CHƯƠNG I. TỔNG QUAN TÀI LIỆU
1.5. Một số kết quả trong chọn tạo giống lúa chịu mặn
1.5.1. Một số kết quả và thành tựu trong chọn tạo lúa chịu mặn trên thế giới Những năm cuối thế kỷ 20, các nhà chọn tạo giống đã sử dụng những biến đổi di truyền để tạo ra những giống lúa có tiềm năng về năng suất, chất lượng gạo tốt, kháng một số sâu bệnh chính và chống chịu với những điều kiện bất lợi như khô hạn, ngập úng, mặn. Trong chiến lược chọn tạo giống lúa chống chịu mặn, viện Nghiên cứu Lúa Quốc tế (IRRI), từ năm 1977 - 1980 đã tiến hành chọn được những dòng lúa chống chịu mặn tốt như IR42, IR4432-28-5, IR4595-4-1, IR463-22-2, IR9884-54-3. Năng suất đạt 3,6 tấn/ha trung bình cho tất cả 25 thí nghiệm. Những giống lúa cải tiến này cho năng suất cao hơn những giống lúa cổ truyền 2 tấn/ha.
Tác giả Gregorio và cộng sự (2002), báo cáo kết quả nuôi cấy tế bào soma lúa để tạo ra các biến dị soma chống chịu mặn. Từ giống lúa Pokkali (lúa mùa cao cây, cảm quang, yếu rạ, lá dài to bản và rũ, đẻ chồi ít, gạo màu đỏ, phẩm chất gạo xấu), tác giả đã thu được dòng biến dị soma TCCP226-2-49-B-B-3 là giống lúa cao sản, thấp cây, sinh trưởng mạnh, chống chịu mặn cao như Pokkali, gạo có màu trắng và phẩm chất gạo tốt hơn giống gốc, cho năng suất cao hơn nhiều so với Pokkali.
Giống lúa TCCP226-2-49-B-B-3 đã được sử dụng trong các chương trình tạo giống lúa chịu mặn tại nhiều Trung tâm nghiên cứu lúa trên thế giới [19].
Cho tới nay, rất nhiều nghiên cứu đánh giá và xác định về tính chịu mặn của các giống lúa bản địa và giống lúa cải tiến (Gregorio và cs, 2002; Negrao và cs, 2011). Một số giống lúa địa phương có nguồn gốc từ các vùng duyên hải Đông Á có tính kháng mặn cao như giống Nona Bokra (Ấn độ), Pokkali (Sri Lanka), Getu (Ấn độ), SR26B, Damodar, Cheriviruppu, Pat và Solla (Ấn độ), Ketumbar (In đô nê xi a),
Khao Seetha (Thái Lan), các giống thể hiện tính kháng mặn trên đều thuộc nhóm Indica. Hơn nữa theo số liệu cập nhật mới nhất, một số dòng giống thuộc nhóm Indica có nguồn gốc từ Saudi Arabia, Hawashi thể hiện tính chịu mặn vượt trội cao hơn cả các giống lúa Pokkali và Nona Bokra [19, 33]
Đối với nhóm Japonica, ít dòng giống thể hiện tính kháng mặn hơn nhóm Indica. Một số giống thuộc các nước ôn đới có tính chịu mặn khá như giống Harra (Tây ban Nha), Agami (Ai cập), và Daeyabyeo (Hàn quốc). Các giống Japonica nhiệt đới như giống Moroberekan mang tính kháng mặn cao, có nguồn gốc ở Guinea nơi đất canh tác ảnh hưởng ngập mặn. Giống này đã được nghiên cứu và sử dụng làm cây cho gen kháng mặn và lập bản đồ quần thể [24]. Các giống lúa thuộc họ Oryza glaberrima, phần lớn được trồng ở Tây Phi thể hiện tính kháng mặn ít hơn các giống lúa thuộc họ Oryza sativa [8].
Để hiểu sâu hơn về các tính di truyền kiểm soát khả năng chịu mặn của các giống lúa, việc xác định các QTLs liên quan đến tính kháng mặn là rất cần thiết.
Danh sách các QTL liên quan đến tính chịu mặn ở lúa có thể tìm được trên trang web Gramene (http://www.gramene.org). Đặc biệt các thông tin chi tiết về các QTLs liên quan đến tính kháng mặn ở lúa có thể tra cứu tại trang dữ liệu TropGene (http://tropenesdb,cirad.fr). Phần lớn các quần thể được sử dụng để lập bản đồ QTL là sử dụng quần thể indica lai với Japonica chẳng hạn như IR64 lai với Azucena hoặc Co29 x Moroberekan. Hơn nữa phần lớn các nghiên cứu đều lập bản đồ quần thể RIL, DH hoặc F2:3. Tuy nhiên gần đây Kim và cs.. đã sử dụng quần thể lai trở lại thì quy tụ được QTL chịu mặn nhanh chóng hơn [24]. Các tính trạng liên quan đến khả năng chịu mặn ở lúa thể hiện do các gen phức hợp kiểm soát. Các QTL liên quan đã được xác định trên các nhiễm sắc thể 1, 4, 6 và 7. Hiện vẫn chưa có QTL thể hiện tính chịu mặn được tìm thấy trên nhiễm sắc thể 8 và 11, và một số ít QTL đã xác định trên nhiễm sắc thể 2, 3, 5, 9, 10 và 12 [21,37,39]. Nhờ ứng dụng các công nghệ, kỹ thuật tiên tiến như phương pháp MAS và MABC các nhà khoa học đã chuyển được các QTLs/gen liên quan đến tính chịu mặn vào các giống lúa cải tiến.[23,37].
Trong các năm từ 1969-1984, riêng các nhà khoa hoc thuộc viện nghiên cứu lúa quốc tế (IRRI) đã sàng lọc và đánh giá khả năng kháng mặn của hơn 100.000 giống lúa thu thập từ nhiều khu vực khác nhau trên thế giới. Trong đó trên 20%
giống có khả năng chịu mặn khá. Các giống lúa bản địa thu thập ở khu vực vùng duyên hải Nam Á có tính chịu mặn cao chẳng hạn giống Nona Bokra, Cheriviruppu, SR26B, Solla (Ấn độ), Ketumbar (Indonesia), Khao Seetha (Thái lan), hay giống Sóc nâu (Việt nam). Đặc biệt giống Hawasi nguồn gôc từ Saudi Arabia có khả năng chịu mặn lớn hơn cả các giống chịu mặn Pokkali và Nona Bokra [17, 33].
Năm 1993, IRRI phát triển giống lúa IR66946, một giống lúa chống chịu mặn khá tốt từ tổ hợp lai của Pokkali/IR29. Từ đó hướng lai tạo tập trung vào lai chuyển gen chống chịu mặn từ Pokkali vào một số giống lúa mùa địa phương có tính chống chịu mặn bằng phương pháp trở lại vào các nguồn giống lúa cao sản thích nghi với từng vùng sinh thái trồng lúa riêng biệt. Tuy nhiên, nhược điểm chính của phương pháp lai tạo truyền thống là cần nhiều thời gian để tạo ra một giống lúa chống chịu mặn tốt. Thông thường thì 6 – 8 lần trở lại cần được thực hiện, tương đương với 3 – 4 năm lai tạo. Một khó khăn khác thường gặp trong lai tạo giống mới là đôi khi có mối quan hệ khá chặt chẽ giữa tính trạng chống chịu mặn với các tính trạng xấu, không mong muốn, thường được lai chuyển vào con lai cùng lúc. Các gen điều khiển tính trạng không mong muốn này ảnh hưởng xấu đến biểu hiện của con lai. Do đó, lai tạo cho tính trạng chống chịu mặn trong vài trường hợp kéo dài 10 – 15 năm để phát triển một giống lúa mới (Collard và Mackill, 2008)[12]. Việc lai tạo giống lúa chống chịu mặn còn gặp khó khăn do bản chất đa gen (QTL) của tính trạng chống chịu mặn. Biểu hiện tính chống chịu mặn của một giống lúa bị ảnh hưởng rất lớn bởi điều kiện môi trường ngoại cảnh. Theo Islam (2011) thì do hệ số di truyền của tính chống chịu mặn thấp (nhỏ hơn 19,18%), nên tính chống chịu mặn của các dòng con lai không cao như bố mẹ có gen chống chịu mặn như trường hợp của giống Pokkali [22].
Sự phát triển của chỉ thị phân tử và bản đồ gen cây lúa trong những năm gần đây đã được ứng dụng vào mục đích xác định các QTL điều khiển tính chống chịu mặn của cây, hiện diện trên các nhiễm sắc thể khác nhau. Các nghiên cứu của Gregorio (1997); Bonille và ctv (2002) và Niones (2004) đã lập được bản đồ gen rất chi tiết cho QTL “Saltol” hiện diện trên nhiễm sắc thể số 1, quyết định tới khoảng 40 – 65% tính chống chịu mặn của lúa [20, 10, 35].
Trong số các chỉ thị phân tử thì SSR có nhiều ưu điểm: đơn giản, dễ thực hiện, nhanh, chính xác, độ đa hình cao và kinh tế. Sự phát triển của marker phân tử và bản đồ gen cây lúa trong những năm gần đây đã được ứng dụng vào mục đích xác định các QTL điều khiển tính chống chịu mặn của cây, hiện diện trên các nhiễm sắc thể khác nhau. Các nghiên cứu của Gregorio (1997) và Niones (2004) đã lập được bản đồ gen rất chi tiết cho QTL “Saltol” nằm trên nhiễm sắc thể số 1, quyết định tới khoảng 40 - 65% tính chống chịu mặn của lúa [20, 35].
1.5.2. Giống lúa chống chịu mặn ở Việt Nam và tình hình chọn giống lúa chịu mặn
Việt Nam mới có rất ít nghiên cứu chọn tạo giống lúa chịu mặn. Một số giống lúa chịu mặn trồng ở các vùng ven biển Việt Nam như Cườm, Nhộng, Tẻ Tép, Tẻ Đỏ, Chiêm Bầu, Cút Hương... năng suất thấp, chỉ đạt 18 - 20 tạ /ha. Là những giống địa phương cho năng suất thấp.
Đỗ Hữu Ất (2005) đã nghiên cứu ứng dụng kỹ thuật hạt nhân trong cải tạo một số giống lúa địa phương vùng Đồng bằng ven biển Bắc Bộ. Kết quả gây đột biến nguồn Coban (Co 60) đã tạo ra những biến dị có lợi cho chọn giống. Các giống lúa CM1, CM5, ... là những giống tạo ra cho vùng mặn, kết hợp được những đặc tính chống chịu mặn, kháng đổ ngã, kháng bệnh và cho năng suất cao [1].
Viện Lúa Đồng bằng sông Cửu Long từ năm 2009 đến nay đã bước đầu tìm được 30 dòng lúa có triển vọng chịu mặn là những dòng lúa kế thừa, được phát hiện tính chịu mặn qua nhiều lần thanh lọc trong phòng thí nghiệm và nhà lưới. Một số giống lúa mới của Viện Lúa Đồng bằng sông Cửu Long xác định có khả năng kháng mặn khá cao như: OM5629, OM5891, OM4900 đã được phát triển năng suất có thể đạt từ 5-6 tấn/ha dưới điều kiện bất lợi do nhiễm mặn từ 6.0 đến 9.0 dS/m, các giống này hiện đang được phát triển và mở rộng qui mô. Kết quả đã tạo ra các dạng thử nghiệm tại nhiều địa điểm khác nhau trên cánh đồng trong 3 năm từ 2009 đến 2011 và những tác động ban đầu của chúng đã đang được tiếp tục khảo nghiệm, xác định biện pháp kỹ thuật thích hợp để tăng tính chịu mặn và năng suất [34].
Lã Hoàng Anh và cộng sự đã tìm ra 10 QTL liên quan đến tính chống chịu mặn trên giống Chành Trụi, nằm trên nhiễm sắc thể số 1, 3, 4, 6, 7, 9. Trong đó
QTL trên nhiễm sắc thể số 4 được xác định là QTL chính quy định tính chống chịu mặn của giống [25].
Đề tài “Ứng dụng phương pháp MABC nhằm chọn tạo giống lúa chịu mặn” của tôi được tiến hành trong khuôn khổ của dự án hợp tác quốc tế VN-Đan Mạch nhằm “tạo giống lúa chịu ngập chìm và chịu mặn thích nghi với điều kiện nước biển dâng cho vùng đồng bằng ven biển Việt Nam”, được thực hiện chính tại Bộ môn Sinh học phân tử, Viện Di truyền Nông nghiệp.