Trờn thế giới cú rất nhiều cơ quan, tổ chức nghiờn cứu về cõy ngụ, trong đú cơ quan nghiờn cứu đúng vai trũ quan trọng nhất trong cụng tỏc chọn tạo giống ngụ đú là Trung tõm Cải lương giống Ngụ và Lỳa mỡ Quốc tế (CIMMYT - Centro Internacional de Mejoramiento de Maiz Y Trigo) được thành lập năm 1966 tại Mexico. Từ khi thành lập tới nay, CIMMYT đó tạo ra một khối lượng lớn cỏc dũng thuần, đõy là nguồn vật liệu khởi đầu cho cụng tỏc chọn tạo giống ngụ để cung cấp cho cỏc cơ quan nghiờn cứu ở cỏc quốc gia trờn khắp thế giới. Thành cụng đầu tiờn vào năm 1985, CIMMYT đó đưa ra 74 dũng nhiệt đới (CML1 - CML74) và 65 dũng ỏ nhiệt đới (CML75 - CML 139) (CIMMYT, 1985) 23. Năm 1992 cỏc nhà nghiờn cứu của CIMMYT tiếp tục cung cấp thờm tập đoàn gồm 99 dũng (CML140 - CML238) trong đú bao gồm 33 dũng QPM nhiệt đới (CML140 - CML172), 22 dũng QMP ỏ nhiệt đới (CML 173 - CML194), 22 dũng cận nhiệt đới thấp (CML217 - CML238). Với mục tiờu phỏt triển cỏc vật liệu mới phục vụ cho lai tạo giống, năm 2001 CIMMYT cụng bố tiếp một số dũng thuần (CML 476-CML 487), cú thời gian sinh trưởng trung bỡnh và chậm, thớch ứng với vựng nhiệt đới, ỏ nhiệt đới đó đỏp ứng một phần nhu cầu của cỏc nhà chọn tạo giống. Năm 2005, CIMMYT lại giới thiệu thờm 14 dũng ngụ mới chọn tạo (CML498- CML511) cú nhiều đặc điểm nụng sinh học quý phục vụ cho cụng tỏc chọn tạo giống ngụ lai phự hợp với mục đớch kinh tế, thị hiếu của người tiờu dựng và điều kiện sinh thỏi mụi trường cũng như khả năng chống chịu tốt [24]. Từ cỏc dũng thuần do CIMMYT cung cấp, kết hợp với cỏc nguồn vật liệu sẵn cú, cỏc nhà khoa học đó tiến hành lai tạo ra nhiều giống ngụ lai để cung cấp cho sản xuất thành cụng ở ngụ thường, ngụ nếp, ngụ nổ, ngụ đỏ trờn cơ sở nguồn vật liệu ưu tỳ [32].
Cỏc giống ngụ đường trước đõy chủ yếu được chọn tạo bằng cỏc phương phỏp chọn tạo giống ngụ truyền thống. Độ ngọt do gen "shrunken 2" ký hiệu sh2 điều khiển được khỏm phỏ từ những năm 1960, gen sh2 đó cú độ ngọt cao ở thời điểm thu hoạch và nú cũn cho ngọt hơn ở những giai đoạn sinh trưởng trước thu hoạch. Ngày nay, cỏc giống ngụ đường ưu thế lai chiếm ưu thế và đó cú một số giống ngụ đường biến đổi gen (GMO) nhưng chỉ trong thớ nghiệm nhỏ chưa cú giống thương mại, một số giống thương mại chỉ là giống chuyển gen khỏng bệnh ở cỏc giống ngụ thường [44].
Đối với ngụ đường ưu thế lai trong 20 năm cỏc nhà tạo giống ngụ đường đó giới thiệu nhiều kiểu gen mới, nõng cao hàm lượng đường và kộo dài thời gian tươi của lỏ bi, những loại này gọi là siờu ngọt như đặc điểm của loại (sh2) [30][54].
Ngụ đường lai (Zea mays L.) đồng hợp đột biến su1 và se1 (giống lai su1se1) cú chất lượng ăn uống cao, nhưng giảm khả năng nảy mầm đặc biệt dưới điều kiện Atlantic của Chõu Âu lạnh, ẩm trong vụ xuõn và mựa vụ trồng ngắn. Tương tự như nghiờn cứu biến đổi gen ở ngụ chất lượng cao khi chuyển gen opaque2 [33] do tương tỏc gen. Cỏc dũng thuần ngụ đường ưu tỳ đồng hợp đột biến su1 và khụng cú se1 (giống lai su1) cú khả năng nảy mầm tốt hơn, do vậy chỳng phự hợp để cải thiện giỏ trị nụng học của giống lai su1se1. Mục đớch của nghiờn cứu là nhận biết cỏc dũng su1 làm vật liệu tiềm năng cho cải tiến thớch nghi của một số giống lai su1se1. 8 dũng thuần su1 thớch nghi với điều kiện Atlantic đó được chọn, 6 ước lượng của cỏc allel phự hợp (μ g', PTC, NI, PNG(g), {PNG(ceg)) và GCA đó được tớnh. μ G', PTC, NI, and UB-ND tương tự như ước lượng của cỏc tớnh trạng liờn quan đến thớch nghi của vật liệu bố mẹ là dũng thuần su1 và giống lai nhận là su1se1. PNG(g) and PNG(ceg) cho ước lượng khỏc nhau và khi 01 của vật liệu biểu hiện nảy mầm rất kộm, ước lượng sẽ là khụng chớnh xỏc. Phự hợp
với cỏc ước lượng, nảy mầm của 12 con lai su1se1 và như vậy giống ngụ đường chất lượng cao thớch nghi với điều kiện lạnh và ẩm. [37]
Nghiờn cứu ngụ đường lai theo hướng nõng cao năng suất, chất lượng và chống chịu bất thuận được tập trung nhiều ở chõu Âu, Ordas B và cộng sự 2005 cho thấy nảy mầm và sức sống của cõy con ngụ đường ưu thế lai tốt hơn do đồng hợp gen su1 giỳp ngụ phự hợp hơn với điều kiện canh tỏc của vựng Atlantic, chõu Âu (mựa xuõn lạnh và ẩm). Những dũng ngụ đường ưu tỳ đồng hợp cả 2 gen su1 (sugary1) và se1(sugary enhancer1) cú thể cải thiện chất lượng ngụ lai su1 một cỏch ổn định. Cỏc dũng thuần su1se1 cú thể cải thiện su1su1 cú thể lựa chọn trong một số hướng tạo giống. Mục đớch nghiờn cứu này là nhận biết cỏc cỏc dũng thuần su1se1 làm vật liệu cú thể cải thiện chất lượng của giống lai su1. Tỏm dũng thuần su1se1 đó được lai với 8 dũng thuần su1 là bố mẹ của 15 tổ hợp lai su1. Giống lai và dũng thuần đó được trồng cạnh nhau ở hai địa phương miền Bắc Tõy Ban Nha trong 2 năm 1999 và 2000, ước lượng cú thể để nhận biết bố mẹ su1se1 với cỏc allel phự hợp thiếu trong giống lai su1 ((àG’, PTC, UBND, NI, PNGg, PNGceg, và GCA) đó xỏc định được àG’ và NI đó được lựa chọn để cải thiện chất lượng giống lai một cỏch ổn định. Ước lượng này chỉ ra rằng chất lượng ổn định và cỏc tớnh trạng khỏc của giống lai su1 cú thể được cải thiện khi sử dụng vật liệu di truyền từ cỏc dũng thuần su1se1[34]
Ngụ đường thường cú tớnh chịu lạnh kộm để cải thiện khả năng chịu lạnh của ngụ đường Pedro Revilla và cộng sự (1998) đó nghiờn cứu để nhận biết nguồn vật liệu cỏc quần thể ngụ đồng ruộng để cải tiến tớnh chịu lạnh của ngụ đường ưu thế lai, mỗi quần thể trong 10 quần thể ngụ đồng ruộng được lai với 4 dũng thuần ngụ đường và đỏnh giỏ con lai dưới điều kiện lạnh. Ước lượng giỏ trị trung bỡnh của cỏc locus trong quần thể và tớnh ước lượng của 6 allel phự hợp (lp(iota)mu', PTC, UBND, NI, PNG(g), PNG(ceg)) và GCA.
Quần thể lai cú khả năng sống sút và nảy mầm khỏc với quần thể gốc ở mức cú ý nghĩa, tương quan nảy mầm giữa lp(iota)mu', UBND, PTC và NI ở mức cao. Xỏc định được quần thể PTC, AS-3(HT)C3 của Mỹ và quần thể Oroso của Tõy Ban Nha cú tiềm năng tốt nhất làm vật liệu cho chọn tạo giống ngụ đường chịu lạnh[21]. Nghiờn cứu chọn lọc chu kỳ cải tiến tớnh chịu lạnh của ngụ đường cũng được Pedro Revilla và cộng sự nghiờn cứu thành cụng năm 2004.[20]
Nghiờn cứu vật liệu ngụ đường cho chọn tạo giống ngụ đường lai chống chịu cũng được quan tõm, nhiều giống ngụ đường lai khả năng nảy mầm rất kộm trong điều kiện đất nhiệt độ thấp, nguồn gen chịu lạnh và di truyền của nú rất cú lợi trong sản xuất ngụ đường. Nghiờn cứu di truyền tớnh chịu lạnh của con cỏi lai giữa cỏc giống thụ phấn tự do. 6 giống ngụ đường thụ phấn tự do đó được đưa vào sơ đồ lai diallel, 15 con lai và bố mẹ được đỏnh giỏ cựng với đối chứng trong buồng lạnh. Điều kiện gieo trồng là 14 giờ chiếu sỏng/ngày và 14oC, 10 giờ khụng chiếu sỏng và nhiệt độ 10oC. Theo dừi ngày nảy mầm, tỷ lệ nảy mầm, khối lượng khụ mầm và khối lượng khụ rễ. Thớ nghiệm lặp lại trong nhà kớnh dưới điều kiện ấm, tớnh GCA và SCA về khối lượng cõy con. GCA với cỏc tớnh trạng chịu lạnh và kết quả hầu hết cỏc giống lai chịu lạnh. Hai bố mẹ nảy mầm chậm nhất. Ngày nảy mầm dưới điều kiện lạnh khụng tương quan với ngày nảy mầm ở điều kiện ấm. Tương quan giữa khối lượng khụ rễ ở điều kiện lạnh và ấm, cũng như tương quan khối lượng khụ mầm trong điều kiện lạnh và ấm lớn và tương quan thuận là cú ý nghĩa. Như vậy khối lượng rễ và mầm trong điều kiện ấm cú thể dự đoỏn cõy con dưới điều kiện lạnh[39]
Nghiờn cứu tạo giống ngụ đường chống chịu sõu bệnh cũng được quan tõm đặc biệt, bờn cạnh những biện phỏp kỹ thuật như canh tỏc hữu cơ giảm sõu bệnh và sản xuất ngụ đường bền vững [45]. Những nghiờn cứu tạo giống
chống chịu với bệnh nấm, vi khuẩn và virus của Pataky.J.K và cộng sự năm 1998 cũng tạo cơ cở khoa học cho tạo giống chống bệnh.[35] Năm 2001 Pataky, J.K và cộng sự sử dụng di truyền phõn tử nghiờn cứu tớnh chống bệnh cho rằng chống chịu bệnh gỉ sắt ở ngụ đường do gen Rp1-D điều khiển do nấm Puccina sorghi đó gõy hại gần 15 năm cho ngụ miền Bắc Mỹ. Nghiờn cứu đó phõn lập 11 chủng gõy hại cú độc tớnh cao được đại học Wisconsin, Illinois, New York và Minnesota thu thập năm 1999. Cỏc chủng được nhiễm lờn ngụ đường, phản ứng của gen Rp của mỗi cỏ thể trong vựng rp1 và phản ứng liờn kết của cỏc gen Rp đó được đỏnh giỏ đối chiếu với hỗn hợp quần thể
P. sorghi ở một số thớ nghiệm trong nhà kớnh. Mỗi thớ nghiệm 2 lần lặp lại. Đỏnh giỏ và ghi nhận cỏc mức đó tỡm ra 4 dũng đơn gen và 8 dũng tổ hợp gen chống chịu với bệnh gỉ sắt phục vụ phỏt triển giống ngụ đường chống chịu bệnh gỉ sắt.[38]
Guo, B.Z. và cộng sự 2004 đó cú những nghiờn cứu di truyền khả năng chống chịu sõu của ngụ đường, do ngụ đường là một cõy thực phẩm cú tổng diện tớch và giỏ trị cao nhất ở Mỹ, thuốc bảo vệ thực vật cũng được sử dụng rất lớn trong sản xuất ngụ đường. Yờu cầu của người tiờu dựng là khụng hoặc rất ớt vết gõy hại của cụn trựng trờn bắp ngụ, như một hậu quả tất yếu người sản xuất ngụ đường ở miền Nam sử dụng thuốc bảo vệ thực vật rất lớn với 25 - 40 lần phun trong một vụ. Ngụ thường cú khả năng chống chịu sõu đục bắp do chất khỏng sinh trong rõu ngụ, chương trỡnh tạo giống của Guo đó chuyển gen chống chịu này vào trong ngụ đường sh2. Nghiờn cứu đó sử dụng marker phõn tử điều khiển tổng hợp axớtmaysin, apimaysin, methoxymaysin, và chlorogenic trong rõu ngụ đó chứng minh rằng một gen p1 của ngụ đồng ruộng đó bị mất khi tạo giống ngụ đường. Tương tỏc rất mạnh giữa gen p1 và a1 để tổng hợp cỏc hợp chất khỏng sinh. Chỳng tụi đó phỏt triển marker cho 2 gen này để chọn lọc những cỏ thể đồng hợp gen lặn a1 của ngụ đường và gen
p1 trội của ngụ thường, khi lai cho kết quả là con cỏi cú khả năng tổng hợp cỏc hợp chất khỏng sinh này cao hơn cỏc dũng bố mẹ. Cỏc giống ngụ đường mới chọn tạo chứa gen p1 cú khả năng chống chịu sõu đục bắp, điều này giỳp giảm sử dụng thuốc bảo vệ thực vật trong sản xất ngụ đường.[27].
Ngoài nghiờn cứu tạo giống chống chịu sõu bệnh, cỏc nhà tạo giống ngụ đường cũng tập trung nghiờn cứu cơ chế di truyền khỏng thuốc trừ cỏ ở cõy ngụ đường làm cơ sở chọn tạo giống. Thuốc trừ cỏ là một cụng cụ khụng thể thiếu trong sản xuất ngụ đường, mặc dự vậy cõy ngụ bị hại do thuốc trừ cỏ đang là một vấn đề trong sản xuất hiện nay. Cú trờn 600 giống ngụ đường ưu thế lai thương mại của Mỹ phản ứng với thuốc trừ cỏ sau nảy mầm. Nguyờn nhõn này dẫn đến nhiều loại thuốc trừ cỏ sau khi ra sản xuất khụng sử dụng được hoặc sử dụng rất hạn chế trong sản xuất ngụ đường. Nghiờn cứu này đó tỡm hiểu cơ chế di truyền khỏng thuục trừ cỏ ở ngụ đường với thuốc trừ cỏ AE 0172747, một gen đơn lặn mẫn cảm với AE 0172747 nú cũng tương tự hoặc liờn kết chặt với cỏc gen mẫn cảm với cỏc thuốc trừ cỏ sau khi nảy mầm khỏc. Như vậy di truyền mẫn cảm của cõy ngụ đường với AE 0172747 trong nghiờn cứu này giỳp hiểu biết hơn sự mẫn cảm của cõy ngụ đường với thuốc trừ cỏ từ đú cỏc nhà nghiờn cứu cú hướng tạo giống phự hợp.[58]