Tổng quan luận án
Cây lúa (Oryza sativa L.) giữ vai trò chủ đạo trong việc đảm bảo an ninh lương thực quốc gia và đưa Việt Nam trở thành một trong những quốc gia xuất khẩu gạo hàng đầu thế giới. Tuy nhiên, tác động tiêu cực của biến đổi khí hậu đang làm gia tăng hiện tượng ngập úng tại các vùng canh tác lúa trọng điểm, nghiêm trọng nhất là khu vực Đồng bằng sông Cửu Long (ĐBSCL) – nơi chiếm 52% diện tích gieo trồng và 53% sản lượng lúa cả nước (Wassmann et al., 2004; Hoanh et al., 2004). Mực nước biển dâng kết hợp lượng mưa cực đoan kéo dài làm giảm lưu lượng thoát lũ của các hệ thống sông ngòi, dẫn đến ngập chìm trên diện rộng.
Trong cơ cấu sản xuất tại các tỉnh phía Nam, AS996 là giống lúa thuần chất lượng cao do Viện Lúa Đồng bằng sông Cửu Long chọn tạo (công nhận chính thức năm 2002), có thời gian sinh trưởng ngắn, năng suất cao và thích hợp với tập quán canh tác. Mặc dù vậy, AS996 rất mẫn cảm với điều kiện ngập nước, dẫn đến thiệt hại nghiêm trọng về năng suất khi xảy ra ngập úng. Nhằm giải quyết yêu cầu thực tiễn này, đề tài "Nghiên cứu cải tiến tính chịu ngập của giống lúa AS996 bằng chỉ thị phân tử" được thực hiện để tạo giống lúa AS996-Sub1 có khả năng chịu ngập hoàn toàn, thích ứng với điều kiện canh tác tại ĐBSCL.
Mục tiêu nghiên cứu
- Mục tiêu chung: Cải tiến giống lúa AS996 bằng phương pháp chọn giống nhờ chỉ thị phân tử kết hợp lai trở lại (MABC), nhằm tạo ra giống lúa mới AS996-Sub1 có khả năng chống chịu ngập thích ứng cho vùng ĐBSCL.
- Mục tiêu cụ thể:
- Chọn vật liệu khởi đầu và xác định các chỉ thị phân tử đa hình giữa hai giống bố mẹ để phục vụ các thế hệ chọn giống.
- Cải tiến giống lúa AS996 bằng phương pháp MABC để tạo giống lúa mới AS996-Sub1 mang tính chịu ngập.
- Đánh giá khả năng chịu ngập, so sánh và khảo nghiệm giống lúa chịu ngập AS996-Sub1 (được đặt tên là OM351) tại một số tỉnh phía Nam.
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
- Đối tượng nghiên cứu: Giống lúa nhận gen là AS996; giống lúa cho gen là IR64-Sub1 mang locut gen chịu ngập Sub1 nhập nội từ Viện Nghiên cứu Lúa Quốc tế (IRRI); giống đối chứng mẫn cảm ngập IR42; giống đối chứng khảo nghiệm quốc gia OMCS2000.
- Phạm vi không gian:
- Phòng thí nghiệm Bộ môn Sinh học Phân tử – Viện Di truyền Nông nghiệp (Hà Nội): Tách chiết ADN, kiểm tra locut gen Sub1 và sàng lọc nền di truyền bằng chỉ thị SSR.
- Viện Lúa Đồng bằng sông Cửu Long (Cần Thơ): Đánh giá vật liệu, thử nghiệm chịu ngập nhân tạo và theo dõi nông sinh học trong nhà lưới và đồng ruộng.
- Hệ thống khảo nghiệm Quốc gia và khảo nghiệm tác giả: Thực hiện tại các tỉnh ĐBSCL (Tiền Giang, An Giang, Cờ Đỏ, Thới Lai, Kiên Giang, Đồng Tháp, Trà Vinh, Bạc Liêu, Long An, Bến Tre) và Đông Nam Bộ (Bình Thuận, Tây Ninh).
- Phạm vi thời gian: Nghiên cứu được thực hiện trong giai đoạn từ năm 2010 đến năm 2017.
Tổng quan tài liệu và vị trí của luận án
Bối cảnh tác động của biến đổi khí hậu và ngập lụt
Biến đổi khí hậu toàn cầu đang làm thay đổi nhiệt độ và lượng mưa tại 2.230 địa phương trên 137 quốc gia (Savo et al., 2016; DaMatta et al., 2010). Các dự báo cho thấy nhiệt độ toàn cầu có thể tăng 1,5°C vào giữa những năm 2030 (IPCC, 2021), làm gia tăng hạn hán, xâm nhập mặn và ngập lụt, đe dọa trực tiếp đến an ninh lương thực của 200 - 600 triệu người vào năm 2080 (Boreti and Rosa, 2019; Foulds et al., 2014; Hurlbert and Gupta, 2016). Hàng năm, lũ lụt làm mất khoảng 25% sản lượng lúa gạo toàn cầu, gây thiệt hại 10 - 11 tỷ USD mỗi năm tại châu Á giai đoạn 2008 - 2018 (FAO, 2021; Le, 2016).
Tại Việt Nam, với hơn 3.200 km bờ biển, nước ta nằm trong nhóm 5 quốc gia chịu tổn thương nặng nề nhất (IPCC, 2021; Hens et al., 2018). Mực nước biển dự báo tăng 22 cm vào năm 2050 và 73 cm vào năm 2100; nếu dâng 100 cm sẽ làm ngập 45% diện tích đất nông nghiệp ĐBSCL và 11% diện tích Đồng bằng sông Hồng (Bộ Tài nguyên và Môi trường, 2016, 2020; Lê Thị Phụng và cs, 2017). Ngập úng là yếu tố bất lợi phi sinh học gây giảm năng suất nghiêm trọng tại các vùng trọng điểm lúa gạo như An Giang, Đồng Tháp, Kiên Giang, Long An (Huong and Pathirana, 2013; Trần Thọ Đạt và cs, 2019; Lê Anh Tuấn, 2020).
Cơ chế sinh lý, giải phẫu và di truyền của tính chịu ngập ở cây lúa
Hiện tượng ngập nước ở cây lúa được chia thành 4 dạng cơ bản (Panda et al., 2021; Muis et al., 2015):
- Ngập hoàn toàn (ngập lũ): Ngập chìm trong 10 - 14 ngày do lũ quét hoặc ngập bất ngờ.
- Ngập úng trung bình: Mực nước 20 - 50 cm kéo dài nhiều tuần đến nhiều tháng (Kuanar et al., 2017; Panda et al., 2019).
- Ngập úng sâu: Mực nước từ 50 - 400 cm, đặc trưng cho nhóm lúa nước nổi có khả năng vươn lóng nhờ các gen SNORKEL1 và SNORKEL2 (Loreti and Perata, 2020; Minami et al., 2018).
- Ngập xen kẽ: Kết hợp giữa ngập triều và ngập úng tại các đầm lầy ven biển (Puckridge, 2001).
Khi đất bị ngập, hàm lượng oxy giảm nhanh sang trạng thái yếm khí một phần (hypoxia) hoặc yếm khí toàn phần (anoxia), gây tích lũy độc tố (NO₂⁻, Fe²⁺, H₂S, CH₄, ethanol) và làm suy giảm năng lượng hô hấp từ 36 ATP xuống còn 2 ATP/phân tử glucose (Ahmed et al., 2013; Voesenek and Bailey-Serres, 2013; Fukao and Xiong, 2013; Nishiuchi et al., 2012). Cây lúa phản ứng thích nghi thông qua hình thành mô dẫn khí (aerenchyma) và hàng rào cản mất oxy hướng kính (radial oxygen loss - ROL) ở rễ (Evans, 2003; Marschner, 1995; Colmer, 2003; Jia et al., 2021).
Về mặt di truyền, khả năng chịu ngập hoàn toàn được kiểm soát chủ yếu bởi locut Sub1 nằm trên nhiễm sắc thể số 9, có nguồn gốc từ giống lúa bản địa Ấn Độ FR13A (Xu and Mackill, 1996; Xu et al., 2000). Locut Sub1 đóng góp tới 69% sai khác kiểu hình tính trạng chịu ngập (LOD ~36%) (Septiningsih et al., 2009; Dixit et al., 2017). Cụm gen này gồm ba gen mã hóa yếu tố phiên mã đáp ứng ethylene: Sub1A, Sub1B, và Sub1C. Trong đó, Sub1A (đặc biệt là alen Sub1A-1) là gen quyết định cơ chế "ngủ nghỉ" bảo tồn năng lượng bằng cách tích lũy protein ức chế SLR1 và SLRL1, kìm hãm tác động của gibberellic acid (GA), làm ngừng vươn dài lóng trong thời gian ngập 10 - 14 ngày để cây phục hồi sau khi nước rút (Fukao and Bailey-Serres, 2008; Schmitz et al., 2013; Alpuerto et al., 2022; Perata, 2018).
Ứng dụng phương pháp MABC và khoảng trống nghiên cứu
Phương pháp chọn giống nhờ chỉ thị phân tử kết hợp lai trở lại (MABC) cho phép chuyển chính xác vùng gen/QTL mục tiêu vào giống ưu tú đồng thời phục hồi tối đa nền di truyền của giống nhận gen qua các thế hệ hồi giao (Hospital, 2003; Collard and Mackill, 2008; Hasan et al., 2015). Trên thế giới, IRRI đã chuyển thành công locut Sub1 vào 6 giống lúa phổ biến: Swarna, Sambha Mahsuri, IR64, BR11, TDK1 và CR1009 (Neeraja et al., 2007; Dar et al., 2013; Septiningsih et al., 2009, 2015).
Tại Việt Nam, các nghiên cứu ứng dụng MABC đã triển khai trên nhiều tính trạng: kháng bạc lá mang gen Xa4, xa5, Xa7, Xa21 (Nguyễn Văn Giang, 2015; Võ Thị Minh Tuyển và cs, 2015, 2019); kháng rầy nâu (Lưu Thị Ngọc Huyền, 2003); kháng đạo ôn Pi-k (Nguyễn Thị Thanh Nga; Lê Huy Hàm, 2015; Lã Tuấn Nghĩa và cs, 2011); tăng năng suất và mùi thơm fgr (Nguyễn Thị Thúy Anh và cs, 2017; Dương Xuân Tú và cs, 2018); chịu mặn Saltol (Lã Tuấn Nghĩa và cs; Bùi Chí Bửu và cs, 2000; Nguyễn Thị Lang và cs, 2001; Đồng Thị Kim Cúc và cs, 2013); chịu hạn và chịu nóng (Nguyễn Thị Lang; Hoàng Bá Tiến; Bùi Chí Bửu và cs, 2015).
Về tính chịu ngập, các nghiên cứu trong nước bước đầu quy tụ Sub1 vào tổ hợp OM1490/IR64-Sub1 (Nguyễn Thị Lang và cs, 2011), Bắc thơm 7 và OM6976 (Tạ Hồng Lĩnh và cs, 2013), Khang Dân 18 tạo giống SHPT2 (Đào Văn Khởi và cs, 2019). Đối với giống AS996, nghiên cứu của Lưu Minh Cúc và cs (2012) mới sử dụng 53 chỉ thị SSR để tạo ra cá thể BC3F1 (P422-14-177); nghiên cứu của Lưu Thị Ngọc Huyền và cs (2014) đánh giá một số dòng BC3F6 tại Bạc Liêu. Hầu hết các kết quả trên giống AS996 mới dừng lại ở mức độ dòng vật liệu. Khoảng trống nghiên cứu được luận án giải quyết là sàng lọc toàn diện hệ gen bằng hệ thống chỉ thị đa hình mật độ cao, hoàn thiện chu trình chọn giống MABC và phát triển dòng thuần AS996-Sub1 thành giống lúa OM351 được đánh giá đầy đủ qua khảo nghiệm quốc gia và sản xuất thử nghiệm tại ĐBSCL.
Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu
Cơ sở lý thuyết và kỹ thuật chọn giống MABC
Nghiên cứu ứng dụng quy trình MABC ba bước:
- Chọn lọc dương (Foreground selection): Sử dụng các chỉ thị phân tử liên kết chặt chẽ với gen đích (Sub1) để chọn các cá thể mang alen mong muốn.
- Chọn lọc tái tổ hợp (Recombinant selection): Sử dụng các chỉ thị nằm sát hai bên biên của locut nhằm loại bỏ các đoạn NST không mong muốn từ cây cho gen (thu hẹp đoạn liên kết kéo theo).
- Chọn lọc nền di truyền (Background selection): Sử dụng hệ thống chỉ thị SSR phân bố đều trên 12 nhiễm sắc thể để chọn lọc cá thể có tỷ lệ hồi phục hệ gen của giống nhận AS996 cao nhất (Hospital, 2003; Hasan et al., 2015).
Vật liệu bố mẹ: AS996 (Nhận gen) x IR64-Sub1 (Cho gen Sub1)
Con lai F1 x AS996
BC1F1 (Sàng lọc Foreground & Background) x AS996
BC2F1 (Sàng lọc Foreground & Background) x AS996
BC3F1 (Sàng lọc cá thể có nền gen AS996 tối đa)
BC3F2 -> BC3F3 -> BC3F5
Đánh giá chịu ngập nhân tạo & Khảo nghiệm đồng ruộng
Giống mới OM351 (AS996-Sub1)
Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm
1. Nguồn vật liệu nghiên cứu
| TT |
Tên giống |
Locut gen |
Nguồn gốc giống |
Cơ quan / Tổ chức chọn tạo |
| 1 |
IR64-Sub1 |
Sub1 |
Philippines |
IRRI |
| 2 |
Samba Mahsuri-Sub1 |
Sub1 |
Ấn Độ |
IRRI |
| 3 |
IR5S713-2B-8-2B-1-2-Sub1 |
Sub1 |
IRRI |
IRRI |
| 4 |
BR11-Sub1 |
Sub1 |
Bangladesh |
IRRI |
| 5 |
PSB Rc68-Sub1 |
Sub1 |
Philippines |
IRRI |
| 6 |
INPARA3-Sub1 |
Sub1 |
Indonesia |
IRRI |
| 7 |
IR42 (đối chứng mẫn cảm) |
Không |
IRRI |
IRRI |
| 8 |
AS996 (giống nhận gen) |
Không |
Việt Nam |
Viện Lúa ĐBSCL |
Ngoài ra, luận án sử dụng 400 cặp mồi SSR ngẫu nhiên trên 12 nhiễm sắc thể của lúa (tra cứu từ cơ sở dữ liệu GRAMENE, tổng hợp bởi hãng IDT - Mỹ), bao gồm 2 chỉ thị chuyên biệt gắn với locut Sub1 là ART5 và SC3 (Xu et al., 2006; Septiningsih et al., 2009; Iftekharuddaula et al., 2011).
2. Kỹ thuật sinh học phân tử
- Tách chiết ADN: Theo phương pháp CTAB (Đại học Ghent, Bỉ). Nghiền 200 mg lá non trong nitơ lỏng, xử lý bằng SDS 10% ở 65°C, kết tủa tạp chất bằng Chloroform : Isoamyl-alcohol (24:1), kết tủa ADN bằng Isopropanol và Ethanol, hòa tan trong đệm TE (10 mM Tris-HCl, 1 mM EDTA, pH 8,0). Kiểm tra chất lượng ADN bằng điện di gel agarose 1% và đo độ hấp thụ quang trên máy Nanodrop 2000.
- Phản ứng PCR: Thực hiện trên máy Eppendorf MasterCycle Pro S với thể tích phản ứng 20 µl:
| STT |
Thành phần hóa chất |
Nồng độ gốc |
Thể tích (µl) |
| 1 |
Nước cất khử trùng |
- |
15,24 |
| 2 |
Đệm PCR buffer |
10X |
2,00 |
| 3 |
MgCl₂ |
50 mM |
0,16 |
| 4 |
dNTPs |
2,0 mM |
0,40 |
| 5 |
Mồi xuôi (Forward primer) |
25 ng/µl |
0,40 |
| 6 |
Mồi ngược (Reverse primer) |
25 ng/µl |
0,40 |
| 7 |
Taq DNA Polymerase |
5 U/µl |
0,40 |
| 8 |
ADN khuôn |
30 ng/µl |
1,00 |
| Tổng |
|
|
20,00 |
- Chu trình nhiệt PCR: Biến tính ban đầu ở 94°C trong 5 phút; 30 chu kỳ gồm (94°C trong 30 giây; bắt cặp mồi ở 55°C - 60°C trong 1 phút; kéo dài ở 72°C trong 1 phút); kéo dài lần cuối ở 72°C trong 10 phút; bảo quản ở 4°C.
- Điện di và phát hiện: Điện di trên gel Polyacrylamide biến tính (công suất 60 - 90W, duy trì 50°C trong đệm TBE 1X), phát hiện băng ADN bằng phương pháp nhuộm bạc (Silver staining: cố định bằng acid acetic 10%, nhuộm AgNO₃ + Formaldehyde, hiện hình bằng Na₂CO₃ + Na₂S₂O₃).
- Xử lý số liệu phân tử: Phân tích cấu trúc hệ gen và mức độ phục hồi nền di truyền bằng phần mềm Graphical Genotypes 2.0 (GGT 2.0).
3. Phương pháp đánh giá tính chịu ngập nhân tạo
Thực hiện theo quy trình của Pamplona et al. (2007) và thang điểm đánh giá của IRRI (2013). Thí nghiệm bố trí hoàn toàn ngẫu nhiên, mạ 14 - 21 ngày tuổi (cao 25 - 30 cm) được đưa vào bể ngập hoàn toàn ở độ sâu nước 1.100 - 1.400 mm. Theo dõi giống đối chứng mẫn cảm IR42; khi IR42 bị tổn thương 70 - 80% (khoảng ngày 6 - 8 ở bước thử vật liệu, hoặc 14 ngày ở bước đánh giá dòng thuần), tiến hành rút nước từ từ vào thời điểm ánh sáng yếu (~1.700 lux). Đếm số cây sống sót sau 15 - 21 ngày hồi phục.
Chỉ số sống sót tương đối ($CS%$) được tính theo công thức:
$$CS% = \left(\frac{S_1%}{S_2%}\right) \times 100$$
(Trong đó: $S_1%$ là tỷ lệ sống sót của giống/dòng đánh giá; $S_2%$ là tỷ lệ sống sót của giống đối chứng mang gen Sub1).
| Điểm |
Mức độ sống sót ($CS%$) |
Đánh giá tính chống chịu |
| 1 |
$\ge 100%$ |
Rất chống chịu |
| 3 |
95 - 99% |
Chống chịu |
| 5 |
75 - 94% |
Chống chịu trung bình |
| 7 |
50 - 74% |
Mẫn cảm |
| 9 |
0 - 49% |
Rất mẫn cảm |
4. Phương pháp khảo nghiệm đồng ruộng
Bố trí thí nghiệm theo khối ngẫu nhiên hoàn chỉnh (RCBD) với 3 lần nhắc lại (Phạm Chí Thành, 1986). Diện tích mỗi ô thí nghiệm là 10 m² (5 m x 2 m). Theo dõi các chỉ tiêu nông sinh học, thời gian sinh trưởng, mức độ nhiễm sâu bệnh hại và các yếu tố cấu thành năng suất (số bông/khóm hoặc số bông/m², số hạt chắc/bông, khối lượng 1.000 hạt, tỷ lệ lép, năng suất thực thu) trong các vụ Thu Đông 2010, Đông Xuân 2010-2011, Thu Đông 2013, Đông Xuân 2013-2014 và Hè Thu 2014.
Nội dung chính theo từng chương
Chương 1: Tổng quan tài liệu và cơ sở khoa học của đề tài
Chương 1 tổng hợp có hệ thống cơ sở lý luận và thực tiễn về tác động của biến đổi khí hậu đến nông nghiệp lúa nước trên thế giới và tại Việt Nam. Tác giả phân tích số liệu thiệt hại do thiên tai, ngập úng tại các vùng sinh thái trọng điểm (Đồng bằng sông Hồng và Đồng bằng sông Cửu Long). Chương này trình bày chi tiết các nghiên cứu sinh lý, hóa sinh và giải phẫu thực vật liên quan đến phản ứng chịu ngập (sự tạo thành mô khí aerenchyma, hàng rào ROL, biến dưỡng đường bột và cơ chế cân bằng hormone ethylene - gibberellin). Bên cạnh đó, tác giả điểm luận sâu sắc các thành tựu lập bản đồ di truyền gen Sub1, cấu trúc alen Sub1A-1, cũng như kinh nghiệm quốc tế và trong nước về ứng dụng phương pháp chọn giống MABC nhằm khẳng định tính cấp thiết và định hướng phương pháp luận cho đề tài.
Chương 2: Vật liệu, nội dung và phương pháp nghiên cứu
Chương 2 mô tả chi tiết nguồn vật liệu thí nghiệm gồm 8 giống lúa chuẩn, hệ thống 400 chỉ thị SSR và các cặp chỉ thị liên kết Sub1 (ART5, SC3). Tác giả chuẩn hóa 4 nội dung nghiên cứu gắn liền với các quy trình kỹ thuật nghiêm ngặt: quy trình tách chiết ADN bằng CTAB, phản ứng PCR và điện di gel polyacrylamide nhuộm bạc; quy trình lai hữu tính khử đực bằng tay kết hợp hồi giao qua các thế hệ F1, BC1F1, BC2F1, BC3F1; phương pháp sàng lọc chọn lọc dương và chọn lọc nền gen bằng phần mềm GGT 2.0; phương pháp gây ngập nhân tạo trong bể ngập kiểm soát môi trường (Pamplona et al., 2007); và phương pháp bố trí thí nghiệm đồng ruộng theo khối ngẫu nhiên hoàn chỉnh (RCBD) từ đánh giá thế hệ BC3F3 - BC3F5 đến khảo nghiệm quốc gia và tác giả.
Kết quả và những đóng góp mới
Kết quả nghiên cứu chính
- Xác định hệ thống chỉ thị phân tử đa hình: Khảo sát 400 chỉ thị SSR trên 12 nhiễm sắc thể giữa hai giống AS996 và IR64-Sub1 đã xác định được 71 chỉ thị phân tử đa hình rõ rệt. Trong đó, 69 chỉ thị SSR được sử dụng để sàng lọc phục hồi nền di truyền của giống mẹ AS996 và 2 chỉ thị phân tử liên kết chặt chẽ trong vùng locut Sub1 là ART5 và SC3 được dùng cho chọn lọc cá thể mang gen đích.
- Chọn tạo thành công giống lúa AS996-Sub1 (OM351): Ứng dụng quy trình MABC kết hợp lai trở lại liên tiếp đến thế hệ BC3F1 và chọn dòng thuần ở các thế hệ tự thụ tiếp theo (BC3F2 đến BC3F5), luận án đã chọn tạo thành công giống lúa mới mang gen chịu ngập Sub1, được đặt tên chính thức là OM351.
- Đặc tính nông sinh học và khả năng chịu ngập của giống OM351:
- Giống OM351 duy trì các đặc tính nông sinh học, phẩm chất hạt gạo và mức độ chống chịu sâu bệnh tương đương giống gốc AS996.
- OM351 có năng suất thực thu đạt cao hơn giống gốc AS996 trong điều kiện canh tác bình thường.
- Trong điều kiện ngập nước nhân tạo và thực tế đồng ruộng, giống OM351 có khả năng sống sót và phục hồi sau 14 ngày ngập hoàn toàn ở giai đoạn sinh trưởng sinh dưỡng (giai đoạn mạ/đẻ nhánh).
Ý nghĩa khoa học
- Ứng dụng thành công bản đồ di truyền tính trạng chịu ngập để xác định các chỉ thị đa hình chuyên biệt phục vụ cải tiến giống lúa thuần chất lượng cao AS996.
- Cung cấp các dẫn liệu khoa học thực chứng về quy trình quy tụ locut gen/QTL Sub1 bằng phương pháp MABC, góp phần bổ sung và hoàn thiện phương pháp đánh giá sự hiện diện và mức độ biểu hiện kiểu hình của gen mục tiêu ở cây lúa.
- Đóng vai trò là tài liệu tham khảo khoa học phục vụ nghiên cứu di truyền, chọn giống và giảng dạy chuyên ngành công nghệ sinh học nông nghiệp.
Ý nghĩa thực tiễn
- Đưa vào sản xuất giống lúa OM351 có khả năng thích ứng cao với điều kiện ngập úng định kỳ, giúp đa dạng hóa bộ giống lúa gieo cấy tại các vùng trũng thấp thuộc ĐBSCL.
- Giảm thiểu rủi ro mất mùa do ngập lụt, ổn định sản lượng lúa gạo và nâng cao thu nhập cho người nông dân tại các vùng chịu ảnh hưởng của biến đổi khí hậu.
Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp
- Hạn chế: Nghiên cứu chủ yếu tập trung vào tính trạng chịu ngập chìm hoàn toàn trong giai đoạn sinh trưởng sinh dưỡng được kiểm soát bởi locut đơn Sub1. Nghiên cứu chưa mở rộng đánh giá tính chịu ngập ở các giai đoạn phát triển khác (như ngập yếm khí giai đoạn nảy mầm mang các QTL AG1, AG2) hoặc trong điều kiện stress kết hợp đa yếu tố (ngập úng đi kèm nhiễm mặn cao).
- Hướng nghiên cứu tiếp:
- Tiếp tục theo dõi tính ổn định di truyền, độ thuần và phản ứng của giống OM351 trên các tiểu vùng sinh thái đặc thù tại ĐBSCL.
- Ứng dụng MABC để tích hợp thêm các gen/QTL chống chịu bất lợi khác (như QTL chịu mặn Saltol, QTL chịu hạn qDTYs) vào nền giống OM351 nhằm tạo ra các dòng giống mang đa tính trạng chống chịu.
Giá trị tham khảo
Luận án là tài liệu tham khảo hữu ích cho:
- Nghiên cứu sinh và học viên cao học ngành Di truyền và Chọn giống cây trồng, Công nghệ Sinh học: Tham khảo quy trình MABC chuẩn hóa, kỹ thuật điện di polyacrylamide nhuộm bạc, phương pháp giải mã kiểu gen đồ bản (GGT) và phương pháp bố trí thí nghiệm sàng lọc ngập nhân tạo.
- Các nhà chọn giống tại các Viện, Trung tâm Nghiên cứu Nông nghiệp: Áp dụng bộ 71 chỉ thị SSR đa hình và quy trình lai chuyển gen Sub1 sang các giống lúa địa phương hoặc giống thuần ưu tú khác.
- Cơ quan quản lý nông nghiệp và khuyến nông tại các tỉnh ĐBSCL: Căn cứ trên số liệu khảo nghiệm để quy hoạch cơ cấu mùa vụ, đưa giống OM351 vào cơ cấu gieo cấy tại các vùng trũng ngập nhằm thích ứng với biến đổi khí hậu.
Câu hỏi thường gặp
1. Tại sao giống lúa AS996 được lựa chọn làm vật liệu nhận gen trong nghiên cứu này?
AS996 là giống lúa thuần chất lượng cao do Viện Lúa ĐBSCL chọn tạo và công nhận năm 2002, được gieo cấy rất phổ biến tại ĐBSCL và Đông Nam Bộ nhờ ưu điểm ngắn ngày, năng suất cao và thích ứng tập quán canh tác. Tuy nhiên, AS996 rất mẫn cảm với điều kiện ngập úng, do đó việc cải tiến tính chịu ngập trên nền di truyền ưu tú của AS996 mang tính cấp thiết thực tiễn cao.
2. Các chỉ thị phân tử nào đóng vai trò quyết định trong việc chọn lọc cá thể mang gen Sub1 và phục hồi nền gen AS996?
Nghiên cứu xác định được 71 chỉ thị SSR đa hình. Trong đó:
- 2 chỉ thị ART5 và SC3 nằm trong vùng locut gen Sub1 (NST số 9) được sử dụng để chọn lọc dương (chọn cá thể mang gen chịu ngập).
- 69 chỉ thị SSR phân bố trên 12 nhiễm sắc thể được dùng để sàng lọc chọn lọc nền di truyền (background selection) nhằm phục hồi tối đa hệ gen của giống nhận AS996.
3. Giống lúa OM351 có khả năng chịu ngập ở mức độ nào và đặc tính nông sinh học ra sao?
Giống OM351 có khả năng chịu ngập hoàn toàn trong 14 ngày ở giai đoạn sinh trưởng sinh dưỡng. Về nông sinh học, giống giữ nguyên các đặc tính tốt về phẩm chất, thời gian sinh trưởng và khả năng kháng sâu bệnh của giống gốc AS996, đồng thời cho năng suất thực thu cao hơn giống gốc AS996.
4. Cơ chế tác động của gen Sub1A giúp cây lúa sống sót qua ngập lũ như thế nào?
Gen Sub1A (đặc biệt là alen Sub1A-1) đáp ứng với sự gia tăng hormone ethylene trong điều kiện ngập nước, thúc đẩy biểu hiện protein SLR1 và SLRL1 để ức chế hoạt tính của gibberellic acid (GA). Cơ chế này kìm hãm sự vươn dài lóng và thân lá, duy trì trạng thái "ngủ nghỉ" nhằm bảo tồn nguồn năng lượng carbohydrate dự trữ, giúp cây sống sót qua 10 - 14 ngày ngập và tái sinh trưởng sau khi nước rút.
Kết luận
Luận án đã ứng dụng thành công phương pháp chọn giống bằng chỉ thị phân tử kết hợp lai trở lại (MABC) để chuyển nạp locut gen chịu ngập Sub1 từ giống IR64-Sub1 vào giống lúa thuần AS996. Thông qua hệ thống 71 chỉ thị phân tử SSR đa hình (gồm 2 chỉ thị chọn lọc gen đích ART5, SC3 và 69 chỉ thị chọn lọc nền gen), nghiên cứu đã chọn tạo thành công giống lúa mới OM351 (AS996-Sub1). Giống OM351 biểu hiện khả năng chịu ngập hoàn toàn trong 14 ngày ở giai đoạn sinh trưởng sinh dưỡng, đạt năng suất và đặc tính nông sinh học ưu việt, cung cấp giải pháp giống cây trồng thiết thực phục vụ canh tác lúa tại vùng Đồng bằng sông Cửu Long trong bối cảnh biến đổi khí hậu.
