CHỊU HẠN
1.4.1. Tình hình nghiên cứu tạo giống lúa chuyển gen chống chịu hạn trên Thế giới
Các yếu tố stress phi sinh học là các nhân tố ảnh hƣởng nặng nề tới nền sản xuất lúa gạo. Đặc biệt, trong bối cảnh biến đổi khí hậu tồn cầu hiện nay thì hạn hán xảy ra thƣờng xuyên và trở thành nhân tố chính gây mất mùa trên diện rộng ở hầu hết các quốc gia sản xuất lúa gạo. Do đó, việc tạo ra các giống lúa có khả năng chống chịu với điều kiện hạn đƣợc các nhà khoa học đặc biệt quan tâm. Nhóm gen chức năng tham gia vào quá trình đáp ứng hạn chủ yếu đƣợc quan tâm nhiều trong các nghiên cứu cơ ản, do cơ chế hoạt động đơn giản, dễ thực hiện. Tuy nhiên, việc sử dụng các gen này vào việc nghiên cứu tạo cây lúa chuyển gen chống chịu stress có những hạn chế nhất định, do những tính trạng này thƣờng là tính trạng đa gen. Chính vì vậy, nhóm gen điều hịa tham gia điều hòa hoạt động của một mạng lƣới các gen đáp ứng với điều kiện hạn, bao gồm CDPKs, CIPKs, MAPKs, nhân tố phiên mã... đƣợc các nhà khoa học đặc biệt quan tâm bởi những tiềm năng to lớn của nó. Hu và cs [66] đã có những cơng bố và chứng minh tiềm năng to lớn của gen mã hóa nhân tố phiên mã SNAC1 trong việc chuyển gen tạo giống lúa chịu hạn. Cây lúa đƣợc chuyển gen SNAC1 có khả năng chịu hạn và tỷ lệ sống sót cao hơn c y lúa khơng chuyển gen 80%. Các phân tích bằng kĩ thuật microarray đã chứng minh ở cây lúa chuyển gen SNAC1, hơn 150 gen liên quan đến đáp ứng điều kiện hạn đã
đƣợc điều khiển bởi gen này. Tƣơng tự, các gen OsNAC5, SNAC1, OsNAC10 cũng
SNAC1, OsNAC10 có tính chống chịu cao hơn với điều kiện hạn và mặn nhƣng
không bị ảnh hƣởng đến khả năng sinh trƣởng phát triển [67, 75, 99, 137]. Đặc biệt, cây lúa chuyển gen OsNAC10 tăng cƣờng tính chịu hạn, mặn, đồng thời tăng năng suất từ 25% tới 45% trong điều kiện hạn [75]. Nhóm nghiên cứu của giáo sƣ Shinozaki đã ph n lập và nghiên cứu đặc tính gen OsNAC6 và cho kết quả là các
cây lúa chuyển gen tăng cƣờng tính chịu hạn, mặn, lạnh, đặc biệt, ngồi việc tăng cƣờng tính chống chịu với bất lợi thời tiết, cây lúa chuyển gen OsNAC6 cịn tăng
cƣờng tính kháng bệnh bạc lá so với c y đối chứng. Tuy nhiên khả năng sinh trƣởng k m và năng suất hạt thấp [67, 99]. Hou và cộng sự gần đ y cũng đã công ố một gen liên quan đến tính chịu hạn của lúa là OsSKIPa. C y lúa đƣợc chuyển gen OsSKIPa có khả năng chống chịu hạn tăng gấp 2 - 4 lần so với ình thƣờng[64].
Xiao và nhóm nghiên cứu đã chuyển bảy gen CBF3, SOS2, NCED2, NPK1, LOSS, ZAT10 và NHX1 vào giống lúa Zhonghua 11, đặt dƣới sự điều khiển của promoter
biểu hiện liên tục Actin1 và promoter biểu hiện trong điều kiện hạn HVA22 đã thử nghiệm tính chịu hạn của các dịng lúa chuyển gen trên quy mơ đồng ruộng. Kết quả thu đƣợc 8 dịng lúa có tính chịu hạn cao và cho sản lƣợng cao hơn rõ rệt trong cả điều kiện thử nghiệm phịng thí nghiệm và điều kiện đồng ruộng so với c y đối chứng, 10 dịng có khả năng trổ bơng tốt hơn so với c y đối chứng trong điều kiện hạn. Khi thử nghiệm khả năng chịu hạn của các cây chuyển gen T2 và T3, nhóm nghiên cứu cũng đã thu đƣợc 7 dịng lúa chuyển gen có năng suất cao hơn c y đối chứng và 9 dịng có khả năng trổ bơng tốt hơn c y đối chứng. Các kết quả thu đƣợc chứng tỏ 2 gen LOS5 và ZAT10 có hiệu quả đối với cây lúa chuyển gen cao hơn 5 gen còn lại [151]. Nhƣ vậy, các nghiên cứu trên Thế giới đã chứng tỏ vai trò và tiềm năng to lớn của các gen mã hóa nhân tố phiên mã trong chọn tạo dịng/giống lúa chịu hạn bằng cơng nghệ chuyển gen.
1.4.2. Tình hình nghiên cứu tạo giống lúa chuyển gen ở Việt Nam
nhƣng các nghiên cứu tạo giống cây trồng chống chịu điều kiện bất lợi, đặc biệt là hạn hán, chỉ thực sự đƣợc tập trung đầu tƣ trong khoảng 10 năm trở lại đ y. Một số phịng thí nghiệm trong nƣớc đã ƣớc đầu tiến hành các nghiên cứu về phân lập, thiết kế vector và chuyển một số gen liên quan tới tính chịu hạn vào các giống cây trồng khác nhau nhƣ ngô, ông, đậu tƣơng [1 - 7, 161]. Cụ thể, nhóm nghiên cứu của Nơng Văn Hải [1] đã tiến hành phân lập các gen có giá trị kinh tế của cây trồng nông, lâm nghiệp Việt Nam, thiết kế vector và tạo các chủng A. tumefaciens tái tổ hợp phục vụ nghiên cứu chuyển gen (2007 – 2010). Trần Thị Cúc Hịa và nhóm nghiên cứu đang triển khai các nghiên cứu về chọn tạo giống đậu tƣơng chuyển gen kháng sâu, chịu hạn (2006 – 2010) [161]. Bùi Mạnh Cƣờng (Viện Nghiên cứu Ngô đã thực hiện nghiên cứu tạo giống ngô chuyển gen chịu hạn và ƣớc đầu đã thu đƣợc một số dịng ngơ chịu hạn đƣợc thử nghiệm trên đồng ruộng [161]. Nhóm nghiên cứu của Lê Trọng Tình (Viện Nghiên cứu Bơng & Phát triển Nơng nghiệp Nha Hố cũng đã tiến hành thử nghiệm khả năng sinh trƣởng và chống chịu hạn của một số dòng bơng chuyển gen mã hóa nhân tố phiên mã thuộc nhóm DREB [7]. Tuy nhiên, một điểm chung của hầu hết các nghiên cứu này đó là đều sử dụng nguồn gen sẵn có (là sản phẩm của các phóng thí nghiệm quốc tế thơng qua các chƣơng trình hợp tác nghiên cứu với các đối tác nƣớc ngoài. Chúng ta hầu nhƣ chƣa có một nghiên cứu hoàn chỉnh nào về các gen liên quan đến đáp ứng chống chịu stress, đặc biệt là nhóm gen mã hoá nhân tố phiên mã liên quan tới đáp ứng chống chịu hạn ở lúa.
Do tiềm năng ứng dụng của các gen mã hóa nhân tố phiên mã tăng cƣờng khả năng chống chịu stress của thực vật rất lớn, một số đề tài nghiên cứu cấp nhà nƣớc cũng đã đƣợc triển khai để tập trung vào phân lập và nghiên cứu đặc tính của các gen mã hóa protein điều khiển, nhằm tạo nguồn vật liệu cho nghiên cứu tạo giống cây trồng chuyển gen chống chịu stress. Nhóm nghiên cứu của Phạm Xuân Hội (Viện Di truyền Nông nghiệp đã ph n lập đƣợc 6 gen mã hóa nhân tố phiên mã thuộc họ NAC và AP2/ERF liên quan đến tính chống chịu stress hạn và mặn từ một số giống lúa và
ngô Việt Nam, bao gồm OsDREB1A, OsDREB2A, ZmDREB2A, OsNAC1, OsNAC6
và OsRap2.4A [3]. Một số nhân tố phiên mã đã đƣợc nghiên cứu chứng minh đặc tính liên kết đặc hiệu với trình tự DNA đích nhƣ OsRap2.4A và OsDREB1A [3]. Để phục vụ công tác chuyển gen vào lúa, nhiều giống lúa Việt Nam đã đƣợc khảo sát khả năng tạo callus và tái sinh, một số giống lúa có hiệu suất tạo callus và tái sinh cao. Phan Thị Hƣơng và cộng sự đã tiến hành đánh giá khả năng tạo mô sẹo và tái sinh của bảy giống lúa bao gồm BM9630, NV1, NV2, NV3, J02 (thuộc nhóm japonica), Hƣơng cốm và BC15 (thuộc nhóm indica). Tỷ lệ tạo mô sẹo của các giống lúa nghiên cứu trong khoảng 72 - 98%; trong đó, giống Hƣơng cốm, NV1 và J02 có tỷ lệ tạo mô sẹo trên 90% tƣơng ứng 97%, 92% và 98%). Nghiên cứu đã xác định đƣợc khả năng tái sinh chồi từ mô sẹo của 3 giống Hƣơng cốm, BC15 và J02 trên 4 mơi trƣờng khác nhau, trong đó, giống BC15 tái sinh kém trên tất cả các môi trƣờng nghiên cứu. Hai giống J02 và Hƣơng cốm có khả năng tái sinh cao [5]. Nhóm nghiên cứu của tác giả Hoàng Thị Giang đã tiến hành cải tiến thành cơng quy trình chuyển gen vào giống lúa Taichung 65 thông qua vi khuẩn Agrobacterium tumefaciens với hiệu suất chuyển gen cao, thao tác đơn giản, giảm thiểu khối lƣợng
công việc phải làm. Quy trình chuyển gen sau khi cải tiến này đƣợc áp dụng cho các giống lúa japonica J02 và Nippon are cũng thu đƣợc kết quả tƣơng tự [1]. Trong nghiên cứu của Cao Lệ Quyên và cộng sự cũng đã tiến hành khảo sát khả năng tạo callus và tái sinh trên tập đoàn 41 giống lúa Việt Nam, kết quả ƣớc đầu xác định một số giống tiềm năng phục vụ công tác chuyển gen vào giống lúa Việt Nam. Nhóm nghiên cứu cũng đã chuyển thành cơng gen MtOsDREB2A tăng cƣờng tính chịu hạn đã đƣợc chuyển vào giống lúa Chành trụi thông qua vi khuẩn Agrobacterium, thu đƣợc 17 dòng lúa đƣợc xác định mang 1 bản sao gen chuyển [9]. Tuy nhiên các nghiên cứu này cũng mới chỉ ở ƣớc khởi đầu, tập trung vào khâu chuyển gen, đánh giá một số dòng cây chuyển gen. Thực tế, các nghiên cứu hiện nay đang còn khoảng cách khá xa để đến đƣợc một giống lúa chuyển gen chịu hạn ổn định có thể áp dụng trong sản xuất.