Tăng cường tính chống chịu và cải tiến chất lượng giống lúa nhờ công nghệ sinh học thực vật

• Tác giả: Lê Trần Bình
• Người hướng dẫn: PGS. Lê Trần Bình
• Trường học: Viện Công nghệ Sinh học
• Chuyên ngành: Công nghệ sinh học thực vật
• Đề tài: Tăng cường tính chống chịu và cải tiến chất lượng giống lúa bằng công nghệ sinh học thực vật
• Loại tài liệu: Báo cáo tổng kết đề tài
• Năm xuất bản: 2006
• Địa điểm: Hà Nội

• LỜI MỞ ĐẦU
• 1. BÀI TÓM TẮT
• 2. TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC
• 2.1. Tình hình nghiên cứu ở ngoài nước
• 2.2. Tình hình nghiên cứu ở trong nước
• 2.3. Mục tiêu của đề tài
• 3. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 3.1. Đối tượng và thiết bị nghiên cứu
• 3.2. Các thiết bị chính
• 3.3. Nội dung nghiên cứu
• 3.3.1. Tìm kiếm và phân lập các gen làm gia tăng hàm lượng polyamin thông qua kỹ thuật ức chế gen bằng RNA
• 3.3.2. Phát hiện các gen điều khiển tính chịu hạn và muối bằng phổ phiên mã RNA
• 3.3.3. Kỹ thuật sao chép gen
• 3.3.4. Kỹ thuật phân tích phổ chất bằng sắc ký khí/quang phổ khối
• 3.3.5. Tối ưu phương pháp chuyển gen vào một số giống lúa Việt Nam
• 3.3.6. Phương pháp nghiên cứu
• 3.3.6.1. Phương pháp sinh lý học thực vật
• 3.3.6.2. Phương pháp sinh học phân tử thực vật
• 3.3.6.3. Phương pháp phân tích
• 3.3.6.4. Phương pháp biến nạp gen vào cây lúa
• 4. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 4.1. Vai trò của Polyamin đối với tính chịu hạn và chịu mặn
• 4.1.1. Đánh giá tính chịu mặn
• 4.1.2. Đánh giá tính chịu hạn
• 4.1.3. Phân tích polyamin và biểu hiện gen
• 4.1.4. Xác định gen điều khiển mới kiểm soát tính chịu mặn và chịu hạn
• 4.1.5. Xây dựng phương pháp
• 4.1.6. Xây dựng ngân hàng dữ liệu về Tác nhân phiên mã ở lúa
• 4.1.7. Các chất trao đổi trong rễ ở trạng thái ổn định và chuyển trạng thái khi bị xử lý stress
• 4.1.8. Xây dựng phương pháp nuôi trồng và chuyển gen lúa ở các giống thuộc loài phụ Indica
• 4.1.9. Thiết lập một ngân hàng các chất trao đổi của lá và rễ lúa khi phân tích phổ
• 4.1.10. Xác định bằng khối phổ các chất chưa biết
• 4.1.11. Xác định và phân tích chất chỉ thị khi xử lý mặn
• 4.1.12. Phân tích tương quan trong xác định chất chỉ thị
• 4.1.13. Đề xuất bổ sung
• 4.1.13.1. Chuyển gen thông qua vi khuẩn Agrobacterium tumefaciens
• 4.1.13.2. Chuyển gen tăng cường khả năng chịu hạn và mặn
• 4.1.13.3. Chuyển gen cải thiện thành phần aminoacid trong lúa gạo
• 4.1.13.4. Đề xuất bổ sung
• 4.2. TỔNG QUÁT HOÁ VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ THU ĐƯỢC
• 4.2.1. Kết quả về khoa học
• 4.2.2. Kết quả nổi bật và khả năng áp dụng
• 4.2.3. Trình độ công nghệ
• 4.2.4. Khả năng áp dụng
• 4.2.5. Sản phẩm khoa học của đề tài
• 4.3. Hợp tác quốc tế
• 4.4. Tình hình sử dụng kinh phí
• 4.5. Danh sách các công trình công bố
• 4.6. Hạn chế của đề tài
• 5. KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• PHỤ LỤC ĐỀ TÀI

I. Cải tiến giống lúa chống chịu và chất lượng

Cải tiến giống lúa là một trong những mục tiêu chính của đề tài, tập trung vào việc nâng cao tính chống chịu và chất lượng lúa thông qua công nghệ sinh học thực vật. Các nghiên cứu đã xác định được các gen liên quan đến khả năng chịu hạn và chịu mặn, đồng thời tối ưu hóa các phương pháp chuyển gen vào các giống lúa Việt Nam. Kết quả cho thấy sự khác biệt rõ rệt về hàm lượng polyamin giữa các giống lúa, đặc biệt là Putrescine, có liên quan mật thiết đến khả năng chịu mặn.

1.1. Phân tích gen và polyamin

Các nghiên cứu đã phân tích hàm lượng polyamin và biểu hiện gen trong các giống lúa chịu hạn và chịu mặn. Kết quả cho thấy các giống mẫn cảm có hàm lượng Putrescine cao hơn, trong khi các giống chịu mặn tốt có sự gia tăng đáng kể hàm lượng này khi xử lý với nồng độ NaCl tăng dần. Enzym Arginindecarboxylase (ADC) cũng được ghi nhận có hoạt động mạnh hơn ở các giống mẫn cảm.

1.2. Chuyển gen và cải tiến chất lượng

Các gen như Cystathionin gamma-Synthase (CGS), Serinacetyltransferase (SAT), và Homoserinkinase (HSK) đã được chuyển vào các giống lúa Việt Nam nhằm cải thiện thành phần amino acid trong gạo. Phương pháp thủy phân protein bằng vi sóng kết hợp với HPLC đã được hoàn thiện để định lượng chính xác các axit amin trong gạo.

II. Ứng dụng công nghệ sinh học trong nông nghiệp

Công nghệ sinh học đã được áp dụng rộng rãi trong việc cải tiến giống lúa, đặc biệt là trong bối cảnh biến đổi khí hậu và nhu cầu phát triển bền vững. Các kỹ thuật như chuyển gen, phân tích phổ chất, và nuôi cấy mô tế bào đã được sử dụng để tạo ra các giống lúa có khả năng chống chịu tốt hơn với các điều kiện bất lợi.

2.1. Kỹ thuật chuyển gen

Các kỹ thuật chuyển gen thông qua vi khuẩn Agrobacterium tumefaciens đã được tối ưu hóa để chuyển các gen liên quan đến tính chịu hạn và chịu mặn vào các giống lúa. Các dòng cây chuyển gen đã được tạo ra và đang được đánh giá về hiệu quả trong điều kiện thực tế.

2.2. Phân tích phổ chất và nuôi cấy mô

Phương pháp phân tích phổ chất bằng GC-MS đã được sử dụng để xác định các chất trao đổi trong rễ và lá lúa khi bị xử lý hạn và mặn. Hệ thống nuôi cấy mô tế bào cũng đã được thiết lập để chuyển gen vào lúa, sử dụng hạt lúa chín làm nguồn vật liệu ban đầu.

III. Kết quả và ứng dụng thực tiễn

Đề tài đã đạt được những kết quả đáng kể trong việc cải tiến giống lúa và ứng dụng công nghệ sinh học vào nông nghiệp. Các giống lúa chịu hạn và chịu mặn đã được xác định, cùng với việc hoàn thiện các phương pháp chuyển gen và phân tích chất lượng lúa.

3.1. Đánh giá giống lúa chống chịu

Các giống lúa như Chăm, IR57311, và Cườm đã được đánh giá là có khả năng chịu mặn tốt, trong khi các giống như CR203 và Khẩu chăm có khả năng chịu hạn khá tốt. Các kết quả này đã góp phần định hướng cho việc chọn lọc và phát triển các giống lúa phù hợp với điều kiện khí hậu khắc nghiệt.

3.2. Ứng dụng trong sản xuất lúa

Các kết quả nghiên cứu đã được ứng dụng trong sản xuất lúa, giúp cải thiện năng suất lúa và chất lượng gạo. Các giống lúa chuyển gen đã được trồng thử nghiệm và cho thấy tiềm năng lớn trong việc ứng dụng rộng rãi tại Việt Nam.