1.2 NGHIÊN CỨU DI TRUYỀN VÀ CHỌN TẠO GIỐNG Ở CÂY CA CAO
1.2.1 Nghiên cứu di truyền và chọn tạo giống ca cao theo phương pháp truyền thống
truyền thống
Nghiên cứu chọn tạo giống ca cao gặp nhiều khó khăn và hạn chế, do ca cao có chu kỳ sống khá dài (tối thiểu là 2 - 3 năm, từ hạt ra hạt) và phải mất rất nhiều năm thử nghiệm đồng ruộng để đánh giá đầy đủ hiệu suất và các đặc tính kháng bệnh. Rất nhiều kiểu gen của ca cao tự bất tương hợp dẫn tới các nghiên cứu chọn tạo giống và phân tích di truyền tốn nhiều công sức hơn. Ngoài ra, ca cao cần diện tích canh tác lớn và cần nhiều nhân lực để duy trì và đánh giá các thử nghiệm đồng ruộng. Hơn nữa, hạt ca cao cứng và nguồn gen phải được bảo
tồn dưới dạng sống trên đồng ruộng hay nhà kính. Hiện nay, hệ thống giống được sử dụng rộng rãi là hạt lai F1 và các dòng vô tính đã chọn lọc có năng suất cao và kháng sâu bệnh. Có hai nguồn giống chính để trồng ca cao:
Hạt lai: Là hạt từ những cặp lai đã xác định cha mẹ và đã kiểm nghiệm năng suất thế hệ F1. Loại hạt giống này chỉ có ở những cơ sở nghiên cứu.
Nhiều cặp lai (5 - 10 cặp) có thể được phối trộn để tăng khả năng thụ phấn và làm phong phú cơ sở di truyền. Từ các quần thể này, những cá thể tốt, đã thích ứng được sinh thái địa phương được tuyển chọn, kiểm nghiệm lại và nhân vô tính để phát triển thành dòng thương mại. Sử dụng hạt lai thì khả năng thích ứng của chúng với môi trường địa phương sẽ cao hơn nhờ sự đa dạng về cơ sở di truyền.
Hạt của những quả (kể cả từ cây có năng suất cao; từ quần thể hạt F1) không biết rõ cha mẹ không nên sử dụng để làm giống. Ca cao vốn là cây giao phấn nên nếu không được thử nghiệm đánh giá trước, sự phân ly của những hạt không rõ nguồn gốc sẽ cho những cá thể không tốt như dự kiến.
Dòng vô tính: Là những cá thể xuất sắc được chọn lọc từ những quần thể xác định được cha mẹ hoặc những cá thể không rõ nguồn gốc nhưng được phát hiện thông qua điều tra tuyển chọn. Các cá thể này được nhân vô tính (ghép, chiết hoặc giâm cành) nên vẫn giữ được hoàn toàn đặc tính của cây mẹ.
Nguồn giống này cho quần thể có độ đồng đều cao về sinh trưởng, năng suất và chất lượng.
Các chương trình chọn tạo giống ca cao được bắt đầu từ những năm 1920 của thế kỷ trước ở nhiều quốc gia trồng ca cao. Vào những năm 1930, 1940, các nguồn gen ca cao có giá trị đã được thu thập từ các khu vực Amazon thuộc Brazil, Ecuador và Peru. Các dòng vô tính của những nguồn gen có giá trị này hiện vẫn được duy trì trong các bộ sưu tập nguồn gen ca cao. Sự đa dạng di truyền lớn của ca cao đã được phát hiện trong các quần thể hoang dại ở khu vực Amazon nhưng những đa dạng di truyền này chưa được lai tạo rộng rãi với các dòng thuần. Tính trạng kháng bệnh hiện nay là tính trạng được các nhà tạo giống quan tâm nhất. Các tính trạng khác được quan tâm bao gồm tăng
năng suất, hương vị, thành phần bơ (% lipid trong hạt) và chất lượng (acid béo bão hòa), kháng với các điều kiện ngoại cảnh bất lợi và nhiều các đặc tính nông học khác (Guiltinan et al., 2008).
Kích thước hệ gen của ca cao được công bố vào khoảng 390 Mb đến 415 Mb (Couch et al., 1993). Kích thước tương đối nhỏ so với hệ gen của thực vật làm tăng tính khả thi trong nghiên cứu hệ gen và xác định trình tự toàn bộ hệ gen của ca cao (http://www.cacaogenomedb.org/). Kích thước hệ gen của giống Criollo và Amelonado đã được xác định trình tự 76% và 92% (Arout et al., 2011; Motamayor et al., 2013). Ngoài nguồn nguyên liệu tươi từ cây ca cao, các nguồn gen ca cao có thể được khai thác từ một số nguồn đã công bố như các thư viện BAC (phục vụ các nghiên cứu về cấu trúc và tiến hóa hệ gen), các EST (phục vụ các nghiên cứu về các hệ thống biểu hiện của gen trong quá trình phát triển của cây)… (Guiltinan et al., 2008). Trên thế giới, các nghiên cứu về hệ gen, di truyền và chọn tạo giống ca cao được triển khai bởi nhiều nhóm nghiên cứu với các hợp tác hiệu quả (Bennett, 2003). Nhằm tăng cường sự hợp tác và trao đổi thông tin giữa các nhà chọn tạo giống và di truyền, Nhóm Cải biến Di truyền Ca cao Quốc tế (International Group for Genetic Improvement of Cocoa - INGENIC) đã được thành lập vào năm 1994 (http://ingenic.cas.psu.edu). Ngoài ra, hầu hết các quốc gia sản xuất ca cao đã được các tổ chức quốc tế cũng như trong nước đầu tư xây dựng các viện/ trung tâm nghiên cứu như Viện Nghiên cứu Ca cao của Ghana (Cocoa Research Institute of Ghana - CRIG), Viện Nghiên cứu Ca cao của Nigeria (Cocoa Research Institute of Nigeria - CRIN), Trung tâm Nghiên cứu Ca cao của MARS (MARS Center for Cocoa Sciences - MCCS) có trụ sở ở Brazil, Viện Nghiên cứu Nông nghiệp (Institute of Agricultural Research - INIA) của Chile… Ở Hoa Kỳ, USDA-ARS đã thành lập hai trung tâm nghiên cứu ca cao ở Beltsville (thuộc Bang Maryland) và Miami (thuộc Bang Florida). Đây là nơi tiến hành các nghiên cứu hợp tác sâu rộng về ca cao với các phòng thí nghiệm trên toàn cầu. Ngoài ra, một số trường đại học có các chương trình nghiên cứu ca cao như Đại học Bang Pennsylvania, Hoa Kỳ (với Viện Nghiên cứu Ca cao Hoa Kỳ, nơi triển khai Chương trình Sinh học phân tử Ca cao). Một số trung
tâm nghiên cứu ca cao chất lượng cao ở châu Âu bao gồm Trung tâm Nghiên cứu Phát triển Nông nghiệp (Agricultural Research for Development - CIRAD) của Pháp, Trường Đại học Reading của Anh… Điểm mạnh của các viện/ trung tâm này là có đội ngũ các nhà khoa học giàu kinh nghiệm trong nghiên cứu ca cao, có các khu vực thử nghiệm đồng ruộng quy mô và các chương trình chọn tạo giống.