pháp đột phá xây dựng và phát triển nền nông nghiệp bền vững. Nhờ những tiến bộ của công nghệ sinh học, đặc biệt là công nghệ ADN (DNA technology) đã giúp cho các quá trình nghiên cứu về các tính trạng nông học nói chung và tính trạng chất lượng nói riêng hiệu quả hơn. Nếu chỉ đơn thuần sử dụng các phương pháp truyền thống nhƣ lai tạo và chọn lọc thông qua sự biểu hiện kiểu hình, không những tốn kém tiền của, thời gian mà kết quả chọn lựa còn phụ thuộc rất
nhiều vào điều kiện môi trường và kinh nghiệm của nhà chọn giống. Trong khi đó các kết quả ghi nhận sẽ có độ chính xác không cao chƣa hẳn đã đáp ứng yêu cầu thực tế.
Nhiều nghiên cứu đã cho thấy gieo trồng các giống lúa có hàm lƣợng protein cao là hướng đem lại hiệu quả kinh tế. Công tác chọn tạo giống lúa có hàm lượng protein cao có thể được tiến hành theo phương pháp chọn lọc có sự trợ giúp của chỉ thị phân tử.
Năm 2002, Blanco đã sử dụng 203 chỉ thị RFLP để nghiên cứu, đánh giá 65 dòng nội phối (Recombinant Inbred Lines-RILs) trên lúa mì, kết quả đã xác định đƣợc 7 QTLs liên quan đến tính trạng GPC (Grain Protein Content).
McCouch đã thiết lập bản đồ di truyền cây lúa nhờ marker phân tử (RFLP) gồm 135 loci. Bản đồ phủ trên 12 nhiễm sắc thể với tổng cộng 1389 cM trên genome cây lúa từ cặp lai IR34583 (Indica) và Bulu Dalam (Japonica). Các chỉ thị phân tử đƣợc sử dụng để nghiên cứu mối liên kết của chúng với những gen qui định đặc tính ở cây nhƣ: chịu hạn, kháng sâu, bệnh, phẩm chất gạo,... Khi chỉ thị phân tử đã đƣợc xác định liên kết chặt với gen qui định đặc tính, nó sẽ đƣợc sử dụng trong chọn tạo giống (McCouch et al., 1988; 1991; Tanksley và cs., 1990).
Chiều dài hạt là một trong những chỉ tiêu quan trọng để đánh giá chất lƣợng cũng nhƣ độ cảm quanh của một giống lúa, đồng thời nó cũng là một đặc tính rất quan trọng trong chọn tạo giống lúa chất lƣợng (Luo và cs., 2004)
Wan (2005) đã sử dụng 116 chỉ thị RFLP để tiến hành lập bản đồ chiều dài hạt trên các giống/dòng lúa nghiên cứu (sử dụng quần thể RILs, CSSLs, BC4F2 và BC4F3), kết quả tác giả đã tiến hành lập đƣợc 6 bản đồ QTL (qGL-2; qGL-3a; qGL- 3b; qGL-5 , qGL-7 và qGL-9). Trong đó, QTL qGL-3 nằm trên nhiễm sắc thể số 3 có chỉ số LOD đóng góp vào cao nhất (27.79) quyết định đến di truyền tính trạng chiều dài hạt gạo (Wan và cs., 2006)
1.4.2.1. Bản đồ di truyền tính trở hồ
Một vài nghiên cứu cho thấy độ trở hồ có liên quan đến hàm lƣợng amylose và do các gen alk và qASS-6 qui định, trong đó alk là gen kiểm soát giá trị làm nhòe hạt
gạo bằng chất kiềm (alkali). Gen alk và qASS-6 có sự liên kết với gen wx (McKenzie và cs., 1983) và thực tế về kiểu hình thì độ trở hồ quyết định rất lớn đến hàm lƣợng amylose (Jennings và cs., 1979)
He (1998; 1999), đã thiết lập bản đồ di truyền quần thể đơn bội kép (double haploid) dùng cây lai F1 ZY Q8 (O. indica) và JX17 (O. japonica) để nghiên cứu hệ di truyền độ trở hồ và tìm thấy cả gen chính và gen phụ của độ trở hồ đều nằm trên nhiễm sắc thể số 6 liên kết chặt với marker CT201-RZ450 (He và cs., 1998;1999).
1.4.2.2. Bản đồ di truyền hàm lƣợng amylose
Hàm lƣợng amylose trong phôi nhũ của gạo là chìa khóa quyết định chất lƣợng gạo. Gen điều khiển hàm lƣợng amylose của lúa mạch nằm trên đoạn ngắn của nhiễm sắc thể số 1 (Kleinho và cs., 1993). Trên cây lúa (Oryza sativa L.), vị trí gen điều khiển amylopectin nằm trên nhiễm sắc thể số 6 (Chr. 6). Các thể đôt biến về amylose đƣợc nghiên cứu trên giống lúa Japonica với hai dạng hình 204 và EM16. Gen điều khiển sự tăng giảm hàm lƣợng amylose đƣợc xác định trên nhiễm sắc thể số 2 (Kaushik và cs., 1991). Sử dụng marker vi vệ tinh (microsatellite-SSR), người ta đã phân loại đƣợc các nhóm amylose (genWx) nằm trong hệ genome của cây lúa (Ayres và cs., 1997). Một trong những thành tựu có ý nghĩa trong nghiên cứu di truyền phân tử về phẩm chất cơm đã đƣợc ghi nhận qua công trình nghiên cứu của Harrington năm 1997 của bản đồ liên kết gen với hệ enzym III của tinh bột trong hạt gạo của trên nhiễm sắc thể số 2 (Chr. 2) sử dụng hai chỉ thị biên là CDO718 và RG157.
1.4.2.3. Bản đồ di truyền của hàm lƣợng protein
Đặc tính di truyền hàm lƣợng protein là do đa gen kiểm soát và phân bố trên các nhiễm sắc thể số 1, 2, 4, 6, 9, 12 (liên quan đến các thành phần của glutelin), 7, 11 (liên quan đến protein dự trữ trong nội nhũ), 5, 7 và 12 (liên quan đến các thành phần của prolamin) ( http://www.ricegenome.org).
Theo Nguyễn Thị Lang (2004), hàm lƣợng protein có sự biến động mạnh mẽ là do có sự tương tác giữa kiểu gen quy định hàm lượng protein với môi trường (GxE). Từ kết quả của nhiều năm nghiên cứu tác giả đã đi đến kết luận,
hệ số tương quan giữa kiểu gen và với môi trường biến động từ 1,30 đến 0,372 (Nguyễn Thị Lang và cs., 2004).
Shenoy khi nghiên cứu về hệ số di truyền của hàm lƣợng protein đã đƣa ra kết luận, hệ số di truyền hàm lƣợng protein đạt 71% (Shenoy và cs., 1991).
Khi nghiên cứu về sự biến động hệ số di truyền của các cặp lai khác nhau, Nguyễn Thị Lang đã nhận thấy ở một số cặp lai cho kết quả hệ số di truyền hàm lƣợng protein rất thấp chỉ đạt 11,1% (Nguyễn Thị Lang và cs., 2004). Từ những biến động trên cần phải phân nhóm di truyền trên các nhóm khác nhau của các giống lúa địa phương, xem như là vật liệu lai tốt phục vụ cho chương trình chọn giống lúa tốt hơn. Tuy nhiên khi đánh giá kiểu hình tính trạng protein cũng sẽ ảnh hưởng với môi trường rất lớn. Do đó, kết hợp giữa đánh giá kiểu hình với chỉ thị phân tử để đánh giá và phân nhóm mức độ tương đồng của các giống sẽ cho kết quả cao nhất.
1.4.2.4. Bản đồ di truyền tính trạng mùi thơm
Năm 1992, Ahn đã tiến hành sử dụng chỉ thị SSR-PCR để tiến hành nghiên cứu về gen điều khiển mùi thơm trên hai giống lúa Della và Basmati 370.
Kết quả tác giả đã xác định đƣợc chỉ thị RG28 liên kết với gen fgr nằm trên nhiễm sắc thể số 8 điều khiển tính trạng mùi thơm của hai giống lúa Della và Basmati 370 (Ahn và cs., 1992).
Thông qua sử dụng chỉ thị RFLP để nghiên cứu tính đa hình của các quần thể dòng đẳng gen (NILs-population), là các dòng tạo đƣợc do hồi giao giữa con lai với một trong hai bố mẹ của nó, nên nó chỉ khác nhau ở vài đoạn mã di truyền của bố mẹ do gen (Singh và cs., 2000). Phân tích bản đồ liên kết thông qua sử dụng chỉ thị RFLP cho thấy có sự liên kết rất chặt giữa đơn gen lặn fgr với chỉ thị RG28 trên nhiễm sắc thể số 8 (Chr. 8) với khoảng cách di truyền là 4,5 cM.
Ngày nay, các chỉ thị phân tử đƣợc coi là công cụ quan trọng để xác định từ sự đa dạng hóa đến phân lập gen trong chọn giống cây trồng. Theo Lorieux (1995) có 4 loại chỉ thị phân tử cho gen điều khiển mùi thơm, kết quả xác định có nhiều chỉ thị trên nhiễm sắc thể số 8 liên kết rất chặt với gen điều khiển sự
hiện diện của AP (2-acetyl-1-pyrroline)-hợp chất chính tạo mùi thơm ở lúa thông qua một gen chính và hai loci tính trạng số lƣợng điều khiển tính trạng mùi thơm cây lúa . Gen chính điều khiển mùi thơm đƣợc định vị và liên kết với hai chỉ thị biên RG1 và RG28 ở khoảng cách <5 cM. Hai loci điều khiển tính trạng số lƣợng có tác động đén mức độ thơm của các giống lúa. Kết quả còn chứng minh rằng nồng độ AP trong cây xảy ra ít nhất ở 2 vùng nhiễm sắc thể khi đánh giá đoạn tái tổ hợp trên nhiễm sắc thể số 8 (Lorieux và cs., 1995).
Jin (1996) dùng 300 chỉ thị RAPD để tiến hành đánh giá đa hình tính trạng mùi thơm của con lai từ giống bố/mẹ Khao Dawk Mali 105 (thơm) và CT9993 (không thơm). Số chỉ thị RAPD cho đa hình giữa 2 giống Khao Dawk Mali 105 và CT9993 đạt 64,1%. Bên cạnh đó, tác giả cũng đã xác định đƣợc chỉ thị Jas 1.5 chỉ cho xuất hiện băng ở vị trí 1,5 kb trên các cá thể lúa thơm. Dự a vào sự hiện diện tính trội của alen không thơm để loại trừ các cá thể không có mùi thơm tác giả đã kết luận chỉ thị Jas 1.5 liên kết chặt với gen (fgr) quy định tính trạng hương thơm nằm trên nhiễm sắc thể số 8 với khoảng cách di truyền là 3,9 cM.
Nó không những rất hữu dụng cho việc xác định gen thơm mà còn phát hiện ra khối liên kết tại vị trí chuyển dần các gen thơm thông qua backcross (Jin và cs., 1996).
Yoshihashi (2000) đã thành công khi dùng chỉ thị SSR với mồi RM17 để xá định giống gạo thơm Khao Dawk Mali 105 với các giống khác cũng mang cùng tên thị trường thông qua ADN được li trích từ hạt gạo xay chà.
Bergman (2002) phân tích trên quần thể con lai từ ba tổ hợp lai giống lúa giống thơm và không thơm của mỹ cho kết quả xác định đƣợc 9 chỉ thị SSR liên kết locus RG28. Trong đó chỉ thị RM223 liên kết với locus RG28 tại vị trí của gen fgr với khoảng cách liên kết là < 5cM (Bergman và cs., 2002).
Khi tiến hành nghiên cứu ứng dụng SSR đánh dấu, Nguyễn Thị Lang (2002) đã tiến hành lập bản đồ tính trạng mùi thơm trên nhiễm sắc thể số 8 và kết luận RM223 liên kết chặt với gen mùi thơm frg với khoảng cách di truyền là 1,6 cM. Tác giả còn chuyển đổi RFLP thành STS để đánh giá mùi thơm thông qua chỉ thị phân tử RG28 trên quần thể F2 Khao Dawk Mali
105/ OM1490 cho đa hình giữa hai nhóm thơm và không thơm; bản đồ liên kết gen mùi thơm đƣợc thiết lập cho khoảng cách di truyền RG28 với gen fgr là 1,8cM.
Neelu Jain và cs., (2003) sử dụng 15 chỉ thị SSR đã đƣợc sắp xếp trên nhiễm sắc thể số 8 (Garland và cs., 2000) để phân tích sự đa dạng về chất lƣợng gạo của 12 giống lúa Basmati trên thị trường. Tác giả đã kết luận có 3 alen được xác định tại vị trí SCUrice-SSR1 với các chỉ thị RM342, RM42, RM195, RM223, RM284 nằm trong vùng RG1-RG28 đều cho đa hình cao giữa các giống Basmati thơm và không thơm.
Sự kết hợp giữa các phương pháp truyền thống và công nghệ ADN đã hình thành hướng chọn tạo giống mới là chọn tạo giống nhờ chỉ thị phân tử (Marker Assitsed Selection- MAS) thông qua việc ứng dụng các kết quả về lập bản đồ gen và QTLs qui định các tính về năng suất, chất lƣợng, kháng và chống với các điều kiện bất lợi và sâu bệnh hại.
1.5. MỘT SỐ KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU DI TRUYỀN HÀM LƢỢNG PROTEIN Ở LÚA