2.4. Tình hình nghiên cứu về tính kháng bệnh sương mai và chọn tạo giống cà
2.4.1. Các nghiên cứu ngoài nước
Tính kháng bệnh sương mai ở cà chua đã được phát hiện do 3 gen kháng chính quy định, hiện đang có ở các loài cà chua hoang dại quả đỏ S.
pimpinellifolium, bao gồm Ph1, Ph2 và Ph3, lần lượt nằm trên các nhiễm sắc thể cà chua số 7, số 10 và số 9. Gen kháng Ph1 là gen trội có khả năng kháng chuyên tính với chủng T-0, nhưng nhanh chóng bị vượt qua bởi sự xuất hiện chủng mới của mầm bệnh. Gần đây, nấm Phytophthora infestans đang xuất hiện tồn tại chủng T-1 chiếm ưu thế, làm cho khả năng kháng của gen Ph1 không còn hiệu quả. Gen trội không hoàn toàn Ph2 cung cấp tính kháng từng phần với một số isolate của chủng T-1. Gen kháng Ph2 làm chậm nhưng không ngừng được sự phát triển của nấm bệnh. Hơn nữa, gen Ph2 thường mất tính kháng khi có sự xuất hiện của một số chủng mới linh hoạt hơn. Gen Ph2 đã được định vị nằm giữa hai chỉ thị RFLP là CP105 và TG233 ở khoảng 8.4 cM. Một gen kháng mạnh hơn là Ph3, đã được phát hiện ở loài cà chua S. pimpinellifolium trong dòng L3707 và L3708 đang bảo tồn tại Trung tâm Nghiên cứu và Phát triển Rau Châu Á. Hiện
nay, gen này kháng hữu ích hơn nhiều so với các gen Ph1 và Ph2, mang lại tính kháng trội không hoàn toàn trên diện rộng đối với các chủng Phytophthhora infestans của cà chua. Gen Ph3 đã được định vị nằm gần chỉ thị RFLP TG591a (Dilip et al., 2015). Gen Ph3 trội không hoàn toàn, kháng tốt với chủng Pi-16, trong khi đó các gen kháng Ph1 và Ph2 không thể hiện tính kháng với chủng này.
Giống cà chua mang gen kháng Ph1 hay Ph2 không thể hiện khả năng kháng tốt đối với các chủng nấm sương mai tại Israel (Davis et al., 1996). Điều này chứng tỏ các gen trên chỉ mang tính kháng chuyên tính với một hoặc một số chủng Phytophthora infestans nhất định. Trái lại, do nấm bệnh này có khả năng sinh sản hữu tính tạo ra các dạng tái tổ hợp mới rất nhanh chóng nên giống cà chua mang gen kháng trên rất dễ bị nhiễm bệnh bởi các chủng mới. Ngay sau đó, nghiên cứu của Chen et al. (2008) chỉ ra rằng “Ph2 và Ph3 bổ sung cho nhau sẽ giúp tăng tính kháng với nhiều chủng nấm Phytophthora infestans gây bệnh hơn so với khi chỉ có một trong hai gen đơn”. Các nghiên cứu từ Trường Đại học Cornell cho thấy khi có mặt của gen kháng bệnh sương mai thứ hai ở L3708 đã tương tác lấn át đối với Ph3. Một vài chỉ thị liên kết với Ph3 được công bố gồm hai vùng trình tự đặc trưng được khuếch đại SCAR và chuỗi đa hình khuếch đại được cắt hạn chế CAPs (Zhu et al., 2006).
Phương pháp sử dụng nhiều gen, mỗi gen có vai trò nhất định liên quan đến tính kháng, nhằm tạo ra các giống cà chua kháng bệnh ổn định đã được nghiên cứu.
Một số QTL kháng bệnh sương mai đã được xác định trên loài cà chua dại Lycopersicon pimpinellifolium (Fray et al., 2005). Giống L3707 thể hiện tính kháng không chuyên tính với nấm Phytophthora infestans, được quy định bởi hai gen độc lập, trội không hoàn toàn, và thể hiện tương tác trội (Jones et al., 1997). Hầu hết nguồn gen kháng bệnh của cà chua được tìm thấy ở loài hoang dại đều có thể lai với cà chua trồng. Tuy nhiên, cũng gặp một số khó khăn do sử dụng loài xa nhau về di truyền như Lycopersicon chilense hay Lycopersicon peruvianum (Wang et al., 2016).
Với phương pháp lai tạo giống truyền thống sẽ gặp nhiều khó khăn để sử dụng các gen trong loài hoang dại. Các dạng dại thường thiếu các tính trạng cần thiết cho nhu cầu con người, năng suất thấp, chất lượng quả kém. Để hạn chế hàng loạt các gen không cần thiết đi kèm với gen cần trong quá trình lai tạo, phương pháp lai lại với dạng trồng được sử dụng.
Chọn tạo giống cà chua kháng bệnh sương mai ở Trung tâm Nghiên cứu và Phát triển Rau Châu Á đã được bắt đầu từ năm 1993. Giống cà chua L3708
(Lycopersicon pimpinellifolium) được chọn lọc như là giống cho tính kháng bệnh sương mai, thể hiện tính kháng cao trên đồng ruộng và trong nhà kính ở Tanzania và Đài Loan. Bên cạnh đó, CL2037 cũng đã được sàng lọc từ quá trình lai lại giữa F1 của tổ hợp lai Moneymaker × L3708 với Moneymarker.
Dòng cà chua được mã hóa CL2037B mang gen Ph3 đồng hợp tử đã được chọn lọc để nhân giống và thương mại hóa (AVRDC, 1999). Những nghiên cứu này đã tạo ra một bước ngoặt lớn về nguồn vật liệu cà chua kháng bệnh sương mai cho các nghiên cứu sau này.
Với sự trợ giúp của sinh học phân tử, bản đồ liên kết gen xác định được chính xác từng gen hay QTL và vị trí của nó trên nhiễm sắc thể. Các QTL cần thiết sẽ được đưa vào cây trồng, các tính trạng không cần thiết sẽ loại bỏ nhanh chóng trong quá trình chọn lọc có sự trợ giúp của chỉ thị phân tử (Tigchelaar, 1986). Trong những năm qua, bản đồ chỉ thị phân tử đã được phát triển cho nhiều loại cây (trong đó có cà chua), thành công trong di truyền và chọn giống ứng dụng. Sử dụng chỉ thị phân tử trong chọn tạo giống cà chua nhằm cải thiện một số tính trạng nông học như tính kháng bệnh, nâng cao năng suất và chất lượng quả.
Đối với QTL kháng bệnh sương mai của cà chua cũng được một số tác giả nghiên cứu. Brouwer et al. (2004) đã sử dụng phương pháp bản đồ cách quãng kết hợp xác định được các QTL kháng bệnh sương mai trên cả 12 nhiễm sắc thể
ở cà chua, trong đó có 6 QTL ở quần thể BC- E (lb1a, lb2a, lb3, lb4, lb5b, lb11b) và hai QTL trong quần thể BC- H (lb5ab, lb6ab). Tác giả kết luận rằng, một vài QTL kháng với Phytophthora infestans được phát hiện ở cà chua trùng với các vị trí nhiễm sắc thể của các gen kháng đã được lập bản đồ trước đó và trùng với các QTL kháng Phytophthora infestans trên khoai tây, chứng tỏ có sự bảo tồn chức năng kháng trong họ cà. Cũng trong năm 2004, nhóm tác giả đã sử dụng dòng NILs và sub- NILs để thực hiện “fine mapping” ba QTL lb4, lb5b, lb11b. Kết quả cho thấy, các QTL kháng được phát hiện trong cả ba bộ của các dòng NIL.
Trong đó, lb4 định vị gần với chỉ thị TG609 và giữa hai chỉ thị TG182 và CT194 trên nhiễm sắc thể số 4 với quãng 6.9 cM; lb5b định vị với quãng 8.8 cM, giữa hai chỉ thị TG69a và TG413 trên nhiễm sắc thể số 5, rất gần với chỉ thị TG23; và lb11 định vị với quãng 15.1 cM trên nhiễm sắc thể số 11 giữa hai chỉ thị TG194 và TG400 với đỉnh nằm giữa hai chỉ thị CT182 và TG147 (Brouwer et al., 2004).
Bên cạnh đó, các chỉ thị DNA đã được dùng để đánh dấu và lập bản đồ
cho nhiều gen kháng bệnh, sử dụng các quần thể F2 hoặc quần thể lai lại BC1. Mức độ liên kết giữa chỉ thị phân tử và gen kháng bệnh làm cơ sở cho việc chọn tạo giống thông qua phương pháp chọn tạo giống bằng chỉ thị phân tử. Bản đồ phân giải cao của cà chua được lập đầu tiên năm 1991 gồm 1030 chỉ thị RFLP và một số chỉ thị kiểu hình để định vị nhóm liên kết gen trên nhiễm sắc thể. Các chỉ thị trên bản đồ này có thể ứng dụng trong bất kì quần thể nào trong loài Lycopersicon spp (Tanksley et al., 1992).
Chungwonse et al. (2002) đã sử dụng quần thể F2 của cặp lai CLN657 (nhiễm bệnh) × L3708 (kháng bệnh) để khảo sát 120 mồi AFLP cho thấy 5 mồi có băng đặc trưng cho nguồn gen kháng bệnh và 1 mồi liên quan đến nguồn gen nhiễm bệnh. Đồng thời, xác định được 1 chỉ thị RFLP là TG591 nằm trên nhiễm sắc thể số 9 liên kết với gen Ph3 (hình 2.5) (Chunwongse et al., 2002).
Hình 2.5. Vị trí của gen Ph3 trong bản đồ chỉ thị phân tử RFLP tại vai dài của nhiễm sắc thể số 9
Nguồn: Botstein et al. (2006) Zhu et al. (2006) đã phân tích “di truyền và xác định chỉ thị SSR liên kết với tính kháng bệnh sương mai trên cà chua”. Nghiên cứu được tiến hành trên 241 cá thể trên quần thể F2 từ phép lai giữa dòng cận giao thứ năm mẫn cảm với bệnh sương mai và một dòng kháng CLN2037E. Kết quả cho thấy gen kháng bệnh sương mai Ph- ROL định vị ở nhiễm sắc thể số 9 với khoảng cách di truyền so với chỉ thị SSR TOM236 là 5.7 cM (Zhu et al., 2006).
Cũng với dòng kháng CLN2037, QIU et al. (2009) đã tiến hành xác định chỉ thị RAPD liên kết với tính kháng bệnh sương mai trên cà chua. Nghiên cứu được thực hiện trên quần thể F2 gồm 147 cá thể từ phép lai giữa CLN2037 (dòng kháng) × T2- 03 (dòng mẫn cảm với bệnh). Kết quả cho thấy, chỉ thị CCPB272-03740 liên kết chặt với gen Ph3 với khoảng cách di truyền là 5.8 cM (Raposo et al., 1993). Tính kháng bệnh sương mai còn được tìm thấy ở mẫu cà chua dại LA1033 (L.hirutum) (Kim and Mutschler, 2000). Tuy nhiên nhóm cà chua này có đặc điểm tự bất hợp nên gặp khó khăn khi lai với giống cà chua trồng trọt. Các gen kháng và QTL kháng bệnh sương mai đã được lập bản đồ liên kết trên các nhiễm sắc thể khác nhau (hình 2.6).
Hình 2.6. Bản đồ liên kết các gen (QTL) liên quan đến tính kháng bệnh sương mai của cà chua: LB-1 và LB-2- QTL kháng bệnh sương mai (Fray et al., 1998); Ph1, Ph2, Ph3- gen kháng bệnh
sương mai (Chunwongse et al., 2002).
Để có thể sử dụng được trong chọn tạo giống cà chua, Park et al. (2010) xuất phát từ chỉ thị AFLP liên kết với gen Ph3 (Chunwonse et al.,2002) để
chuyển đổi thành chỉ thị SCAR. Trong số 6 chỉ thị AFLP, chỉ có 1 chỉ thị (L87) được chuyển đổi thành công sang chỉ thị SCAR. Tuy nhiên, chỉ thị này chỉ xác định được allen kháng bệnh, không xuất hiện allen nhiễm bệnh nên là chỉ thị trội và ít có ý nghĩa trong chọn tạo giống (hình 2.7) (Park et al., 2010).