CH = Vùng Tây Nguyên; SCC = Vùng Duyên hải Nam Trung Bộ; NCC = Vùng Duyên hải Bắc Trung Bộ; RRD = Vùng Đồng bằng Sông Hồng; NW = vùng Tây Bắc Bộ; NE = Vùng Đông Bắc Bộ. 2) Sinh thái: IR = Chủ động tƣới tiêu; RL = Canh tác nƣớc trời ở vùng đất thấp; UP = canh tác nƣơng rẫy; MX = đƣợc canh tác trong nhiều hệ sinh thái khác nhau. 3) Thời gian
sinh trƣởng: E = Ngắn; M = Trung ngày; L = Dài ngày; VL = Rất dài ngày. 4) Tỷ lệ giữa chiều dài và chiều rộng hạt thóc (L/W): A = L/W > 3,0; B = 2,5 ≤ L/W ≤ 3,0; C = L/W ≤ 2,5. 5) Đặc điểm nội nhũ:
G = gạo nếp; NG = gạo tẻ.
Hình 4.8. Các phân nhóm trong nhóm mẫu giống thuộc loài phụ japonica
Bảng 4.5. Đặc điểm của các phân nhóm trong hai nhóm giống thuộc lồi phụ
indica và japonica
Vùng lấy mẫu I1 I2 I3 I4 I5 I6 Im All I J1 J2 J3 J4 Jm All J
Đông Bắc Bộ (NE) 1 1 5 7 9 2 1 12 Tây Bắc Bộ (NW) 4 3 5 5 17 19 3 22 ĐB sông Hồng (RRD) 1 10 1 3 17 3 5 8 DH Bắc Trung Bộ (NCC) 1 5 1 2 9 3 1 1 1 6 Tây Nguyên (HC) 0 1 1 DH Nam Trung Bộ (SCC) 2 3 11 5 20 1 1 5 1 8
Đông Nam Bộ (SE) 2 2 4 1 1
ĐB sông Cửu Long (MRD) 7 23 4 34 1 1
Khơng có thơng tin (na) 1 3 1 1 6 3 3
Hệ sinh thái I1 I2 I3 I4 I5 I6 Im All I J1 J2 J3 J4 Jm All J
Chủ động tƣới tiêu (I) 8 7 1 5 3 6 30 1 4 4
Ngập mặn (M) 1 1 4 4
Nƣớc trời ở đất thấp (RL) 1 12 2 2 9 8 34 3 1 2 1 7
Nƣơng rẫy (UP) 1 2 4 4 5 9 25 25 1 5 1 30
Khơng có thơng tin (na) 1 5 11 3 4 24 7 4 1 2 17
Thời gian sinh trƣởng I1 I2 I3 I4 I5 I6 Im All I J1 J2 J3 J4 Jm All J
Cực ngắn ngày (E) 3 1 1 5 1 1
Ngắn ngày (E) 5 1 5 6 17 16 2 5 1 24
Trung ngày (M) 2 5 15 8 7 8 45 15 5 2 1 23
Dài ngày (L) 6 1 6 10 23 1 2 3 2 8
Rất dài ngày (VL) 20 1 21 1 1
Khơng có thơng tin (na) 1 1 1 3 3 1 1 5
Chiều dài hạt thóc (L) I1 I2 I3 I4 I5 I6 Im All I J1 J2 J3 J4 Jm All J
Ngắn 4 1 4 4 3 16 8 3 11
Trung bình 1 10 14 4 11 12 52 4 2 1 3 1 11
Vùng lấy mẫu I1 I2 I3 I4 I5 I6 Im All I J1 J2 J3 J4 Jm All J
Dài 4 8 2 3 1 3 7 28 22 3 3 28
Rất dài 6 3 3 5 17 9 2 11
Khơng có thơng tin (na) 1 1 1 1
Chiều rộng hạt thóc (W) I1 I2 I3 I4 I5 I6 Im All I J1 J2 J3 J4 Jm All J
Rộng 1 1 2 4 25 7 5 1 3 41
Trung bình 5 13 3 5 4 17 17 64 10 3 1 5 19
Hẹp 6 12 2 13 4 8 45 1 1
Khơng có thơng tin (na) 1 1 2 1 1
Tỷ lệ dài/rộng (L/W) I1 I2 I3 I4 I5 I6 Im All I J1 J2 J3 J4 Jm All J
A (>3.0) 10 12 4 6 1 10 43 6 2 1 9
B (2.5<L/W<=3.0 10 1 12 7 10 11 51 16 1 2 19
C (<=2.5) 1 3 1 8 6 19 13 10 3 4 3 33
Khơng có thơng tin (na) 1 1 1 1
Dạng gạo I1 I2 I3 I4 I5 I6 Im All I J1 J2 J3 J4 Jm All J
Gạo nếp (G) 2 3 5 1 1 4 8 24 22 10 3 3 38
Gạo tẻ (NG) 9 23 17 8 14 19 90 14 6 3 1 24
Tổng 11 26 5 18 9 18 27 114 36 10 6 6 4 62
Chú thích: I là các phân nhóm giống thuộc lồi phụ indica (từ I1 đến I6, Im là các giống indica không rõ phân nhóm); J là các phân nhóm giống thuộc lồi phụ japonica (từ J1 đến J4, Jm là các giống japonica
Tuy nhiên, điều này cũng đã từng đƣợc biết đến trong một nghiên cứu của Courtois et al. (1997) khi nghiên cứu sự đa dạng di truyền của một tập đồn lúa nƣơng tại Việt Nam. Do đó, rất có thể có sự xuất hiện của nhiều giống indica trên hệ sinh thái vùng cao là một đặc trƣng riêng của đa dạng di truyền lúa ở Việt Nam. Nguyên nhân có thể là điều kiện khí hậu ở vùng cao Việt Nam thuận lợi hơn ở các nƣớc xung quanh hoặc do đặc điểm canh tác ở vùng núi Việt Nam có những khác biệt, sự tiếp cận và trao đổi kỹ thuật cấy lúa nƣớc từ vùng đồng bằng đến các dân tộc thiểu số ở vùng núi cao (ví dụ: canh tác ruộng bậc thang).
Về tính chất nội nhũ, 33% giống lúa trong tập đoàn nghiên cứu là các giống lúa nếp, trong đó các giống thuộc lồi phụ japonica chiếm khoảng 61%, cịn lại
thuộc về lồi phụ indica. Phân nhóm I3 và J2 cũng đƣợc đặc trƣng bởi chúng bao gồm các giống lúa nếp. Kết quả nghiên cứu này cũng phù hợp với tập quán gieo trồng các giống lúa nếp nƣơng và sử dụng cơm nếp hàng ngày trong các bữa chính thay vì sử dụng cơm tẻ của các dân tộc vùng cao ở Việt Nam. Đây cũng là tập quán lâu đời của nhiều nhóm dân tộc ở các nƣớc vùng Đông Nam Á, cạnh Việt Nam, ví dụ: ở Lào, gạo nếp chiếm 85% sản lƣợng lúa gạo mỗi năm (Schiller
et al., 2006). Bởi vì đột biến gen Waxy làm thay đổi nội nhũ của gạo xuất hiện
đầu tiên ở một loài japonica nhiệt đới và sau đó đƣợc chuyển sang lúa indica
trong q trình tiến hóa (Molina et al., 2011), đây có lẽ là lý do giải thích tạo sao phân nhóm I3 và J2 lại mang cùng một loại đột biến, và vì vậy cùng là “lúa nếp”.
Loài phụ japonica đƣợc cho là đƣợc thuần hóa ở miền Nam Trung Quốc,
trong khi nguồn gốc của lồi phụ indica vẫn cịn nhiều ý kiến khác nhau.