Đặt vấn đề Cây lúa (Oryza sativa L.) là một trong những cây lương thực quan trọng trên thế giới cung cấp nguồn năng lượng chính cho một nửa dân số trên thế giới. Trong đó, ở châu Á, hơn 90% sản lượng lúa được sản xuất và tiêu thụ. Trước đây, đa số nông dân Việt Nam có thói quen sản xuất giống lúa ngắn ngày, năng suất cao và dễ canh tác vì chống chịu sâu bệnh tốt. Tuy nhiên, các giống này thường có phẩm chất thấp, cứng cơm và không có mùi thơm.
Do đó, mặc dù có nhiều đột phá về mặt sản lượng nhưng chất lượng cũng như giá thành sản phẩm chưa cao và thị trường tiêu thụ còn hạn chế. Ngày nay, với sự phát triển của xã hội, nhu cầu ăn ngon thay thế dần nhu cầu ăn no, các sản phẩm gạo mềm dẻo, thơm ngày càng được ưa chuộng. Chính vì vậy, việc nghiên cứu, lai tạo và phát triển các giống lúa mới ngon dẻo lại thích nghi đa dạng và cho năng suất cao đang là nhu cầu cấp bách của sản xuất lúa gạo trong vùng. Chất lượng gạo là một khái niệm chung bao hàm rất nhiều các đặc tính khác nhau từ các đặc tính vật lý đến sinh hóa và sinh lý.
Tinh bột và prôtêin là hai thành phần chính trong nội nhũ của hạt, vì vậy nó là chìa khóa của chất lượng hạt. Tinh bột (polysacarit carbohydrate) chứa hỗn hợp amylose và amylopectin (Juliano, 2003; Fitzgerald et al., 2009a; Chen et al. Nhiều nghiên cứu cho rằng tính chất mềm dẻo của cơm phụ thuộc chủ yếu vào hàm lượng amylose (AC), nó là kết quả của kiểu gen và một vài thay đổi của môi trường (Fitzgerald et al. Hàm lượng này được sử dụng như một chỉ số quan trọng để đánh giá chất lượng cơm (Asghar et al.
Hàm lượng amylose thấp đặc trưng cho tính mềm, dẻo và bóng của hạt cơm. Ngược lại hàm lượng amylose cao làm cho gạo hấp thụ nhiều nước hơn và do đó làm tăng tính trương nước của hạt gạo, dẫn đến khô, xốp và cứng khi nguội lại. (Fitzgerald et al., 2009a; Patindol et al. Về mặt di truyền, nhiều nghiên cứu cho rằng tính trạng hàm lượng amylose cao và thấp đều do một gen duy nhất điều khiển.
Gen waxy là gen điều khiển tính trạng hàm lượng amylose trong hạt gạo định vị trên nhiễm sắc thể số 6. Gen trội A qui định hàm lượng amylose cao và gen đồng hợp lặn aa qui định hàm lượng amylose thấp. Hạt mang gen dị hợp tử có hàm lượng amylose trung bình nhưng không ổn định. Nếu cần hạt có hàm lượng amylose trung bình thì bố hoặc mẹ phải có hàm lượng amylose từ thấp đến trung bình (Denyer et al., 2001; Nakamura and Yuki, 1992).
Việc phát triển các giống lúa mới có năng suất và chất lượng cao 1 là thách thức đối với phương pháp chọn giống truyền thống. Vì vậy cần có những đột phá mới cho công tác chọn tạo giống bằng phương pháp hiện đại. Ứng dụng chỉ thị phân tử trong chọn giống (MAS) cho lai hồi giao (MABC) là phương pháp chuyển một gen mục tiêu từ giống cho gen (donor) sang giống nhận gen (recipient) trong khi vẫn giữ lại các đặc tính quan trọng của giống nhận thông qua lai hồi giao. Việc sử dụng các chỉ thị phân tử cho phép giải mã di truyền của con lai ở mỗi thế hệ, rút ngắn thời gian chọn tạo, do đó tăng hiệu quả chọn lọc gen trên một đơn vị thời gian (Hospital, 2003).
MABC đã được sử dụng trong nhiều nghiên cứu tạo chọn giống lúa chất lượng cao trước đây (Hasan et al, 2015; Hồ Văn Được và ctv., 2016a, 2017; Nguyen Thị Lang and Bui Chi Buu, 2004). Xuất phát từ những vấn đề đặt ra, nghiên cứu được thực hiện nhằm khai thác phương pháp MABC trong lai tạo giống lúa có hàm lượng amylose thấp (≤20%), năng suất cao phù hợp với nhu cầu về giống lúa cũng như điều kiện canh tác của ĐBSCL hiện nay.2 Mục tiêu nghiên cứu 1.1 Mục tiêu tổng quát Nghiên cứu, chọn tạo các dòng/giống lúa có phẩm chất tốt liên quan đến chỉ tiêu hàm lượng amylose thấp dựa trên sự kết hợp giữa phương pháp lai hồi giao và chọn giống bằng chỉ thị phân tử.2 Mục tiêu nghiên cứu cụ thể Khai thác gen liên quan đến chỉ tiêu hàm lượng amylose thấp thông qua đa dạng nguồn vật liệu ban đầu từ bộ lúa địa phương và bộ lúa cao sản ngắn ngày. Ứng dụng MABC trong chọn lọc các quần thể lai hồi giao thông qua đánh giá kiểu hình và phân tích kiểu gen dựa trên việc xác định gen waxy trên nhiễm sắc thể số 6 và các gen liên quan năng suất và thành phần năng suất được đánh dấu trên cá thể cây mẹ. Đánh giá đa dạng di truyền trên quần thể con lai và chọn lọc các cá thể mang gen mục tiêu mong muốn thông qua xây dựng bản đồ GGT trên các quần thể NILs.
Chọn lọc các dòng lúa triển vọng có tính trạng hàm lượng amylose thấp (≤20%) và năng suất cao (từ 7 - 8 tấn/ha vụ Đông xuân và 4 – 5 tấn/ha vụ Hè thu) nhằm phục vụ cho công tác chọn tạo giống lúa mới.3 Nội dung nghiên cứu 1.1 Nội dung 1: Đánh giá vật liệu bố mẹ sử dụng trong nghiên cứu chọn tạo giống lúa phẩm chất cao có hàm lượng amylose thấp Đánh giá hàm lượng amylose trên bộ giống vật liệu lai Đánh giá đặc tính nông học trên bộ giống lúa vật liệu lai Đánh giá các thành phần năng suất và năng suất trên bộ giống lúa vật liệu lai Phân nhóm đa dạng di truyền kiểu hình của bộ giống lúa vật liệu lai Đa dạng nguồn gen trên các giống lúa bố mẹ 1.2 Nội dung 2: Đánh giá hiệu quả di truyền của các tổ hợp lai Tạo các quần thể F1 Đánh giá hiệu quả chọn lọc tính trạng mục tiêu dựa trên các quần thể lai F2 1.3 Nội dung 3: Chọn tạo quần thể lai hồi giao có hàm lượng amylose thấp thông qua MAS Lai tạo và chọn lọc các quần thể lai hồi giao nhờ các chỉ thị phân tử (BC1F1- BCnF1) 1.4 Nội dung 4: Chọn lọc các quần thể hồi giao BC nF2 thông qua lập bản đồ GGT Kiểm tra kiểu gen của quần thể con lai trên 12 nhiễm sắc thể dựa trên các chỉ thị phân tử đa hình giữa cây bố và mẹ. Lập bản đồ GGT đánh giá sự di truyền của quần thể con lai, qua đó chọn lọc các cá thể mang gen mục tiêu mong muốn.5 Nội dung 5: Đánh giá và chọn lọc cá thể có hàm lượng amylose và năng suất cao trên các quần thể lai hồi giao BCnF3 Đánh giá kiểu hình và kiểu gen liên quan hàm lượng amylose trên quần thể con lai. Đánh giá các thành phần năng suất và năng suất để chọn lọc các dòng con lai triển vọng vừa có hàm lượng amylose thấp vừa có năng suất cao 1.4 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 1.1 Ý nghĩa khoa học Khai thác nguồn gen một cách hiệu quả thông qua đa dạng nguồn vật liệu 3 lai bố mẹ từ lúa địa phương và lúa cao sản. Nghiên cứu, chọn tạo các giống/dòng lúa có phẩm chất tốt và năng suất cao kết hợp chọn giống truyền thống với phương pháp hiện đại bằng chỉ thị phân tử nhằm khắc phục những hạn chế của phương pháp truyền thống, rút ngắn thời gian lai tạo và nâng cao hiệu quả chọn lọc.
Những thành công bước đầu trong quy tụ gen hàm lượng amylose thấp sử dụng chỉ thị phân tử ở lúa sẽ mở ra khả năng ứng dụng rộng rãi trong công tác chọn tạo giống nói chung, không chỉ đối với chỉ tiêu hàm lượng amylose mà còn đối với nhiều đặc tính nông học quý khác.2 Ý nghĩa thực tiễn Ứng dụng các thành tựu mới của khoa học hiện đại vào trong chọn giống nhằm khai thác triệt để nguồn gen, nâng cao hiệu quả chọn tạo, rút ngắn thời gian và tăng hiệu suất chọn lọc cũng như hiệu quả kinh tế. Đề tài chọn ra được các dòng lúa triển vọng có hàm lượng amylose thấp để bổ sung vào cơ cấu giống phẩm chất cao nhằm phục vụ cho nhu cầu tiêu thụ nội địa và nâng cao khả năng cạnh tranh với các nước trên thế giới về xuất khẩu gạo. Các nội dung nghiên cứu trong đề tài có thể ứng dụng cho công tác chọn giống hiện nay. Sản phẩm từ đề tài là nguồn vật liệu và phương pháp của đề tài là nguồn tư liệu cho các công trình nghiên cứu tiếp theo.
Ngoài ra, đề tài còn góp phần phục vụ trong các công tác nghiên cứu và giảng dạy.5 Tính khoa học của đề tài Ứng dụng các kỹ thuật hiện đại để bổ sung cũng như giải quyết các hạn chế cho phương pháp lai tạo giống truyền thống. Kế thừa các nghiên cứu trước trong việc lựa chọn vật liệu lai và chỉ thị phân tử. Ứng dụng sinh học phân tử và tin sinh học để phân tích và đánh giá các dữ liệu của đề tài. Các dòng lúa được chọn tạo trong đề tài là kết quả khoa học có khả năng ứng dụng rộng rãi trong nghiên cứu và sản xuất giống lúa phẩm chất cao ở vùng ĐBSCL.6 Những đóng góp mới của đề tài Đề tài đã đánh giá và khai thác hiệu quả nguồn vật liệu bố mẹ mà các nghiên cứu trước đây ở Việt Nam còn nhiều hạn chế.
4 Bên cạnh mục tiêu chọn tạo giống có hàm lượng amylose thấp, đề tài còn chú ý đến năng suất cao và thời gian sinh trưởng phù hợp. Điều này là điều kiện quyết định để các sản phẩm giống lúa có thể ứng dụng và phát triển rộng khi đề tài kết thúc. Kết hợp giữa lai tạo truyền thống, sinh học phân tử và tin sinh học trong nghiên cứu.7 Tính ứng dụng của đề tài Đề tài được thực hiện thông qua phương pháp lai tạo truyền thống kết hợp phương pháp chọn lọc hiện đại bằng chỉ thị phân tử. Thông qua kết quả đề tài cũng cho thấy tính hiệu quả của việc ứng dụng các kỹ thuật mới vào chọn tạo giống truyền thống.
Sản phẩm giống lúa của đề tài góp phần bổ sung vào cơ cấu giống phẩm chất cao hiện nay cho vùng đồng bằng Sông Cửu Long, phục vụ sản xuất và xuất khẩu của vùng. Ngoài ra, sản phẩm đề tài còn là nguồn vật liệu về giống và chỉ thị phân tử cho các chương trình lai tạo giống kế tiếp. Đề tài cung cấp một chương trình chọn tạo giống hiệu quả, mang giá trị tham khảo cao.8 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu Các giống lúa địa phương thu thập ở các tỉnh đồng bằng Sông Cửu Long và các giống cao sản từ Ngân hàng gen của Bộ môn Di truyền- Chọn giống, Viện Lúa Đồng Bằng Sông Cửu Long.
