2.3.3.1. Cơ sở của tắnh kháng rầy nâu
Trong số các loại côn trùng hại lúa thì rầy nâu (Nilaparvata lugens Stal) là loại sâu hại nguy hiểm nhất (Murai và cs., 2003), (Jena và cs., 2010). Chúng chắch hút gây bệnh cháy lá lúa và truyền virus gây bệnh vàng lùn và lùn xoắn lá (Rice ragged stunt virus) làm giảm năng suất ựến 70% hoặc làm mất trắng khi nhiễm rầy nặng và trên diện tắch lớn (Lương Minh Châu và cs., 2006). Trong những năm gần ựây dịch bệnh hại lúa, nhất là dịch rầy bùng phát làm giảm ựáng kể năng suất lúa thu hoạch, gây thiệt hại nhiều cho người nông dân.
Theo Bùi Chắ Bửu và Nguyễn Thị Lang (2007), sự phá hoại của côn trùng ựối với mùa màng khác với bệnh cây về mặt cơ chế, bởi vì chúng thuộc sinh vật bậc cao (eukaryote) có ựặc ựiểm thắch nghi (fitness) với ựiều kiện mới khá mạnh mẽ và ựa dạng.
Học viện Nông nghiệp Việt Nam Ờ Luận văn thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp 22 Cây trồng và côn trùng cùng tiến hành hiện tượng ựồng tiến hoá, cùng hiện hữu trong môi trường sinh thái phù hợp với chúng, trong một giai ựoạn lịch sử khá dài. Côn trùng (insect) chỉ trở thành sinh vật gây hại (pest) khi con người bắt ựầu tiến hành thâm canh trong nông nghiệp. Trong tự nhiên sự cân bằng sinh học vốn có ựã bị phá vỡ, ựa dạng sinh học ngày càng bị thu hẹp, môi trường sống luôn bị ựe dọa, tắnh hệ thống trong môi trường sinh thái cũng bị phá vỡ nghiêm trọng.
Việc phát triển giống kháng sâu hại ựược quan sát chủ yếu trên nền tảng các giống bản ựịa và mức ựộ ựa dạng di truyền cao hơn gấp nhiều lần giống cải tiến. Kết quả ựánh giá của Heinrichs và cs. (1985) cho thấy có 0,91% giống lúa cổ truyền ựịa phương kháng rầy nâu trong số 30709 mẫu giống thanh lọc, trong khi ựó có 48% quần thể lúa hoang kháng rầy nâu trong số 248 quần thể thanh lọc. Khả năng phát hiện nguồn gen kháng trong loài hoang dại gấp 48 lần trong giống lúa bản ựịa.
Painter (1951) ựã phân chia cơ chế tắnh kháng của giống cây trồng ựối với côn trùng gây hại thành 3 mức ựộ sau:
* Cơ chế không ưa thắch (non-preference)
Cây có ựặc ựiểm di truyền như thế nào ựó làm cho côn trùng không thể ăn, ký sinh, ựẻ trứng, cư ngụ. Những ựặc ựiểm này biểu hiện thông qua màu sắc, các dạng lông tơ, ựộ hở góc lá, mùi hương tiết ra, vị ựắng... những tắnh chất này có ựặc ựiểm xua ựuổi côn trùng, không cho chúng ăn ở, sinh ựẻ và phát triển quần thể. Cơ chế này tương ựương với tắnh kháng dọc.
* Cơ chế kháng hoá sinh (antibiotic)
Cây chủ có thể sản sinh ra hoá chất gây ảnh hhưưỏng ựến tập tắnh sinh học của côn trùng, làm cho côn trùng giảm kắch thước, trọng lượng, chu kỳ sống bị rút ngắn, giảm sinh sản.
* Cơ chế chống chịu (tolerance)
Học viện Nông nghiệp Việt Nam Ờ Luận văn thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp 23 lớn, chưa tới ngưỡng gây hại. đây là hiện tượng có trong tự nhiên hàng trăm triệu năm, khi chưa có sự can thiệp của con người vào làm phá vỡ cân bằng sinh học của môi trường sống. Cây có thể chống chịu ựược và giảm thiểu tối ựa sự tác hại của côn trùng. Nhưng khi mật số côn trùng vượt qua ngưỡng an toàn, cây trở nên nhiễm ranh giới giữa chống chịu và nhiễm khá mong manh.
Biểu hiện của cây chống chịu là làm cho mức ựộ gây hại của côn trùng bị hạn chế, làm chậm trễ sự thiệt hại, hoặc vượt qua ựược thiệt hại, quần thể côn trùng không phát triển ựến mức gây hại cây chủ, và nó làm mồi cho thiên ựịch, duy trì sự sống của thiên ựịch, giúp cho cân bằng sinh học trong tự nhiên tốt hơn. Người ta nghiên cứu tắnh chống chịu này theo xu hướng gen kháng thứ yếu (minor genes) hay kháng số lượng như trường hợp bệnh cây.
Cho ựến nay biện pháp chủ yếu ựể ngăn chặn nạn dịch rầy nâu là sử dụng thuốc diệt côn trùng. Tuy nhiên, việc sử dụng tràn lan các loại thuốc trừ sâu ựã gây ra sự trỗi dậy của loại côn trùng này như kết quả của sự thắch nghi có chọn lọc (Ngô Lực Cường và cs., 1997).
2.3.3.2. Ứng dụng công nghệ sinh học trong nghiên cứu và chọn giống kháng rầy nâu
Việc chọn tạo ựược các giống lúa mang gen kháng rầy và có khả năng kháng bền vững với quần thể rầy nâu là một trong những hướng nghiên cứu hiện nay rất ựược quan tâm. Phương pháp chọn giống lúa kháng rầy nâu thông qua chỉ thị phân tử liên kết với gen kháng rầy là một kỹ thuật ựược ứng dụng rộng rãi, vô cùng thuận lợi cho các nhà chọn giống (Nguyễn Thị Lang, 2005).
Chỉ thị phân tử liên kết chặt chẽ với các gen sẽ ựược sử dụng ựể chọn lọc cá thể ngay ở giai ựoạn sớm mà không phải phụ thuộc vào ựiều kiện môi trường. Chọn giống dưới sự hỗ trợ của MAS (chọn giống nhờ marker phân tử) rất có hiệu quả trong tạo giống lúa kháng bệnh bạc lá và kháng rầy nâu, cà chua chịu bệnh nấm sương, ựậu tương kháng ựược sâu ựục quảẦ Kỹ thuật chỉ thị phân tử ựảm bảo cho các nhà chọn tạo giống nhận diện chắnh xác các gen liên quan ở bất
Học viện Nông nghiệp Việt Nam Ờ Luận văn thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp 24 cứ bộ phận nào của cây ở giai ựoạn sớm mà không bị chi phối bởi ựiều kiện môi trường và thời gian tạo giống rút ngắn xuống 2-3 năm (Lê Thị Muội, đinh Thị Phòng, 2004). Hiện nay, có nhiều giống cây trồng mới có mang gen kháng sâu bệnh ựã ựược nhận diện bằng phương pháp chỉ thị phân tử (Huang và cs., 1997), (Zheng và cs., 1995). Các kỹ thuật sinh học phân tử như SSR, RFLP, STS ựã làm cơ sở cho việc phân lập các hệ gen kháng rầy nâu. Có ựến 18 gen kháng rầy nâu ựã ựược phát hiện như: Bph1, Bph2, Bph9, Bph10, Bph18, Bph12, Bph15, Bph17, Bph20 và Bph21,v.v. ựã ựược xác ựịnh với các chỉ thị liên kết (Murai H và cs., 2003) (Yang và cs., 2004).
Ishii và cộng sự (1994) ựã thiết lập bản ựồ RFLP và xác ựịnh gen bph10 kháng biotype 2 và 3, ựịnh vị trên nhiễm sắc thể 12 liên kết với RG457. Cặp primer ựược thiết kế từ RG457 (chỉ thị STS) ựã phát hiện ựược gen kháng rầy nâu bph10 với khoảng cách di truyền 1,7cM trên quần thể lúa hoang Oryza australiensis và các dòng con lai (Lang và cs., 1999).
Nhóm nghiên cứu Kim và ựồng tác giả (2005) ựã sử dụng các dòng lúa kháng rầy nâu ựể xác ựịnh chỉ thị phân tử ựối với gen kháng rầy nâu biotype 1. Dựa trên 520 primer RAPD, các tác giả ựã thiết kế ựược chỉ thị STS BpE 18-3 liên kết với gen kháng rầy nâu bph1, khoảng cách di truyền là 3.9 cM (Kim và cs., 2005). Dựa trên các chỉ thị AFLP, Murai và ựồng tác giả (2001) ựã thiết kế marker STS KAM4 liên kết chặt với gen bph2. Kết quả nghiên cứu này hứa hẹn khả năng ứng dụng của chỉ thị STS trong phương thức chọn giống nhờ marker phân tử.
Lúa trồng indica thể hiện tắnh kháng rầy nâu tốt hơn lúa trồng japonica. Có 26 gen kháng chủ lực ựược xác nhận có từ lúa trồng và lúa hoang. Các loài lúa hoang tập họp nhiều alen ựiều khiển tắnh kháng rầy nâu. Cho ựến nay, có ắt nhất 10 gen kháng ựược phân lập từ loài hoang dại. Gen Bph10 ựịnh vị trên vai dài của nhiễm sắc thể 12 trong quần thể O. australiensis (Ishii và và cs., 1994). Gen
Học viện Nông nghiệp Việt Nam Ờ Luận văn thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp 25 officinalis. Gen trội BPH12 (trước ựây là Bph12(t)) ựược tìm thấy trên vai ngắn của nhiễm sắc thể 4, nằm giữa hai chỉ thị RM16459 và RM1305 trong quần thể O. latifolia (Yang và và cs., 2002; Qiu và và cs., 2012). Gen lặn bph16 (trước ựây là bph12(t), ựịnh vị trên vai dài của nhiễm sắc thể 4, nằm giữa hai chỉ thị RFLP là G271 và R93. Hai gen trội có cùng tên Bph13(t), ựược tìm thấy trên vai dài của nhiễm sắc thể 2 từ quần thể loài O. eichingeri và trên vai ngắn của nhiễm sắc thể 3 từ O. officinalis (Renganayaki và cs., 2002). Trong loài O. officinalis, hai gen trội Bph14 và Bph15, ựược lập bản ựồ trên vai dài của nhiễm sắc thể 3 và vai ngắn của nhiễm sắc thể 4, theo thứ tự (Huang và và cs., 2001). Bph18(t) ựược lập bản ựồ trên vai dài của nhiễm sắc thể 12 trong loài O. australiensis (Jena và và cs., 2006). Hai gen mới ựược phân lập từ loài O. minuta, là Bph20(t) và Bph21(t), ựược lập bản ựồ trên vai ngắn của nhiễm sắc thể 4 và vai dài của nhiễm sắc thể 12, theo thứ tự (Rahman và và cs., 2009).
Ba cơ chế kháng rầy nâu cũng ựược tổng kết với chức năng sinh lý như sau: cơ chế ỘantixenosisỢ (không ưa thắch), giảm quần cư hoặc ựẻ trứng; cơ chế kháng hóa sinh (antibiosis), giảm sự sống của côn trùng, mức ựộ tăng trưởng hoặc sinh dục sau khi chắch hút dưỡng chất của cây lúa; và cơ chế chống chịu (tolerance), với mức ựộ chống chịu trung bình. Qui và và cs. (2010) ựã xác ựịnh cấp ựộ chống chịu, kháng hóa sinh của rầy nâu ựối với các dòng lúa trên nhiều quần thể khác nhau của rầy. Trong trường hợp gen Bph14, tắnh kháng biểu hiện cơ chế kháng hóa sinh (Du và và cs., 2009). Gen BPH6 có liên quan ựến cơ chế không ưa thắch và kháng hóa sinh trắc nghiệm trên các dòng NIL (near-isogenic line) (Qiu và và cs., 2010).