Thu thập mẫu hạt nhân có lợi giảm bớt khối lượng công việc và mức độ phức tạp khi bảo tồn, nhân giống, đổi mới hạt giống, tài liệu hóa, đánh giá và sử dụng. Đặc biệt giảm bớt khối lượng công việc và chi phí trong quản lý nguồn gen . Ngân hàng gen và thu thập nguồn gen hạt nhân được sử dụng trong trường hợp:
- Nếu toàn bộ ngân hàng gen của một Quốc gia hay quốc tế sẽ có số lượng khổng lồ dẫn đến khó khăn cho hoạt động nghiên cứu, quản lý và sử dụng ngân hàng gen - Khi số lượng mẫu lớn như ngân hàng gen chung rất khó đánh giá, hiểu biết về đa
dạng của toàn bộ ngân hàng gen chung như vậy
- Khó xác định ưu tiên thu thập bổ sung vật liệu còn thiếu trong ngân hàng
- Người sử dụng khó xác định biến dị trong một ngân hàng gen lớn như vậy và biến dị nào phù hợp cho chương trình tạo giống cho môi trường mục tiêu của họ
a) Thu thập nguồn gen hạt nhân là gì?
Khởi đầu “ Thu thập nguồn gen hạt nhân” (core collection) rất khó mô tả và thực hiện, đã có đến ba định nghĩa khác nhau. Khi O. Frankel và A.H.D. Brown năm 1984 đề xuất lần đầu tiên đề nghị “Thu thập mẫu hạt nhân từ về nguồn gen thu thập hiện có với số tối thiểu giống như các dòng trong ngân hàng gen”. Nhiều cỡ mẫu thu thập khác nhau đã gây khó khăn để đặc điểm hóa và đánh giá. Khái niệm trên đã đưa ra 02 định nghĩa đơn giản hơn.
Định nghĩa 1: là sử dụng để thu thập nguồn gen cây trồng đặc thù trong ngân hàng gen, định nghĩa này dễ ràng hướng đến thu thập gồm nhóm loài liên quan hoặc với một tập hợp các mẫu thu thập có cùng nhóm phân loại giúp trong mạng lưới ngân hàng gen.
Định nghĩa 2: mẫu hạt nhân là trung tâm hay phần quan trọng nhất, tâm điểm của phần quan trọng nhất. Với ý nghĩa này, mẫu hạt nhân có thể giúp nhận biết toàn bộ mẫu nguồn gen, nó có thể sử dụng để đánh giá, thu nhận thông tin, và nhận biết các thuộc tính của toàn bộ tập đoàn nguồn gen gốc
Thu thập nguồn gen hạt nhân số lượng không nên vượt quá 10% tổng lượng nguồn gen và tổng số mẫu nguồn gen. Theo Brown 1989 thu thập hạt nhân không vượt quá 2000 mẫu. Thực tế chứng minh thu thập mẫu hạt nhân dao động từ 5 - 20% và như vậy lượng mẫu lớn nhất là 2.000 mẫu nguồn gen lấy ra từ tập đoàn nguồn gen gốc
a) Phương pháp thu thập mẫu hạt nhân
Phương pháp chọn lọc thu mẫu hạt nhân có thể chia thành 5 bước như sau - Nhận biết vật liệu đại diện trong tập đoàn ngân hàng gen gốc
- Xác định cỡ của ngận hàng hạt nhân
- Chia ngân hàng gen hạt nhân thành các nhóm riêng biệt - Xác định số dòng trên mỗi nhóm
- Lựa chọn các dòng (entries) từ mỗi nhóm sẽ đưa vào nguồn gen hạt nhân
Sự phức tạp hay đơn giản trong mỗi bước phụ thuộc vào thông tin đã có và phương pháp sử dụng, có thể thực hiện theo 2 bước cùng một thời điểm, có thể chọn mẫu điểm sơ bộ, trên mẫu điểm sơ bộ chọn mẫu điểm tiếp để đạt được mẫu điểm cuối cùng, như vậy vừa
đảm bảo số lượng tối thiểu vừa đảm bảo mẫu điểm đại diện cho ngân hàng gen một cách chính xác và chắc chắn
Hình 2-12 : Sơđồ mô tả dòng phát triển các bước thu thập mẫu hạt nhân
Nguồn Th.J.L.van Hintum, A.H.D. Brown, and C. Spillane T.Hodgkin, 2000
b) Phương pháp lấy mẫu thu thập
Phương pháp chọn lọc ngẫu nhiên từ ngân hàng gen gốc có thể sử dụng như là một phương pháp lấy mẫu của thu thập nguồn gen hạt nhân. Phương pháp đơn giản nhất và hầu như hiệu quả cũng thấp nhất, nhưng vẫn tốt hơn phương pháp lấy mẫu liên tục theo số thứ tự xắp xếp ngân hang gen. Một phương pháp đơn giản cải tiến là lấy mẫu theo xác xuất.
Ví dụ lấy 10% của các mẫu nguồn gen có số thứ tự mà cuối cùng của số thứ tự đó là 0, nhưng phương này chỉ thỏa mãn khi không sử dụng bất kỳ thông tin nào của nguồn gen, vì nếu sử dụng như vậy sẽ cải thiện tính đại diện của mẫu nguồn gen hạt nhân. Các phương pháp thu thập mẫu hạt nhân khác được Hodgkin và cs (1995), Johnson và Hodgkin (1999),Van Hintum và cs. (2000) đã phát triển áp dụng cho các cây trồng và mục đích sử dụng khác nhau. Các mẫu gen hạt nhân cũng được xem xét thu thập dựa trên mức độ ưu tiên các tính trạng hay mẫu nguồn gen theo mục tiêu sử dụng. Ngoài ra thu thập mẫu nguồn gen hạt nhân liên quan đến mức độ xói mòn nguồn gen, số mẫu đại diện cho loài, nguồn gen hiếm, allel đặc hữu hay nghèo nàn, tính trạng, vùng sinh thái và loại vật liệu đặc thù riêng biệt (Brown và Spillane, 1999).
Nhận biết vật liệu đại diện cho ngân hàng gen gốc
Mẫu nguồn gen hạt nhân là đại diện cho toàn bộ nguồn vật liệu di truyền hay nguồn gen đã thu thập, rõ ràng là khác nhau giữa các trường hợp thu thập. Nó phụ thuộc vào nguồn vật
liệu hiện có, sự phát triển tiếp theo của mẫu hạt nhân và mục tiêu thu thập, mục tiêu sử dụng... Nhưng thu thập mẫu hạt nhân phải đại diện cho nguồn vật liệu di truyền hay ngân hàng gen đang có. Thu thập mẫu hạt nhân đã được thiết lập để bao gồm vật liệu của cây trồng trong một số nguồn gen
Cỡ mẫu điểm thu thập
Sau khi xác định vật liệu mẫu hạt nhân đại diện, bước tiếp theo cần xác định cỡ mẫu, cỡ mẫu sẽ nhỏ hơn mẫu nguồn. Theo Spillane và cộng sự cỡ mẫu hạt nhân chiếm khoảng 5 - 20% tổng số mẫu nguồn gen hiện có, đôi khi số lượng mẫu nguồn gen quá lớn số mẫu hạt nhân có thể nhỏ hơn 5% . Ví dụ lúa mạch nguồn gen có 1.600 mẫu giống khi thu thập mẫu nguồn gen hạt nhân ICRISAT lấy cỡ mẫu nhỏ hơn 0,3%, mẫu hạt nhân cây lúa miến lấy 600 mẫu từ nguồn 40.000 mẫu nguồn gen như vậy mẫu điểm chỉ chiếm 1,5%
Một số mẫu điểm cho những nguồn gen có tính trạng đặc thù như quần thể ngô địa phương có khả nanưg kết hợp (KNKH) tốt, tính chống bệnh... như vậy thu thập mẫu điểm bảo đảm một bộ các mẫu đại diện cho đa dạng của các tính trạng quý hiếm, hay tính trạng mục tiêu từ ngân hàng gen. Đối với các loài hoang dại, tỷ lệ thu thập mẫu điểm có thể lớn hơn như các mẫu họ cà theo Spillane và cộng sự lấy 31% và như vậy, không có một tỷ lệ cố định cho tất cả các trường hợp mà tùy theo loài mục tiêu. Brown 1989 cho rằng tỷ lệ thu mẫu khoảng 10% của tổng nguồn gen và chứa 70% biến dị của nguồn gen là đảm bảo. Nếu nguồn gen được chia nhóm và tỷ lệ lấy mẫu nhỏ vẫn có thể đại diện được cho nguồn gen, một nghiên cứu của ICRISAT khi chia nguồn gen thành nhóm thu thập 3% của tổng số mẫu nguồn gen cũng chứa 90% biến dị của nguồn gen đó.