Ứng dụng chị thị phân tử trong chọn tạo giống lúa kháng bạc lá

1.4. Tổng quan về chọn tạo giống nhờ ứng dụng của chỉ thị phân tử

1.4.2. Ứng dụng chị thị phân tử trong chọn tạo giống lúa kháng bạc lá

Chọn tạo và sử dụng giống kháng bệnh bạc lá đã được nhiều nước trên thế giới nghiên cứu và tiến hành. Điểm qua một số nét về tình hình nghiên cứu bệnh bạc lá chúng ta thấy các nhà khoa học đã đạt được một số thành công đáng khích lệ. Từ các nghiên cứu trên cho thấy, vì tính kháng bệnh bạc lá là do gen quy định, trên cơ sở đó chọn lọc các cặp bố mẹ và bằng phương pháp lai hữu tính chúng ta có thể tạo giống kháng bệnh với sự liên kết của các gen kháng. Bằng phương pháp này có thể tạo được những giống lúa mới vừa kết hợp được những đặc tính nông sinh học tốt của bố mẹ vừa mang gen kháng bệnh bạc lá.

Từ cuối thế kỷ 20 đến đầu thế kỷ 21, một loạt các gen kháng bạc lá được lập bản đồ với các chỉ thị phân tử liên kết đã thúc đẩy mạnh chương trình chọn giống lúa kháng bạc lá nhờ chỉ thị phân tử. Các đơn gen kháng bạc lá thường chỉ kháng được với một số nòi vi khuẩn bạc lá nhất định. Vì vậy nhiều cơ sở nghiên cứu đã tiến hành quy tụ vài gen kháng bạc lá vào một giống lúa nhằm tạo giống

28

lúa cho năng suất cao và kháng bền vững với nhiều nòi bạc lá. Chính ở đây, công nghệ chọn giống nhờ chỉ thị phân tử (MAS) trở nên đắc lực cho việc quy tụ nhiều gen vào 1 hệ gen.

Viện Nghiên cứu Lúa Quốc tế đã đưa các gen kháng được với nhiều chủng bạc lá xa5, xa13 và Xa21 vào các giống lúa “Kiểu mới” (New Plant Type) IR65598-112, IR65600-42 và IR65600-96 nhằm tạo ra các giống lúa cho năng suất siêu cao và kháng bền vững với bệnh bạc lá [24]. Các nhà khoa học ở Trường Đại học Nông nghiệp Hoa Nam đã tiến hành nghiên cứu đa hình alen của các chỉ thị phân tử liên kết với các gen xa5, xa13 và Xa21 nhằm mục tiêu sử dụng chúng trong chương trình chọn giống lúa kháng bạc lá. Các tác giả Trung Quốc đã lai chuyển thành công gen kháng bạc lá Xa21 vào dòng phục hồi (lúa lai) R8006 nhờ chỉ thị phân tử. Dòng lúa này cho khả năng kháng đạo ôn, kháng bạc lá tốt và đang được trồng thửnghiệm[10].

Thử nghiệm các gen kháng với các nòi bạc lá Ấn Độ, các nhà khoa học nhận thấy gen kháng xa13 kháng được với 84% số nòi phân lập, trong khi các gen kháng khác kháng được với số nòi ít hơn: Xa21 (50%), xa8(42%), xa5 (24%), Xa7 (12%), Xa4 (7%). Tổ hợp các gen kháng xa5 + xa13 + Xa21) kháng được với tất cả số nòi phân lập trong thí nghiệm [21]. Một chương trình MAS được thiết lập nhằm tạo giống lúa kháng bền vững với các nòi bạc lá lúa ở Ấn Độ.

Đối với các giống lúa Japonica canh tác tại Hàn Quốc, dòng pyramid với tổ hợp 3 gen kháng (Xa4 + xa5 + Xa21) tỏ ra kháng rất hiệu quả với tất cả các chủng vi khuẩn bạc lá, kể cả chủng độc K3a mới phân lập. Tổ hợp 3 gen kháng này dường như có biểu hiện thêm hiệu ứng kháng bổ trợ sốlượng (quantitative complementation) [15]. Kết quả này đưa ra một chiến lược mới trong chọn tạo giống lúa Japonica có phổ kháng rộng đối với các chủng bạc lá. Các nhà khoa học Hàn Quốc còn sử dụng các chỉ thị phân tử STS và SNP liên kết với các gen

29

kháng Xa1, Xa4, xa5, xa13 và Xa21 trong chọn tạo giống lúa thơm kháng bạc lá [17].

Hiện nay, đã có 40 gen kháng bạc lá đã được phát hiện. Từ các kết quả nghiên cứu trong nước, bước đầu có thể khẳng định các gen Xa3, Xa4, xa5, Xa7, Xa10, Xa13, Xa14 là các gen kháng thường có mặt trên các giống lúa địa phương ở Việt Nam. Các gen kháng xa5, Xa7, Xa21 là các gen có ý nghĩa quan trọng trong việc chọn tạo giống lúa kháng bệnh, bởi chúng có khả năng kháng được hầu hết các chủng vi khuẩn phổ biến của Việt Nam.

Theo kết quả nghiên cứu của Bùi Trọng Thuỷ (2004) các gen đơn trội Xa7, Xa21 và gen lặn xa5 có phản ứng kháng (R), kháng vừa (M) với tất cả 10 chủng vi khuẩn X. oryzae gây bệnh bạc lá ở miền Bắc Việt Nam. Đây là ba gen Xa - gen kháng rất có ý nghĩa trong việc sử dụng lai tạo, chọn lọc các giống lúa chống bệnh bạc lá. Gen Xa4 kháng được các chủng Y3, Y4, Y5 và Y7. Gen Xa3 có phản ứng kháng (R) chủng Y1. Gen Xa10 kháng được chủng Y2 và kháng vừa (M) chủng Y3[2].

Sự khác biệt lớn của các nhóm gen kháng bao gồm IRBB7, IRBB5, IRBB4 và IRBB21. IRBB7 kháng được các chủng nổi bật, IRBB5 kháng được hầu hết các chủng đại diện. Kết quả nghiên cứu các dòng đẳng gen thu được các dòng chứa gen Xa7, xa5 chống được hầu hết các chủng phân lập, tiếp đến Xa21, Xa4. Kết quả cho thấy vai trò quan trọng của việc sử dụng các gen này trong chương trình chọn giống lúa chống bệnh bạc lá cho miền Bắc Việt Nam . Như vậy khi chúng ta cần sử dụng gen trội Xa7, Xa21 có mặt trong dòng bố hoặc mẹ, con lai F1 sẽ được thừa hưởng tính kháng bệnh 100%. Trường hợp sử dụng gẹn lặn xa5 sẽ dùng trong chọn tạo giống lúa thuần.

Những nghiên cứu về đa dạng vi khuẩn Xoo tại miền Bắc Việt Nam cho đến nay vẫn thường chỉ sử dụng phương pháp lây nhiễm nhân tạo trên các dòng

30

lúa đẳng đơn gen (gen kháng bệnh bạc lá). Kết quả là có thể thiết lập được một phổ kháng nhiễm và dựa vào đây, các tác giả phân tích sự đa hình của các mẫu vi khuẩn, phân lập chúng vào những nhóm chủng có biểu hiện kháng nhiễm khác nhau đối với các dòng đẳng đơn gen. Còn những nghiên cứu về đa dạng vi khuẩn Xoo ứng dụng chỉ thị phân tử ADN thực thụ thì gần như chưa được tiến hành hoặc mới chỉ sử dụng chỉ thị phân tử để xác định vi khuẩn Xoo.

Đánh giá khả năng kháng bệnh bạc lá của các giống lúa Việt Nam, Lại Văn E và cs., 1999 đã thu thập 40 dòng vi khẩn kháng bệnh bạc lá khác nhau của Việt Nam. Dựa trên tính gây bệnh cho bộ chỉ thị IRBB 1, IRBB 2, IRBB 3, IRBB 4, IRBB 5, IRBB 7, IRBB 8, IRBB 10, IRBB 11, IR 24, IR 20, Kinmaze, TN1 và BJ1. Các dòng chỉ thị được chia ra thành 7 nhóm khác nhau. Trong 3 giống chỉ thị IRBB5, IRBB7 và BJ1 có phản ứng kháng đối với tất cả các dòng vi khuẩn IRBB8 kháng đối với 37 dòng vi khuẩn. IRBB3 kháng với 36 dòng vi khuẩn. IRBB2, IRBB 11, Kimaze và TN1 có phản ứng nhiễm đối với tất cả các dòng. Những giống chỉ thị còn lại kháng đối với 1 số dòng, những dòng thuộc vào nhóm gây bệnh chính hiện diện trên hầu hết các vùng trồng lúa của Việt Nam. Phần lớn các giống lúa triển vọng cho thấy có phản ứng nhiễm với tất cả các dòng khuẩn thu thập. Tuy nhiên một vài giống lúa của đồng bằng sông Cửu Long lại kháng đối với các dòng khuẩn ở phía Bắc Việt Nam.

Nghiên cứu đa dạng tập đoàn giống lúa có tính khác nhau với bệnh bạc lá bằng kĩ thuật RAPD, tác giả Đinh Thị Phòng đã sử dụng 21 mồi ngẫu nhiên với 36 giống lúa thu được tổng số 392 phân đoạn ADN được nhân lên. Tất cả 21 mồi RAPD đều cho tính đa hình. Sự sai khác về hệ số tương đồng di truyền giữa các giống khoảng 22% - 64 %. Có tổng số 36 giống lúa có tính kháng bệnh bạc lá khác nhau có thể sử sử dụng như là những nguyên liệu để xác định nhóm gen kháng của từng giống lúa làm cơ sở trong nghiên cứu chọn tạo giống lúa kháng bệnh bạc lá có năng xuất chất lượng cao.

31

Nghiên cứu của của Hoàng Đình Đình và cs., 2008 về việc đánh giá sơ bộ kiểu kí sinh các mẫu li trích vi khuẩn Xanthomonas oryzae pv oryzae vùng Đồng Bằng Sông Cửu Long kết quả cho thấy 41 mẫu vi khuẩn thuần cho phản ứng gây bệnh trên bộ chỉ thị 10 gồm dòng đẳng gen chứa 10 gen kháng bệnh khác nhau. Kết qủa phản ứng của các mẫu vi khuẩn này trên 10 gen kháng cho ra tính kháng nhiễm rất khác biệt. Gen xa5 có hiệu lực kháng bệnh cao nhất, kế đến là Xa7, Xa21 và xa13. Sáu nòi sinh lý đã được xác định và cho thấy chúng phân bố khác nhau trên các tỉnh vùng ĐBSCL. Nòi A, E và F phổ biến nhất và có xuất hiện gây hại ở từ 6 đến 8 tỉnh trong toàn vùng, trong khi nòi B, C và D xuất hiện ở từ 3 đến 5 tỉnh trong vùng.

Nguyễn Thị Pha và cs., 2004 sử dụng các chỉ thị STS (RG556, RG136, pTA248..), SSR (RM21, RM114, RM122, RM164, RM190) để phát hiện các gen Xa21, xa5, xa13 trên giống các giống lúa địa phương và bố mẹ lai[22]. Lã Vinh Hoa và cs., 2010 đã sử dụng các chỉ thị Npb 181, P3 và RG 556 để phát hiện ra các gen Xa4, Xa7, xa5 tương ứng với 150 mẫu giống thu được từ các địa phương ở miền Bắc Việt Nam[3].

Vũ Hồng Quảng và cs., 2011 đã thành công sử dụng các chỉ thị RM5509 và pTA248 để phát hiện gen kháng bạc lá tương ứng ở xa7, xa21 ở các dòng bố mẹ 9311BB, D42BB, R308BB. Chỉ thị phân tử liên kết chặt với các gen Xa21, Xa7: pTA248, RM5509 tương ứng đã được sử dụng để phát hiện các gen này trên 3 dòng bố 9311BB, D42BB, R308BB[7]. Kết quả kiểm tra cho thấy: dòng bố R308BB có 90% số cá thể của mang gen kháng Xa21 đồng hợp tử, 10% số cá thể mang gen dị hợp tử; dòng bố D42BB có 10% số cá thể mang gen kháng dị hợp tử, dòng bố 9311BB có 100% số cá thể mang gen Xa7 và tất cả các cá thể này đều đồng hợp tử về gen Xa7.

Trong công tác chọn tạo giống, chiến lược chọn tạo giống lúa chống bệnh bạc lá ở Miền Bắc của Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội dùng phương pháp

32

thu thập mẫu bệnh, ứng dụng công nghệ sinh học để phân lập, nuôi cấy và phân biệt gen kháng bệnh bằng PCR đã xác định 16 chủng vi khuẩn Xanthomonas oryzea gây bệnh khác nhau. Các dòng chỉ thị IRBB5 (Xa5), IRBB7 (Xa7), IRBB21 (Xa2) có tính kháng đa số các chủng vi khuẩn gây bệnh.

- Áp dụng chỉ thị phân tử để chọn giống lúa kháng bệnh bạc lá của Viện nghiên cứu lúa Đồng bằng sông Cửu Long dùng phương pháp chỉ thị marker kết hợp với chọn giống truyền thống, thanh lọc và đánh giá kiểu hình, kiểu gen các giống lúa mùa địa phương xác định gen kháng bạc lá Xa5, Xa13 trên nhiểm sắc thể số 5, 8 và việc liên kết các gen mục tiêu làm tăng tính kháng rộng của giống lúa.

- Phan Thanh Tùng và nhóm tác giả Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội, sử dụng 11 mẫu vi khuẩn ở miền Bắc Việt Nam, được phân lập bằng phương pháp lây nhiễm nhân tạo và 9 isolate mới được thu thập vào vụ mùa 2007 ở một số vùng tại miền Bắc Việt Nam (ký hiệu 2, 4, 5...); 11 dòng lúa đẳng đơn gen (gen kháng bệnh bạc lá), 1 giống đối chứng mẫn cảm là IR24. Ngoài phương pháp nghiên cứu và phân lập, tác giả còn sử dụng phương pháp nuôi cấy vi khuẩn; chiết tách ADN tổng số và xác định Xoo bằng PCR; xác định đa dạng di truyền Xoo, lây nhiễm nhân tạo. Gần đây nhất, các nhà chọn tạo giống của Trường Đại học Nông nghiệp I đã thành công trong việc chuyển gen Xa21 vào giống lúa Bác ưu 903 nhập từ Trung Quốc, có năng suất cao và đặc biệt có khả năng kháng bệnh bạc lá rất tốt.

Tại Viện Di truyền Nông Nghiệp, tác giả Vũ Đức Quang và nhóm tác giả đã thu thập được một số giống nhận gen trong các tổ hợp lai, dòng NILs mang đơn gen kháng Xa21; Xa4; Xa5; Xa7, chọn được 15 nòi vi khuẩn có độc tính cao và đánh giá được một số đặc tính nông học của các mẫu giống.

33