Chương 1 : TỔNG QUAN
1.7. Thành tựu trong nghiên cứu đa dạng di truyền lúa
Lúa là cây lương thực chủ đạo trong nền nông nghiệp của nhiều nước trong khu vực Châu Á- Thái Bình Dương. Việc nâng cao năng suất lúa bằng cách phối hợp giữa phương pháp truyền thống và công nghệ sinh học là chiến lược hàng đầu được nhiều quốc gia quan tâm. Vì vậy, đến nay các nhà chọn giống đã sử dụng những biến đổi di truyền để tạo ra những giống lúa có tiềm năng năng suất cao, chất lượng gạo tốt, kháng với sâu bệnh chính và chống chịu những điều kiện bất lợi như khô hạn, ngập úng, mặn [5, 38].
Tuy nhiên vì mục tiêu hướng tới năng suất, chất lượng nên số lượng các tính trạng được nhắm đến trong quá trình lai tạo bị thu hẹp, bởi vậy giữa các giống lúa lai có sự tương đồng di truyền cao hơn hẳn so với giống hoang dại. Các hoạt động canh tác như thay thế giống truyền thống bằng giống lúa lai làm mất dần đi nguồn gen hoang dại (có thể mang những tính trạng quý chưa biết đến) là nguồn vật liệu quý cho công tác chọn tạo giống; cao hơn nữa làm mất đi sự đa dạng di truyền của cây lúa và có thể ảnh hưởng đến đa dạng sinh học. Chính vì vậy, nghiên cứu đa dạng di truyền lúa nhằm bảo tồn các giống lúa đặc sản và hỗ trợ công tác chọn tạo giống là yêu cầu rất cấp thiết.
1.7.1. Nghiên cứu đa dạng di truyền lúa bằng chỉ thị hình thái
Chỉ thị hình thái được sử dụng khá phổ biến trong phân loại, đánh giá đa dạng di truyền lúa và nhất là đánh giá chọn lựa các tổ hợp lai trong công tác chọn tạo giống lúa. Chỉ thị hình thái là cơng cụ đầu tiên được Kato sử dụng để phân loại dưới lồi lúa trồng Châu Á. Các tính trạng hình thái nơng học như chiều dài
lá, chiều cao cây, thời gian sinh trưởng, màu phiến lá, dạng bơng của 90 giống có nguồn gốc từ Trung Quốc, Ấn Độ, Nhật Bản và tỷ lệ kết hạt khi lai các giống mới với nhau đã được sử dụng để phân loại các giống lúa. Kết quả cho thấy lúa trồng
Châu Á được chia thành hai nhóm là Indica và Japonica [6].
Chang và cs. (1979) [28] xác định tính trạng chiều dài hạt thóc và tỷ lệ dài hạt/rộng hạt do đơn gen, hai gen hoặc trung gen điều khiển và có hệ số di truyền cao và được xem là tính trạng quan trọng để đánh giá đa dạng di truyền lúa. Tác giả đã đề
nghị chia lúa trồng Châu Á thành ba loài phụ: Indica, Japonica và Javanica. Các chỉ
tiêu như độ dài của trụ gian lá mầm, độ phân huỷ kiềm, chiều dài/rộng hạt, phản ứng
của hạt thóc với dung dịch phenol cũng sử dụng để phân loại lúa Indica và Japonica
(Oka, 1958) [66]. Oka đã tiến hành chọn ngẫu nhiên 147 giống từ tập đoàn lúa địa phương trên 1000 giống thu thập từ các nước Ấn Độ, Đông Dương, Trung Quốc và Nhật Bản, sau đó tiến hành quan sát 41 chỉ tiêu và tính trạng, trong đó có 11 tính trạng thể hiện sự biến dị lớn giữa các giống được sử dụng và phân loại. Chỉ tiêu phản ứng của hạt thóc với dung dịch Phenol là chỉ tiêu quan trọng nhất. Qua việc phân tích tương quan 11 tính trạng cho thấy các giống lúa nghiên cứu được chia thành hai
nhóm. (1) nhóm bắt màu dung dịch phenol (dạng hình Indica) và (2) là nhóm khơng bắt màu với dung dịch phenol (dạng hình Japonica) [13].
Ở Việt Nam, đặc điểm hình thái được sử dụng phổ biến trong đánh giá các giống lúa và đóng vai trị quan trọng trong cơng tác chọn lọc và lai tạo giống lúa. Năm 2006, Lưu Ngọc Trình đã đánh giá đầy đủ 60 tính trạng hình thái nơng học của 1.819 giống, đánh giá 40-50 tính trạng của 1.385 giống và 20-30 tính trạng của 2.066 giống trong tổng số 6.083 giống lúa đang bảo quản tại Ngân hàng gen cây trồng Quốc Gia, Trung tâm Tài nguyên Thực vật [21].
1.7.2. Nghiên cứu đa dạng di truyền lúa bằng chỉ thị hoá sinh
Đánh giá đa dạng di truyền lúa bằng chỉ thị hoá sinh được sử dụng rộng rãi từ thập kỷ 70 của thế kỷ XX. Second (1982) [75] dựa vào kết quả phân tích 40
Châu Phi (Oryza glaberima) đã cho thấy lúa trồng Châu Á được chia thành hai nhóm là Indica và Japonica.
Chỉ thị hoá sinh được Glaszmann (1987) [37] sử dụng để nghiên cứu cấu
trúc di truyền của lúa trồng Châu Á đã chia loài Oryza sativa thành sáu nhóm, trong đó nhóm Indica và Japonica là hai nhóm đối cực. Tác giả nhận thấy lúa
Japonica và Javanica theo phân loại của Chang (1976) tuy khác nhau về mặt hình
thái nhưng bản chất di truyền không khác xa nhau nhiều lắm, Glaszmann ghép
chung vào nhóm lúa Japonica và gọi lúa Japonica theo phân loại của Chang (1976) là Japonica truyền thống hoặc Japonica ông đới và lúa Javanica là lúa
Japonica nhiệt đới.
Cho đến nay, các nghiên cứu đa dạng di truyền thông qua chỉ thị hoá sinh của lúa ở Việt Nam cũng khá nhiều và với quy mô lớn. Kết quả nghiên cứu đa dạng di truyền của 101 giống lúa địa phương bằng 9 locut thuộc của 5 enzym thu từ huyện Nho Quan, Ninh Bình và huyện Đà Bắc, Hồ Bình cho thấy 44 giống
(43,6%) thuộc lúa Indica và 57 giống (56,4%) thuộc lúa Japonica (Trần Danh
Sửu, 2004) [16]. Năm 1999, Nguyễn Văn Tạo đã phân tích đa dạng di truyền 53 giống lúa miền Nam dựa trên 19 locut của 10 enzym cho thấy có 21 trường hợp có sự biến động di truyền trong giống [64].
1.7.3. Nghiên cứu đa dạng di truyền lúa bằng chỉ thị ADN
Với những thành tựu của sinh học phân tử, chỉ thị ADN đã được ứng dụng rất hiệu quả trong nghiên cứu di truyền thực vật mà phân tích đa dạng và chọn giống phân tử (MAS- Marker Assisted Selection) là hai lĩnh vực thành công nhất. Nghiên cứu đa dạng di truyền lúa sử dụng chỉ thị ADN cũng được tiến hành mạnh mẽ trong những năm gần đây, với các chỉ thị như RFLP, RAPD, AFLP, SSR….
Với ưu điểm đơn giản, nhanh chóng chi phí thấp và nhất là khơng u cầu biết trước trình tự ADN, RAPD là chỉ thị ADN được sử dụng phổ biến nhất trong nghiên cứu đa dạng di truyền lúa. Virk và cs., (1995) [82] đã nghiên cứu đa dạng di truyền lúa và xác định các giống trùng lặp với 47 mẫu của 44 giống trong tập đoàn
nguồn gen lúa đang bảo quản tại IRRI. Bùi Chí Bửu và cs., 1999 [4] đã sử dụng 20 chỉ thị RAPD để phân tích đa dạng di truyền 72 giống lúa địa phương Việt Nam.
Do có nhược điểm kém ổn định nên một số nghiên cứu đã kết hợp chỉ thị RAPD với một số chỉ thị khác như SSR, AFLP… nhằm nâng cao độ tin cậy của kết quả. Mahmoud nghiên cứu biến động và quan hệ di truyền của 7 giống lúa bằng việc kết hợp của 8 chỉ thị RAPD, 6 chỉ thị SSR và 8 chỉ thị AFLP cho thấy mức độ đa hình của mồi tương ứng là 72,2%; 90% và 67,9% và khẳng định các kỹ thuật nêu trên đều có thể áp dụng tốt cho nghiên cứu đa dạng di truyền cây lúa [56].
Song Z.P. và cs., 2003 [77] đã sử dụng 23 chỉ thị SSR phân tích đa hình của 232 cá thể thuộc 6 quần thể lúa (3 quần thể từ Jiangxi và 3 quần thể từ Hunan- Trung Quốc). Kết quả thu được tổng số 115 alen và các nhà nghiên cứu cho rằng quần thể lúa ở Jiangxi có mức độ đa hình cao hơn Hunan.
Võ Thị Minh Tuyền và cs., 2007 [23] đã sử dụng chỉ thị SSR nghiên cứu 10 giống/dịng lúa có nguồn gốc khác nhau và đã xác định được tương đồng di truyền dao động từ 0,49-0,96. Qua kết quả nghiên cứu đã phân loại các giống lúa thành các nhóm có khoảng cách di truyền khác nhau, đó là cơ sở để chọn bố mẹ cho chọn giống lúa lai.
Chỉ thị RFLP và SSR đã được Olufowote và cs., 1997 [67] nghiên cứu biến động di truyền trong giống của 71 giống lúa. Kết quả cho thấy các giống lúa địa phương có mức đa dạng, hỗn tạp và dị hợp tử cao hơn các giống lúa cải tiến. Cả hai phương pháp này đều cho thấy số lượng các alen ở các giống lúa địa phương cao hơn hẳn các giống lúa cải tiến. Chỉ thị SSR có khả năng phân biệt các cá thể có quan hệ di truyền gần gũi, đồng thời số lượng các alen cao hơn chỉ thị RFLP. 113 chỉ thị RFLP và 60 chỉ thị SSR được Xu và cs., 2004 [84] sử dụng để định lượng đa dạng alen của 125 giống lúa thu từ các Bang miền Tây và miền Nam nước Mỹ và 111 giống từ tập đoàn từ lúa Quốc tế đang bảo quản tại IRRI.
Dựa trên trình tự lặp, Masood (2004) [54] đã giải trình tự tồn bộ gen lục lạp
của lúa dại (Oryza nivara). Fukuoka (2003) [73] đã nghiên cứu về đa dạng di truyền
của 129 giống lúa bản địa miền Bắc Việt Nam bằng chỉ thị phân tử RFLP và ADN lục lạp. Phân tích nhóm dựa trên các chỉ thị RFLP cho thấy giống lúa ở miền Bắc Việt Nam đã chia thành 3 nhóm. Trong đó, 86% các giống trong nhóm 1 gồm 23
giống thuộc phân loại phụ Indica, các giống này đều có ADN lục lạp khuyết thiếu tại đoạn Pst1 của ORF100. Tất cả các giống trong nhóm 2 và 3 thuộc phân lồi phụ giống Japonica, khơng có kiểu ADN lục lạp khuyết thiếu. Trong nhóm giống
Japonica, nhóm 2 gồm các giống lúa ruộng và nhóm 3 gồm các giống lúa nương.
Nghiên cứu cho thấy sự khác biệt di truyền giữa nhóm 2 và nhóm 3 liên quan đến