Tổng quan luận án

Luận án tiến sĩ nông nghiệp với đề tài "Ứng dụng chỉ thị phân tử chọn tạo các dòng đậu tương kháng bệnh gỉ sắt (Phakopsora pachyrhizi Sydow)" được thực hiện bởi nghiên cứu sinh Nguyễn Văn Khởi, dưới sự hướng dẫn khoa học của GS. Phan Hữu Tôn và TS. Nguyễn Thanh Tuấn, bảo vệ tại Học viện Nông nghiệp Việt Nam năm 2018. Luận án thuộc chuyên ngành Di truyền và Chọn giống cây trồng (mã số: 9 62 01 11).

Đậu tương (Glycine max L. Merill) là cây công nghiệp ngắn ngày có giá trị kinh tế cao, đóng vai trò quan trọng trong cơ cấu cây trồng, cung cấp thực phẩm cho người, thức ăn chăn nuôi và nguyên liệu chế biến dầu thực vật. Đậu tương còn là cây trồng thích hợp trong luân canh cải tạo đất nhờ khả năng cố định đạm. Tuy nhiên, sản xuất đậu tương tại Việt Nam giai đoạn trước 2018 suy giảm cả về diện tích và sản lượng, năng suất bình quân chỉ đạt 1,4 - 1,5 tấn/ha so với mức 2,5 - 3,0 tấn/ha của thế giới (FAO, 2017), khiến Việt Nam phải nhập khẩu khối lượng lớn. Nguyên nhân chính là thiếu giống năng suất cao và phần lớn các giống sản xuất mẫn cảm với sâu bệnh hại, đặc biệt là bệnh gỉ sắt do nấm Phakopsora pachyrhizi Sydow gây ra.

Khoảng trống nghiên cứu được luận án xác định là: công tác chọn giống kháng bệnh gỉ sắt ở Việt Nam chủ yếu dựa trên phương pháp lai tạo và chọn lọc kiểu hình truyền thống; tập đoàn giống địa phương và nhập nội chưa được sàng lọc hệ thống bằng chỉ thị phân tử ADN để xác định các gen kháng đã công bố (Rpp1 đến Rpp6, Rpp1b); chưa xác định được gen kháng nào thực sự hữu hiệu với các chủng nấm gỉ sắt tại các vùng sinh thái Việt Nam; và chưa xác định chính xác khoảng cách liên kết di truyền của các chỉ thị phân tử trên nguồn vật liệu cụ thể để ứng dụng chọn giống nhờ chỉ thị phân tử (MAS) và hồi giao nhờ chỉ thị phân tử (MABC).

Mục tiêu nghiên cứu của luận án gồm hai nội dung:

  1. Xác định được mẫu giống đậu tương chứa gen kháng bệnh gỉ sắt và chỉ thị phân tử ADN liên kết chặt với các gen kháng hữu hiệu.
  2. Chọn tạo được một số dòng/giống đậu tương tốt, chứa gen kháng bệnh gỉ sắt hữu hiệu với các mẫu nấm gây bệnh gỉ sắt ở Việt Nam bằng ứng dụng chỉ thị phân tử ADN.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

  • Đối tượng nghiên cứu: 70 mẫu giống đậu tương (địa phương, nhập nội, chọn tạo trong nước), 3 chủng nấm gỉ sắt Phakopsora pachyrhizi Sydow phân lập tại 3 vùng sinh thái của Việt Nam, 5 gen kháng bệnh gỉ sắt (Rpp1, Rpp2, Rpp3, Rpp4, Rpp5) và 12 chỉ thị phân tử SSR liên kết.
  • Phạm vi không gian: Các thí nghiệm đồng ruộng, nhà lưới và phòng thí nghiệm sinh học phân tử được thực hiện tại Viện Cây lương thực và Cây thực phẩm (Gia Lộc, Hải Dương) và Viện Bảo vệ thực vật (Bắc Từ Liêm, Hà Nội).
  • Phạm vi thời gian: Từ tháng 01/2013 đến tháng 03/2017.

Tổng quan tài liệu và vị trí của luận án

Tổng quan tài liệu của luận án hệ thống hóa các công trình nghiên cứu trong nước và quốc tế về sản xuất đậu tương, bệnh gỉ sắt, di truyền tính kháng và ứng dụng chỉ thị phân tử trong chọn giống:

  1. Tình hình sản xuất đậu tương toàn cầu và trong nước: Thống kê của FAO (2017) cho thấy diện tích đậu tương toàn cầu tăng từ 21,0 triệu ha (1960) lên 122,14 triệu ha (2016), sản lượng đạt 323,70 triệu tấn, tập trung tại Mỹ (31% diện tích, 34% sản lượng năm 2015), Brazil (97 triệu tấn năm 2016), Argentina (57 triệu tấn) và Trung Quốc (12,2 triệu tấn). Tại Việt Nam, diện tích đạt đỉnh năm 2005 (204,1 nghìn ha, sản lượng 292,7 nghìn tấn) sau đó giảm xuống còn 110,0 nghìn ha năm 2015 và 120,0 nghìn ha năm 2016; năng suất dao động từ 14,3 đến 15,0 tạ/ha, chỉ đáp ứng khoảng 1/20 nhu cầu trong nước (Phạm Văn Thiều, 2006; FAO, 2017).
Năm Diện tích thế giới (triệu ha) Năng suất thế giới (tạ/ha) Sản lượng thế giới (triệu tấn) Diện tích VN (nghìn ha) Năng suất VN (tạ/ha) Sản lượng VN (nghìn tấn)
1995 - - - 121,1 10,3 125,5
2000 74,34 21,70 151,41 122,3 11,8 144,9
2005 - - - 204,1 14,4 292,7
2010 101,37 24,70 249,93 197,8 15,0 213,6
2015 119,73 26,10 312,36 110,0 14,6 172,0
2016 122,14 26,50 323,70 120,0 14,3 170,0

  1. Tác nhân, triệu chứng và tác hại bệnh gỉ sắt: Bệnh do nấm ký sinh bắt buộc Phakopsora pachyrhizi Sydow gây ra (nguy hiểm hơn loài Phakopsora meibomiae). Ổ hạ bào tử (uredosores) có kích thước 197 - 258 x 97 - 108 µm, hạ bào tử (uredospore) có kích thước 4,7 - 13 x 2,1 - 5,6 µm. Bệnh làm rụng lá sớm, giảm năng suất từ 10% đến 90% tùy quốc gia (Jason và Pedersen, 2009). Nấm có phổ ký chủ rộng trên 31 loài thuộc 17 chi thực vật họ đậu (Chatasiri và Ono, 2008; Slaminko et al., 2008).

  2. Tính biến chủng của nấm bệnh: Báo cáo biến chủng đầu tiên được ghi nhận tại Đài Loan (Lin, 1966). Các nghiên cứu quốc tế của McLean và Byth (1980), Yamaoka et al. (2002, 2014), Bonde et al. (2006), Miles et al. (2006, 2008), Pham et al. (2009, 2010), Yamanaka et al. (2010), Akamatsu et al. (2013) cho thấy độc tính của nấm thay đổi theo không gian và thời gian. Tại Việt Nam, Pham et al. (2010) đã phân lập được 7 chủng P. pachyrhizi.

  3. Di truyền tính kháng và các chỉ thị phân tử liên kết: Tính kháng bệnh gỉ sắt do 7 gen đơn trội quy định: Rpp1 (nhiễm sắc thể 18, liên kết chỉ thị Sct_187, Sat_064 - Hyten et al., 2007); Rpp2 (nhiễm sắc thể 16, liên kết Sat_255, Satt620, Satt215 - Silva et al., 2008; Abdelnoor et al., 2009); Rpp3 (nhiễm sắc thể 6, liên kết Satt460, Sat_263, Sat_251 - Monteros et al., 2006; Hyten et al., 2009); Rpp4 (nhiễm sắc thể 18, liên kết Satt288, Sat_191 - Silva et al., 2008); Rpp5 (nhiễm sắc thể 3, liên kết Sat_275, Sat_280 - Garcia et al., 2008); Rpp6 (nhiễm sắc thể 18, liên kết Satt324, Satt394 - Li et al., 2012) và Rpp1-b (Chakraborty et al., 2009).

Gen kháng Nhiễm sắc thể (Nhóm liên kết) Chỉ thị phân tử SSR liên kết Tác giả công bố
Rpp1 18 (G) Sct187 - Sat064, Sat117 McLean và Byth (1980); Hyten et al. (2007); Ray et al. (2009)
Rpp1-b 18 (G) Sat064 - Sat372 Chakraborty et al. (2009); Hossain et al. (2014)
Rpp2 16 (J) Sat255 - Satt620, Satt215 Hartwig và Bromfield (1980); Silva et al. (2008); Abdelnoor et al. (2009)
Rpp3 6 (C2) Satt460 - Sat263, Sat251 Hartwig và Bromfield (1983); Monteros et al. (2006); Hyten et al. (2009)
Rpp4 18 (G) Satt288 - Sat191, AF162283 Hartwig (1986); Silva et al. (2008); Abdelnoor et al. (2009)
Rpp5 3 (N) Sat275 - Sat280 Garcia et al. (2008); Kendrick et al. (2011)
Rpp6 18 (G) Satt324 - Satt394 Li et al. (2012)
  1. Vị trí của luận án: Luận án kế thừa kết quả đánh giá nguồn gen đậu tương Việt Nam (Nguyễn Thị Bình, 1990, 2007; Vũ Thanh Trà et al., 2006; Lê Thị Ngọc Vi và Nguyễn Thị Lang, 2006; Nguyễn Thúy Kiều Tiên và Nguyễn Thị Lang, 2011; Khanh et al., 2013; Bùi Chí Bửu et al., 2013). Luận án giải quyết khoảng trống về việc xác định chính xác khoảng cách di truyền của các chỉ thị SSR trên quần thể phân ly cụ thể, xác định gen kháng hữu hiệu (Rpp2, Rpp4, Rpp5) đối với các chủng nấm tại Việt Nam, và ứng dụng MAS/MABC để tạo ra các dòng đậu tương kháng bệnh có năng suất cao.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Cơ sở lý thuyết và nguyên lý ứng dụng

  • Cơ sở di truyền học: Tính kháng bệnh gỉ sắt ở đậu tương được kiểm soát bởi các gen đơn trội (Rpp). Tương tác ký chủ - thể gây bệnh tuân theo thuyết "gen tương tác gen" (gene-for-gene).
  • Chỉ thị phân tử ADN và phương pháp chọn giống phân tử: Sử dụng chỉ thị SSR (Simple Sequence Repeats) có tính đồng trội và độ đa hình cao để phát hiện alen kháng. Chọn giống nhờ chỉ thị phân tử (MAS) cho phép chọn lọc cá thể mang gen mong muốn ngay từ giai đoạn vườn ươm, không phụ thuộc vào áp lực bệnh tự nhiên. Chọn giống hồi giao nhờ chỉ thị phân tử (MABC) giúp chuyển gen kháng vào nền di truyền của giống ưu tú và phục hồi hệ gen nền qua các thế hệ hồi giao liên tiếp.

Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm

70 mẫu giống đậu tương + 5 giống chỉ thị (WVRDC) + 3 đối chứng
Đánh giá nông sinh học,             Phân tích kiểu gen 
năng suất (10 TCN 339-2006,        (12 chỉ thị SSR) & 
QCVN 01-58: 2011/BNNPTNT)           Lây nhiễm 3 chủng nấm
    Xác định 3 gen kháng hữu hiệu (Rpp2, Rpp4, Rpp5)
    & 3 chỉ thị liên kết chặt (Satt620, Satt288, Sat_275)
         Lai tạo tổ hợp & Hồi giao (MABC)
          Chọn lọc MAS qua F2 - F7 & BC3F5
       Chọn 2 dòng triển vọng Đ9, Đ10 khảo nghiệm
  1. Phương pháp đánh giá nông sinh học và năng suất:
    • Bố trí thí nghiệm tuần tự không nhắc lại, diện tích ô 10 m², giống đối chứng DT84.
    • Các chỉ tiêu sinh trưởng, phát triển, năng suất và yếu tố cấu thành năng suất theo quy chuẩn 10 TCN 339-2006 và QCVN 01-58: 2011/BNNPTNT.
  2. Phương pháp đánh giá tính kháng bằng lây nhiễm nhân tạo:
    • Thực hiện theo phương pháp của Nguyễn Thị Bình (1990) với 3 chủng nấm P. pachyrhizi phân lập từ 3 vùng sinh thái Việt Nam.
    • Đánh giá theo 3 tiêu chí:
      • Mức độ nhiễm bệnh: % diện tích lá bị bệnh theo 7 cấp (Cấp 1: 0%; Cấp 2: <10%; Cấp 3: 10-20%; Cấp 4: 20-30%; Cấp 5: 30-50%; Cấp 6: 50-75%; Cấp 7: >75%) và chỉ số nhiễm bệnh tích lũy theo thời gian (AUDPC).
      • Kiểu vết bệnh: RB (Reddish Brown - nâu đỏ/nâu đậm, kháng); TAN (nâu vàng, nhiễm); MIX (nhiễm vừa, xen kẽ RB và TAN).
      • Mức độ hình thành bào tử: Thang điểm 0 - 5 (Điểm 0: không có bào tử; Điểm 1: không hình thành; Điểm 2: ≤25%; Điểm 3: 25 - 50%; Điểm 4: 50 - 75%; Điểm 5: >75%).
  3. Phương pháp sinh học phân tử và chọn lọc MAS/MABC:
    • Tách chiết ADN bằng phương pháp CTAB. Phản ứng PCR nhân bản phân tích 12 cặp chỉ thị SSR liên kết với 5 gen Rpp1 - Rpp5.
    • Điện di kiểm tra trên gel agarose hoặc polyacrylamide.
    • Xác định độ liên kết (khoảng cách di truyền cM) giữa chỉ thị và kiểu hình phân ly trên quần thể F2.
    • Chọn lọc cá thể mang gen kháng mục tiêu ở thế hệ F2 bằng MAS; theo dõi vườn dòng qua các thế hệ F3, F4, F5, F6, F7 và các thế hệ hồi giao BC1, BC2, BC3F2, BC3F4, BC3F5.

Nguồn vật liệu nghiên cứu

  • Tập đoàn giống: 70 mẫu giống đậu tương lưu giữ tại Viện Cây lương thực và Cây thực phẩm (4 giống địa phương: Cúc BH nâu, Như khê, Cao Bằng U8325, Nhất tiến HLLS; 34 giống nhập nội; 32 giống chọn tạo trong nước).
  • Giống chỉ thị và đối chứng: 5 giống chỉ thị mang đơn gen kháng từ WVRDC (PI200492 - Rpp1, PI230970 - Rpp2, PI462312 - Rpp3, PI459025B - Rpp4, PI200256 - Rpp5); giống ĐT2000 (đối chứng kháng); ĐT12 và V74 (đối chứng nhiễm); DT84 (đối chứng năng suất).
  • Nguồn bệnh: 3 chủng nấm gỉ sắt đại diện 3 vùng sinh thái Việt Nam.
  • Chỉ thị phân tử: 12 chỉ thị SSR liên kết gen kháng đã công bố.

Nội dung chính theo từng chương

Phần 1. Tính cấp thiết của đề tài, mục tiêu, đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Trình bày cơ sở khoa học và thực tiễn của đề tài, các mục tiêu cụ thể, đối tượng khảo sát gồm 70 mẫu giống đậu tương, 3 chủng nấm gỉ sắt, 5 locus gen kháng (Rpp1 - Rpp5) và 12 chỉ thị SSR liên kết, thực hiện trong giai đoạn 2013 - 2017 tại Hải Dương và Hà Nội.

Phần 2. Tổng quan tài liệu nghiên cứu

Hệ thống hóa tài liệu về sản xuất đậu tương trong nước và quốc tế; đặc điểm hình thái, triệu chứng và cơ chế gây hại của nấm Phakopsora pachyrhizi; biến chủng nấm bệnh trên thế giới; phương pháp đánh giá bệnh (thang điểm diện tích lá, kiểu vết bệnh RB/TAN, mức độ sinh bào tử, chỉ số AUDPC); nguồn gen kháng gỉ sắt đã công bố; di truyền tính kháng và các chỉ thị SSR liên kết (Rpp1 đến Rpp6); nguyên lý các loại chỉ thị ADN (RAPD, SSR, STS, SNP); phương pháp chọn giống MAS, MABC và các thành tựu chọn tạo giống đậu tương kháng gỉ sắt trên thế giới và tại Việt Nam.

Phần 3. Vật liệu và phương pháp nghiên cứu

Mô tả chi tiết địa điểm, thời gian bố trí các thí nghiệm (vụ Xuân 2013 đến Xuân 2017); danh mục 70 mẫu giống đậu tương nghiên cứu, 12 chỉ thị SSR và 3 mẫu nấm gỉ sắt lây nhiễm nhân tạo; phương pháp khảo nghiệm nông sinh học theo quy chuẩn ngành; quy trình lây nhiễm nhân tạo và tiêu chí đánh giá kháng/nhiễm; quy trình phân tích ADN bằng PCR; phương pháp xác định khoảng cách di truyền trên quần thể F2; sơ đồ lai đơn, lai hồi giao (backcross) và quy trình sàng lọc cá thể bằng MAS/MABC qua các thế hệ con lai.

Phần 4. Kết quả và thảo luận

Luận điểm và số liệu chính của Phần 4 được trình bày qua ba nội dung:

1. Đánh giá vật liệu khởi đầu và xác định gen kháng hữu hiệu

  • Đánh giá hình thái, sinh trưởng, thời gian sinh trưởng, khối lượng 1000 hạt và chất lượng hạt của 70 mẫu giống vụ Xuân 2013 tại Viện Cây lương thực và Cây thực phẩm.
  • Sàng lọc kiểu gen bằng 12 chỉ thị SSR đã phát hiện 28/70 mẫu giống mang từ 1 đến 3 gen kháng (Rpp1 đến Rpp5).
  • Đánh giá kiểu hình bằng lây nhiễm nhân tạo 3 chủng nấm gỉ sắt đại diện 3 vùng sinh thái Việt Nam: Xác định được 3 gen kháng hữu hiệu là Rpp2, Rpp4 và Rpp5. Trong đó, Rpp2 và Rpp4 kháng tốt với các chủng nấm ở cả 3 vùng; Rpp5 kháng hữu hiệu với chủng nấm thu thập ở phía Nam.
  • Lựa chọn các mẫu giống bố mẹ ưu tú phục vụ lai tạo: nhóm bố mẹ có nông sinh học tốt, năng suất cao kết hợp với nhóm bố mẹ mang nguồn gen kháng gỉ sắt.

2. Lựa chọn chỉ thị phân tử ADN liên kết chặt với gen kháng

  • Phân tích đa hình kiểu gen và đối chiếu với kiểu hình phân ly kháng/nhiễm trên quần thể phân ly F2.
  • Luận án đã xác định được 3 chỉ thị phân tử SSR có liên kết chặt với 3 gen kháng hữu hiệu:
    • Chỉ thị Satt620 liên kết chặt với gen Rpp2 với khoảng cách di truyền là 3,33 cM.
    • Chỉ thị Satt288 liên kết chặt với gen Rpp4 với khoảng cách di truyền là 2,50 cM.
    • Chỉ thị Sat_275 liên kết chặt với gen Rpp5 với khoảng cách di truyền là 4,16 cM.
Gen kháng hữu hiệu Chỉ thị SSR liên kết chặt Khoảng cách di truyền xác định trên quần thể F2 (cM)
Rpp2 Satt620 3,33
Rpp4 Satt288 2,50
Rpp5 Sat_275 4,16

3. Kết quả lai tạo và chọn lọc dòng đậu tương kháng gỉ sắt (MAS và MABC)

  • Thiết lập các tổ hợp lai trong vụ Xuân 2013 và Xuân 2014. Chọn cá thể F2 mang gen kháng mục tiêu bằng MAS trong vụ Thu Đông 2013.
  • Chọn lọc vườn dòng phân ly qua các thế hệ F3, F4 (vụ Xuân và Hè 2014) và thế hệ F5 (vụ Thu Đông 2014).
  • Đánh giá hình thái, nông sinh học, khả năng chống chịu sâu bệnh và năng suất các dòng F6, F7 trong vụ Xuân và Hè 2015.
  • Chọn tạo thành công 13 dòng đậu tương tốt mang 1 hoặc 2 gen kháng hữu hiệu.
  • Chọn ra 2 dòng triển vọng nhất là VD1-2-1 (ký hiệu giống: Đ9) và VD1-9-1 (ký hiệu giống: Đ10) mang gen kháng hữu hiệu Rpp2. Hai giống này được đưa vào khảo nghiệm diện rộng trong vụ Đông 2015 và Xuân 2016, thể hiện đặc điểm ngắn ngày, chống chịu tốt với bệnh gỉ sắt, năng suất thực thu vụ Xuân đạt ≥ 2,5 tấn/ha, đủ tiêu chuẩn gửi Khảo nghiệm Quốc gia.
  • Kết quả lai hồi giao và chọn lọc MABC: Thực hiện các thế hệ hồi giao đến BC3F2 (Xuân 2016), tách dòng BC3F4 (Thu Đông 2016) và đánh giá kiểm tra gen, phản ứng kháng nấm gỉ sắt ở thế hệ BC3F5 vụ Xuân 2017.

Phần 5. Kết luận và đề nghị

Tổng kết toàn bộ các kết quả đạt được về sàng lọc nguồn gen, xác định gen kháng hữu hiệu, chọn lọc chỉ thị SSR liên kết chặt, chọn tạo 2 giống triển vọng Đ9, Đ10 và đưa ra các đề nghị ứng dụng thực tiễn.

Kết quả và những đóng góp mới

Những đóng góp mới của luận án

  1. Dữ liệu nguồn gen: Phát hiện 28/70 mẫu giống đậu tương trong tập đoàn nghiên cứu mang từ 1 đến 3 gen kháng bệnh gỉ sắt (Rpp1 đến Rpp5), cung cấp cơ sở dữ liệu di truyền cho công tác chọn giống đậu tương tại Việt Nam.
  2. Xác định gen kháng hữu hiệu: Xác định được 3 gen kháng hữu hiệu với các chủng nấm gỉ sắt Phakopsora pachyrhizi tại Việt Nam là Rpp2, Rpp4 và Rpp5 (trong đó Rpp2 và Rpp4 kháng tốt ở cả 3 vùng sinh thái, Rpp5 kháng hữu hiệu với chủng nấm phía Nam).
  3. Xác định chỉ thị phân tử liên kết chặt: Xác định được khoảng cách di truyền thực tế của 3 chỉ thị SSR liên kết chặt với 3 gen kháng hữu hiệu trên quần thể nghiên cứu: Satt620 liên kết với Rpp2 (3,33 cM), Satt288 liên kết với Rpp4 (2,50 cM), và Sat_275 liên kết với Rpp5 (4,16 cM).
  4. Sản phẩm giống mới: Chọn tạo được 13 dòng đậu tương mang gen kháng hữu hiệu; trong đó có 2 dòng triển vọng là Đ9 (VD1-2-1) và Đ10 (VD1-9-1) mang gen Rpp2, thời gian sinh trưởng ngắn, năng suất vụ Xuân đạt ≥ 2,5 tấn/ha, kháng bệnh gỉ sắt tốt, đã được gửi khảo nghiệm Quốc gia.

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

  • Ý nghĩa khoa học: Cung cấp dẫn liệu khoa học khẳng định hiệu quả của phương pháp chọn giống nhờ chỉ thị phân tử (MAS) và hồi giao nhờ chỉ thị phân tử (MABC); bổ sung dữ liệu về khoảng cách di truyền của các chỉ thị SSR phục vụ các nghiên cứu di truyền chọn giống tiếp theo.
  • Ý nghĩa thực tiễn: Hai giống đậu tương Đ9 và Đ10 góp phần đa dạng hóa cơ cấu bộ giống đậu tương năng suất khá, kháng bệnh gỉ sắt tại các tỉnh phía Bắc Việt Nam.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế của nghiên cứu

  • Phạm vi nghiên cứu giới hạn trên tập đoàn 70 mẫu giống đậu tương và 3 chủng nấm gỉ sắt đại diện 3 vùng sinh thái; chưa bao quát toàn bộ các chủng sinh lý nấm bệnh có thể phát sinh mới trên đồng ruộng.
  • Luận án tập trung đánh giá 5 gen kháng từ Rpp1 đến Rpp5 và 12 chỉ thị SSR liên kết đã công bố, chưa mở rộng đánh giá các gen kháng mới được công bố sau này như Rpp6 hoặc các alen mới trên toàn bộ tập đoàn giống.
  • Thời gian khảo nghiệm đồng ruộng của hai dòng triển vọng Đ9 và Đ10 tại thời điểm bảo vệ luận án mới hoàn thành 2 vụ (Đông 2015 và Xuân 2016) và đang trong giai đoạn khảo nghiệm Quốc gia.

Hướng nghiên cứu tiếp

  • Tiếp tục theo dõi, đánh giá sự biến đổi tính độc của các chủng nấm Phakopsora pachyrhizi phân lập tại các vùng sinh thái khác nhau ở Việt Nam.
  • Ứng dụng các chỉ thị phân tử đã xác định (Satt620, Satt288, Sat_275) để tiến hành quy tụ đa gen kháng (gene pyramiding) kết hợp từ 2 đến 3 gen kháng hữu hiệu (Rpp2 + Rpp4 + Rpp5) vào cùng một nền giống đậu tương ưu tú nhằm tạo tính kháng bền vững.
  • Tiếp tục hoàn thiện quy trình canh tác và mở rộng khảo nghiệm sản xuất cho hai giống Đ9 và Đ10 tại các vùng sinh thái phía Bắc.

Giá trị tham khảo

Luận án là tài liệu tham khảo chuyên khảo cho các đối tượng và lĩnh vực sau:

  • Nhà chọn giống và nghiên cứu sinh ngành Di truyền - Chọn giống cây trồng: Tham khảo phương pháp thiết kế tổ hợp lai, quy trình ứng dụng chỉ thị phân tử SSR trong chọn lọc cá thể F2 (MAS) và hồi giao chuyển gen (MABC) trên cây họ đậu.
  • Cán bộ nghiên cứu ngành Bảo vệ thực vật và Bệnh học thực vật: Tham khảo quy trình lây nhiễm nhân tạo nấm Phakopsora pachyrhizi, phương pháp đánh giá 3 tiêu chí phản ứng bệnh (tỷ lệ diện tích lá, loại vết bệnh RB/TAN, mức độ hình thành bào tử và chỉ số AUDPC), cùng dữ liệu về phổ gây độc của nấm gỉ sắt tại 3 vùng sinh thái Việt Nam.
  • Cơ quan quản lý và chuyển giao kỹ thuật nông nghiệp: Khai thác dữ liệu 28 mẫu giống mang gen kháng và thông tin nông học của hai giống đậu tương triển vọng Đ9, Đ10 phục vụ cơ cấu giống cây trồng vụ Xuân và Đông tại các tỉnh phía Bắc.

Câu hỏi thường gặp

1. Những gen kháng bệnh gỉ sắt nào được xác định có hiệu lực kháng hữu hiệu với các chủng nấm Phakopsora pachyrhizi tại Việt Nam trong luận án?
Trong số 5 gen kháng khảo sát (Rpp1 đến Rpp5), luận án xác định được 3 gen kháng hữu hiệu là Rpp2, Rpp4 và Rpp5. Trong đó, Rpp2 và Rpp4 thể hiện tính kháng tốt với các chủng nấm ở cả 3 vùng sinh thái Việt Nam; Rpp5 kháng hữu hiệu với chủng nấm thu thập tại phía Nam.

2. Các chỉ thị phân tử SSR nào được lựa chọn và khoảng cách di truyền với gen kháng là bao nhiêu?
Luận án đã xác định được 3 chỉ thị SSR liên kết chặt với 3 gen kháng hữu hiệu trên quần thể F2:

  • Chỉ thị Satt620 liên kết với gen Rpp2 (khoảng cách di truyền 3,33 cM).
  • Chỉ thị Satt288 liên kết với gen Rpp4 (khoảng cách di truyền 2,50 cM).
  • Chỉ thị Sat_275 liên kết với gen Rpp5 (khoảng cách di truyền 4,16 cM).

3. Trong tập đoàn 70 mẫu giống đậu tương ban đầu, có bao nhiêu mẫu giống được phát hiện mang gen kháng bệnh gỉ sắt?
Bằng phương pháp phân tích chỉ thị phân tử SSR, luận án đã phát hiện có 28 trong tổng số 70 mẫu giống đậu tương mang từ 1 đến 3 gen kháng trong các gen từ Rpp1 đến Rpp5.

4. Hai giống đậu tương triển vọng được chọn tạo thành công trong luận án có tên là gì và có những đặc tính nông học chính nào?
Hai giống đậu tương triển vọng là Đ9 (dòng VD1-2-1) và Đ10 (dòng VD1-9-1). Cả hai giống đều mang gen kháng hữu hiệu Rpp2, có thời gian sinh trưởng ngắn, khả năng chống chịu tốt với bệnh gỉ sắt, năng suất thực thu ở vụ Xuân đạt ≥ 2,5 tấn/ha và đã được gửi tham gia Khảo nghiệm Quốc gia.

5. Đánh giá tính kháng bệnh gỉ sắt bằng phương pháp lây nhiễm nhân tạo trong luận án dựa trên những tiêu chí nào?
Phương pháp đánh giá dựa trên 3 tiêu chí theo Nguyễn Thị Bình (1990):

  1. Mức độ nhiễm bệnh theo % diện tích lá bị hại (thang 7 cấp) và chỉ số nhiễm bệnh tích lũy AUDPC;
  2. Màu sắc/kiểu vết bệnh (RB: nâu đỏ - kháng; TAN: nâu vàng - nhiễm; MIX: nhiễm vừa);
  3. Mức độ hình thành bào tử trên vết bệnh (thang điểm 0 - 5). Giống kháng phải đạt đồng thời: mức độ nhiễm ≤ đối chứng kháng, vết bệnh kiểu RB và điểm bào tử từ 1 đến 3.

Kết luận

Luận án của tác giả Nguyễn Văn Khởi đã ứng dụng chỉ thị phân tử SSR để sàng lọc nguồn gen kháng bệnh gỉ sắt trên tập đoàn 70 mẫu giống đậu tương, phát hiện 28 mẫu giống mang gen kháng từ Rpp1 đến Rpp5. Nghiên cứu đã xác định được 3 gen kháng hữu hiệu tại Việt Nam (Rpp2, Rpp4, Rpp5) cùng 3 chỉ thị SSR liên kết chặt tương ứng là Satt620 (3,33 cM), Satt288 (2,50 cM) và Sat_275 (4,16 cM). Thông qua quy trình chọn giống MAS và hồi giao MABC, luận án đã chọn tạo thành công 13 dòng đậu tương mang gen kháng, trong đó hai dòng triển vọng Đ9 và Đ10 mang gen Rpp2 có năng suất vụ Xuân đạt ≥ 2,5 tấn/ha, góp phần đa dạng hóa bộ giống đậu tương kháng bệnh gỉ sắt phục vụ sản xuất.