2.7.2.1. Đặc điểm dòng bố mẹ trong lúa lai hai dòng
* Dòng bố (Pollinator)
Trong hệ thống lúa lai hai dòng, dòng bố là một trong hai thành phần đóng vai trò trọng yếu để phát triển các tổ hợp lai mới [12]. Các dòng này phải đáp ứng được một số yêu cầu cơ bản sau:
- Có đặc tính nông sinh học tốt, cây cao hơn dòng mẹ, thời gian sinh trưởng xấp xỉ hoặc dài hơn dòng mẹ, khả năng phối hợp cao, cho ưu thế lai đáng tin cậy.
Trường Đại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp……….. 32
Năm 1973, các nhà chọn giống tìm ra dòng phục hồi IR661, Thái dẫn số 1, IR24.... Dòng phục hồi tính hữu dục (dòng R): gen phục hồi tính hữu dục là gen trội trong nhân tế bào (RR). Các dòng phục hồi thường chỉ thể hiện khả năng phục hồi khi lai với dòng bất dục đực cùng loài phụ mà không có khả năng phục hồi cho các dòng bất dục khác loài [8].
Dòng phục hồi hạt phấn tốt thuộc loài phụ Indica là chiếm đa số, các giống thuộc loài phụ này sử dụng làm bố rất tốt để phát triển lúa lai giữa hai loài phụ Indica/Japonica [24].
Các dòng bố có thể chọn tạo bằng các phương pháp sau:
- Phân lập các dòng phục hồi trong quần thể tự nhiên bằng lai thử: Lai thử các dòng phục hồi tốt có bản chất di truyền đa dạng với các dòng EGMS có khả năng phối hợp cao. Chọn các dòng bố cho các tổ hợp có nhiều đặc tính nông sinh học tốt, có ưu thế lai thực và ưu thế lai chuẩn cao hơn có ý nghĩa.
- Tạo dòng phục hồi bằng phương pháp lai hữu tính: Nhằm bổ sung các tính trạng có lợi còn thiếu, cải tiến các tính trạng nông sinh học, năng suất, tính chống chịu qua phương pháp lai hữu tính và chọn lọc cá thể ở các thế hệ phân ly đời sau.
- Tạo dòng phục hồi bằng phương pháp xử lý đột biến: Cải tạo tính trạng của các dòng R sẵn có, nâng cao khả năng phục hồi và khả năng chống chịu sâu bệnh [29].
Việc chọn các dòng cho phấn cho lúa lai hai dòng không gặp nhiều khó khăn do các dòng EGMS đang sử dụng chủ yếu là do 1 hoặc 2 cặp gen lặn trong nhân điều khiển tính bất dục vì vậy có tới trên 95% các giống lúa thường có khả năng phục hồi hữu dục cho các dòng EGMS trong cùng loài phụ, nên khả năng tìm ra dòng bố cho ưu thế lai cao là rất lớn so với hệ thống lúa lai ba dòng [28][42].
Trường Đại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp……….. 33
* Dòng mẹ (dòng S)
Trong hệ thống lúa lai hai dòng, sử dụng dòng mẹ bất dục đực chức năng di truyền nhân cảm ứng với điều kiện môi trường (Enviromental genetic male sterile - EGMS), bao gồm kiểu bất dục đực chức năng di truyền nhân nhạy cảm với độ dài ngày (PGMS) và bất dục đực chức năng di truyền nhân nhạy cảm với nhiệt độ (TGMS).
Shi (1981, 1985); Shi và Deng (1986) đã phát hiện ra dòng bất dục đực cảm ứng với độ dài chiếu sáng (PGMS), dòng này chuyển hoá từ bất dục sang hữu dục trong điều kiện chiếu sáng nhất định. Năm 1989, Yang và cộng sự đã tạo ra dòng PGMS5460PS từ giống IR54.
Zhou và cộng sự (1988, 1991); Virmani và Voc (1991); Wu và cộng sự đã phát hiện ra các dòng bất dục đực cảm ứng với điều kiện nhiệt độ (TGMS), sự chuyển hoá bất dục - hữu dục do điều kiện nhiệt độ quyết định. Sau đó hàng loạt các dòng EGMS đã được phát hiện.
Tính trạng bất dục đực của các dòng EGMS được kiểm bởi một hoặc hai cặp gen nhân và không chịu sự kiểm soát của gen trong tế bào chất. Nhiều công bố từ trước đến nay đều cho rằng cặp gen lặn trong nhân kiểm soát tính bất dục đực nhạy cảm với điều kiện môi trường. Hu và cộng sự (1990) đã chỉ ra rằng sự bất dục đực được điều khiển bởi hai cặp gen này ở 6 dòng bất dục được tạo ra từ Nongken 58S đều cùng alen với nhau [34][39].
Khi nghiên cứu dòng Annong S-1, W6154S đã kết luận rằng sự bất dục của các dòng trên được điều khiển bởi một cặp gen lặn trong nhân [40]. Tuy nhiên công bố gần đây của Li Rangbai và Yang Xinqing, Viện hàn lâm khoa học Nông nghiệp Quảng Tây (2002) thì có 2 gen lặn và 1 gen trội trong nhân kiểm soát tính bất dục đực nhạy cảm với điều kiện nhiệt độ của dòng 91-403S [17].
Trường Đại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp……….. 34
ứng với điều kiện nhiệt độ cũng được tìm ra [33]. Theo tác giả này dòng PDGMR (Pingxiang dominant genic male sterile rice) bất dục khi nhiệt độ thấp và hữu dục khi nhiệt độ cao.
Các nhà khoa học Trung Quốc, Nhật Bản, Viện nghiên cứu lúa Quốc tế (IRRI) và Ấn Độ đã xác định được 3 gen kiểm soát tính trạng bất dục nhạy cảm với thời gian chiếu sang - PGMS là pms1, pms2 và pms3. Các gen này nằm trên các nhiễm sắc thể tương ứng là 7, 3 và 12. Trong đó hiệu quả của gen pms1 được xác định là lớn gấp 2 - 3 lần gen pms2 [17].
Các nhà khoa học cũng đã xác định có 5 gen ký hiệu là tms1, tms2, tms3, tms4(t) và tms5 kiểm soát tính trạng bất dục đực phản ứng với điều kiện nhiệt độ - TGMS. Gen tms1 phát hiện nhờ đột biến tự nhiên do Sun và cộng sự (1989), Yang và cộng sự (1992) trên giống lúa IR54, gen này nằm trên nhiễm sắc thể số 8. Gen tms2 do Maruyana và cộng sự (1991) tạo ra bằng phương pháp đột biến tia γ ở giống lúa Reimei, gen này nằm trên nhiễm sắc thể số 7. Gen tms3 do Virmani (1993) và Subudhi và cộng sự (1995) tạo ra bằng phương pháp đột biến tia γ ở giống lúa IR32364 nằm trên nhiễm sắc thể số 6 [26]. Gần đây, Nguyễn Văn Đồng và cộng sự đã sử dụng kỹ thuật sinh học phân tử để định vị gen tms4(t) từ dòng TGMSVN1, gen này nằm cạnh tâm động trên vai ngắn của nhiễm sắc thể số 4. Gen tms5 định vị trên nhiễm sắc thể số 2 [18].
Wang và cộng sự (1995) sử dụng phương pháp thể phân ly theo nhóm ở thế hệ F2 của tổ hợp 5460S/Hongwan 52 để xác định chỉ thị RAPD liên kết với gen tms1. Yamaguchi và cộng sự đã phát hiện ra sự liên kết của chỉ thị phân tử với gen tms2. Các tác giả nghiên cứu locus tms2 bằng phương pháp sử dụng chỉ thị phân tử RFLP ở một quần thể F2 của tổ hợp Norin PL12 và giống Dular, kết quả cho thấy gen tms2 ở vị trí giữa chỉ thị R643 và R1440 trên nhiễm sắc thể số 7. Chỉ thị RM11 liên kết chặt với gen tms2 đinh vị trên
Trường Đại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp……….. 35
nhiễm sắc thể số 7.
Giai đoạn mẫn cảm với nhiệt độ của các dòng TGMS khác nhau cũng khác nhau do nguồn gen và cơ sở di truyền của từng dòng quyết định (Borkakati R.P.,1997) [32]. Nhiều nghiên cứu cho thấy giai đoạn nhạy cảm của dòng TGMS từ giai đoạn 16 ngày đến 3 ngày trước trỗ. Giai đoạn phân chia tế bào mẹ hạt phấn (khoảng 11 - 8 ngày trước trỗ) là giai đoạn mẫn cảm nhất với nhiệt độ.
2.7.2.2. Đánh giá khả năng kết hợp của các dòng bố mẹ
Vấn đề cơ bản trong chọn giống ưu thế lai và để nâng cao hiệu quả của quá trình chọn tạo giống mới chúng ta phải xác định được khả năng kết hợp của các dạng bố mẹ để tìm ra tổ hợp lai tốt nhất. Vì vậy việc nghiên cứu khả năng kết hợp của nguồn vật liệu ban đầu là mục tiêu hết sức quan trọng trong quá trình tạo giống lúa lai.
Khả năng kết hợp là một đặc tính di truyền, được di truyền qua các thế hệ tự phối và lai, được biểu hiện bằng giá trị trung bình của ưu thế lai ở tất cả các cặp lai và độ chênh lệch so với giá trị trung bình đó của một cặp lai cụ thể nào đó. Giá trị trung bình biểu thị khả năng kết hợp chung (General combiming ability - GCA), thể hiện khả năng di truyền của 1 tính trạng của một giống trong các tổ hợp lai, đó là hợp phần di truyền cố định mà giống đó có khả năng truyền lại cho thế hệ sau; còn độ chênh lệch giữa giá trị tính trạng của từng cặp lai cụ thể so với khả năng kết hợp chung của hai bố mẹ biểu thị khả năng kết hợp riêng (Specific combiming ability - SCA), xác định được khả năng thể hiện tính trạng của từng cặp lai cụ thể [27].
Các nhà khoa học cho rằng đánh giá khả năng kết hợp thực chất là xác định tác động của gen và chia tác động của gen liên quan đến khả năng kết hợp thành hai loại: Khả năng kết hợp chung được kiểm soát bởi yếu tố di truyền cộng của các gen trội, đặc trưng cho hiệu quả cộng tính, còn khả năng
Trường Đại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp……….. 36
kết hợp riêng được xác định bởi yếu tố ức chế, tính trội, siêu trội của các gen và điều kiện môi trường [26].
Để đánh giá khả năng kết hợp của các vật liệu tạo giống cần phải tiến hành lai thử và so sánh các con lai. Đưa ra các sơ đồ lai và các phương pháp đánh giá khả năng kết hợp khác nhau.
Lai đỉnh (Topcross) là một trong những phương pháp lai thử chủ yếu để xác định khả năng kết hợp chung (GCA), các dòng, giống cần xác định khả năng kết hợp được lai với cùng một dạng chung gọi là cây thử (Tester). Phương pháp này thường được sử dụng ở giai đoạn đầu của quá trình chọn lọc, khi khối lượng dòng quá lớn [27].
Phương pháp lai trắc nghiệm (Line x Tester) được phát triển từ phương pháp lai đỉnh trên cơ sở sử dụng một số cây thử khác nhau để làm tăng độ chính xác của thí nghiệm [37]. Từ những kết quả của lai đỉnh và lai trắc nghiệm có thể các định được các dòng có khả năng kết hợp tốt, cho con lai có ưu thế lai cao [26].
* Phương pháp “Line x Tester” theo mô hình Kempthorne (1957) - Phân tích phương sai Line x Tester: Trên cơ sở kết quả thu được từ thí nghiệm bố trí hoàn toàn ngẫu nhiên hay khối ngẫu nhiên của các cặp lai, dòng và cây thử, tiến hành phân tích phương sai thí nghiệm một nhân tố là các kiểu gen tham gia trong thí nghiệm. Nếu sự sai khác là có ý nghĩa theo phép nghiệm F thì tiếp tục bước 2 là phân tích phương sai do các hợp phần Line, Tester và Line x Tester được tạo nên trong thí nghiệm để đánh giá vai trò của các thành phần di truyền trong các tổ hợp lai [37].
- Phân tích sự kết hợp các thành phần di truyền
Dựa vào két quả phân tích về di truyền số lượng, người ta có thể ước đoán khả năng di truyền, hiểu được mức độ di truyền do gen điều khiển thông qua biến động kiểu hình và mức độ có thể cải thiện các đặc tính nào đó bằng
Trường Đại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp……….. 37
việc chọn lọc trực tiếp do hoạt động của gen cộng tính, ước lượng được giá trị các kiểu gen có thể lai tạo được, dự đoán được kết quả của một chương trình lai tạo giống. Mô hình Kempthorne (1957) đánh gái các thông số di truyền tính trạng dựa trên cơ sở phân tích phương sai khả năng kết hợp chung và phương sai khả năng kết hợp riêng của các dòng vật liệu lai tạo và các tổ hợp lai, qua đó để phân tích phương sai cộng tính (δ2A) và phương sai tính trội (δ2D) để dự đoán vai trò chủ đạo của các hợp phần gen trong việc điều khiển tính trạng.
Phương sai được chia thành phương sai do dòng (Line) và phương sai do các vật liệu thử (Tester) để đánh giá vai trò của gen cộng tính trong việc điều khiển tính trạng. Phương sai do con lai (Line x Tester) để đánh giá hiệu quả của gen không cộng tính trong việc điều khiển tính trạng.
Trong thí nghiệm, nếu thu được kết quả phân tích thống kê trên các tính trạng nghiên cứu có (δ2D) lớn hơn (δ2A) thì tính trạng đó là hữu ích trong nghiên cứu ưu thế lai.
* Phân tích khả năng kết hợp chung và khả năng kết hợp riêng
Nhiều nghiên cứu về mối tương quan giữa khả năng kết hợp, ưu thế lai và năng suất cho thấy trừ một số trường hợp ngoại lệ, còn hầu hết các nghiên cứu đều kết luận khả năng kết hợp chung (GCA) và khả năng kết hợp riêng (SCA) quyết định đến tính trạng năng suất và do tác động cộng tính và không cộng tính của gen. Ngoài ra các nghiên cứu cũng tập trung vào nghiên cứu khả năng kết hợp của các yếu tố cấu thành năng suất và các tính trạng nông sinh học khác. Các tính trạng này được biểu hiện tác động cộng tính và không cộng tính của gen. Để dự đoán các yếu tố cấu thành năng suất, thường khả năng kết hợp chung (GCA) ảnh hưởng lớn hơn khả năng kết hợp riêng (SCA) [18].