Nghiên cứu ứng dụng chỉ thị phân tử chọn tạo giống kháng bệnh đạo ôn trên nền di truyền của giống lúa bc15

Nghiên cứu ứng dụng chỉ thị phân tử chọn tạo giống lúa BC15 kháng bệnh đạo ôn. Đột phá trong nông nghiệp, nâng cao năng suất và chất lượng lúa gạo Việt Nam.

• Tác giả: Nguyễn Thị Nhài
• Người hướng dẫn: TS. Nguyễn Thị Thanh Thủy
• Trường học: Viện Khoa học Nông nghiệp Việt Nam
• Chuyên ngành: Di truyền và Chọn giống cây trồng
• Đề tài: Nghiên cứu Ứng Dụng Chỉ Thị Phân Tử Chọn Tạo Giống Kháng Bệnh Đạo Ôn Trên Nền Di Truyền Của Giống Lúa BC15
• Loại tài liệu: Luận án tiến sĩ
• Năm xuất bản: 2023
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU
• 1.1. Tình hình sản xuất lúa gạo và ảnh hưởng của bệnh đạo ôn đến sản xuất lúa của Việt Nam
• 1.2. Chỉ thị di truyền và ứng dụng chỉ thị di truyền trong chọn tạo giống cây trồng
• 1.3. Bệnh đạo ôn và nghiên cứu quản lý bệnh đạo ôn hại lúa
• 1.4. Nghiên cứu gen kháng bệnh đạo ôn và ứng dụng chỉ thị phân tử trong chọn tạo giống lúa kháng bệnh đạo ôn
• 2. CHƯƠNG 2: NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 2.1. Vật liệu nghiên cứu
• 2.2. Nội dung nghiên cứu
• 2.3. Phương pháp nghiên cứu
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN
• 3.1. Thu thập, đánh giá và định danh các nòi nấm bệnh đạo ôn gây hại ở các tỉnh phía bắc
• 3.2. Xác định các gen kháng bệnh đạo ôn hiệu quả tại các tỉnh phía bắc và chọn lọc các chỉ thị phân tử liên kết với các gen kháng bệnh đạo ôn
• 3.3. Xây dựng và chọn tạo nguồn vật liệu chọn giống
• 3.4. Đánh giá các đặc điểm nông học, năng suất và mức độ nhiễm sâu bệnh của các dòng thuần triển vọng trên đồng ruộng
• MỞ ĐẦU
• KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ
• DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng Quan Nghiên Cứu Ứng Dụng Chỉ Thị Phân Tử Tạo Giống Lúa

Lúa gạo (Oryza sativa L.) đóng vai trò then chốt trong an ninh lương thực toàn cầu, cung cấp lương thực cho hơn một phần ba dân số thế giới. Duy trì và phát triển ngành lúa gạo là vô cùng quan trọng, đặc biệt trong bối cảnh biến đổi khí hậu ngày càng gia tăng, tạo điều kiện cho sự bùng phát của các loại sâu bệnh hại lúa. Trong số đó, bệnh đạo ôn là một trong những mối đe dọa lớn nhất, gây thiệt hại nghiêm trọng đến năng suất và chất lượng lúa gạo trên toàn thế giới. Theo các nghiên cứu, hàng năm có hàng triệu hecta lúa bị nhiễm bệnh đạo ôn, ảnh hưởng trực tiếp đến nguồn cung lương thực và đời sống của người nông dân. Chính vì vậy, việc nghiên cứu và phát triển các giống lúa kháng đạo ôn là một yêu cầu cấp thiết. Luận án tiến sĩ này tập trung vào ứng dụng chỉ thị phân tử để tạo ra giống lúa BC15 kháng đạo ôn, một giải pháp tiềm năng để giải quyết vấn đề này.

1.1. Tầm Quan Trọng của Nghiên Cứu Tạo Giống Lúa Kháng Đạo Ôn

Nghiên cứu tạo giống lúa kháng đạo ôn đóng vai trò then chốt trong việc đảm bảo an ninh lương thực quốc gia và toàn cầu. Giảm thiểu thiệt hại do bệnh đạo ôn gây ra, góp phần nâng cao năng suất và chất lượng lúa gạo. Điều này không chỉ mang lại lợi ích kinh tế cho người nông dân mà còn góp phần ổn định xã hội, đặc biệt ở các khu vực phụ thuộc lớn vào sản xuất nông nghiệp. Việc ứng dụng chỉ thị phân tử giúp rút ngắn thời gian tạo giống và tăng độ chính xác trong việc chọn lọc các đặc tính mong muốn.

1.2. Giới Thiệu về Giống Lúa BC15 và Bệnh Đạo Ôn

Giống lúa BC15 là một giống lúa phổ biến ở Việt Nam, được trồng rộng rãi vì năng suất và chất lượng gạo tốt. Tuy nhiên, giống lúa này lại khá mẫn cảm với bệnh đạo ôn, gây ra những thiệt hại đáng kể cho người trồng. Bệnh đạo ôn do nấm Pyricularia oryzae gây ra, có thể tấn công cây lúa ở mọi giai đoạn sinh trưởng, từ mạ đến khi trổ bông. Các triệu chứng của bệnh bao gồm các đốm hình thoi trên lá, cổ bông bị thối và hạt lép. Việc kiểm soát bệnh đạo ôn thường dựa vào việc sử dụng thuốc trừ nấm, tuy nhiên, việc sử dụng thuốc trừ nấm có thể gây ra những tác động tiêu cực đến môi trường và sức khỏe con người.

II. Thực Trạng Thách Thức Bệnh Đạo Ôn và Giống Lúa BC15

Bệnh đạo ôn tiếp tục là một thách thức lớn đối với ngành trồng lúa ở Việt Nam. Sự biến động của các chủng nấm đạo ôn, kết hợp với điều kiện khí hậu thuận lợi cho sự phát triển của bệnh, khiến việc kiểm soát bệnh trở nên khó khăn hơn. Việc sử dụng các giống lúa kháng bệnh là một giải pháp bền vững, tuy nhiên, việc tìm kiếm và phát triển các giống lúa có khả năng kháng bệnh ổn định và lâu dài đòi hỏi những nỗ lực nghiên cứu liên tục. Hiện nay, nhiều giống lúa kháng đạo ôn đã mất khả năng kháng bệnh do sự xuất hiện của các chủng nấm đạo ôn mới. Điều này đặt ra yêu cầu phải liên tục nghiên cứu và phát triển các giống lúa kháng bệnh mới, cũng như tìm kiếm các phương pháp quản lý bệnh hiệu quả hơn.

2.1. Ảnh Hưởng của Biến Đổi Khí Hậu Đến Sự Phát Triển Bệnh Đạo Ôn

Biến đổi khí hậu tạo ra những điều kiện thuận lợi cho sự phát triển và lây lan của bệnh đạo ôn. Sự gia tăng nhiệt độ, độ ẩm và lượng mưa có thể làm tăng tốc độ sinh trưởng của nấm đạo ôn và kéo dài thời gian lây nhiễm. Ngoài ra, biến đổi khí hậu cũng có thể làm suy yếu sức đề kháng của cây lúa, khiến cây dễ bị nhiễm bệnh hơn. Vì vậy, việc phát triển các giống lúa có khả năng thích ứng với biến đổi khí hậu và kháng bệnh đạo ôn là vô cùng quan trọng.

2.2. Hạn Chế của Các Phương Pháp Kiểm Soát Bệnh Đạo Ôn Truyền Thống

Các phương pháp kiểm soát bệnh đạo ôn truyền thống, như sử dụng thuốc trừ nấm, có thể mang lại hiệu quả trong ngắn hạn, nhưng lại có những hạn chế nhất định. Việc sử dụng thuốc trừ nấm có thể gây ra những tác động tiêu cực đến môi trường, sức khỏe con người và làm phát sinh các chủng nấm đạo ôn kháng thuốc. Ngoài ra, các biện pháp canh tác như luân canh cây trồng và vệ sinh đồng ruộng cũng có thể giúp kiểm soát bệnh đạo ôn, nhưng hiệu quả thường không cao và đòi hỏi sự tuân thủ nghiêm ngặt. Cần có những giải pháp sáng tạo hơn để cải tiến giống lúa.

2.3. Sự Cần Thiết của Nghiên Cứu Ứng Dụng Chỉ Thị Phân Tử

Phương pháp chọn lọc phân tử giúp các nhà khoa học xác định và chọn lọc các gen kháng bệnh đạo ôn một cách chính xác và nhanh chóng. Điều này giúp rút ngắn thời gian tạo giống và tăng hiệu quả trong việc phát triển các giống lúa kháng bệnh. Ngoài ra, chỉ thị phân tử cũng có thể được sử dụng để theo dõi sự biến động của các chủng nấm đạo ôn, giúp các nhà khoa học đưa ra các biện pháp phòng trừ bệnh kịp thời và hiệu quả. Luận án này tập trung vào giải quyết những hạn chế này thông qua việc sử dụng chỉ thị phân tử để tạo ra giống lúa BC15 kháng đạo ôn.

III. Cách Ứng Dụng Chỉ Thị Phân Tử MAS Tạo Giống Lúa Kháng Đạo Ôn

Luận án tiến sĩ này tập trung vào ứng dụng chỉ thị phân tử để tạo ra giống lúa BC15 kháng đạo ôn. Phương pháp chọn lọc nhờ chỉ thị phân tử (MAS) được sử dụng để xác định các cá thể mang gen kháng bệnh đạo ôn trong quá trình lai tạo. Các chỉ thị phân tử liên kết chặt chẽ với các gen kháng bệnh được sử dụng để chọn lọc các cá thể mong muốn, giúp rút ngắn thời gian tạo giống và tăng độ chính xác trong việc chọn lọc các đặc tính mong muốn. Quá trình lai tạo giống lúa này đòi hỏi sự kết hợp giữa kỹ thuật sinh học phân tử và các phương pháp chọn giống truyền thống để tạo ra giống lúa BC15 kháng đạo ôn, giữ lại các đặc tính nông học tốt của giống gốc.

3.1. Quy Trình Chọn Lọc Phân Tử MAS Chi Tiết

Quy trình MAS bao gồm các bước chính: (1) Xác định các gen kháng bệnh đạo ôn tiềm năng và các chỉ thị phân tử liên kết với các gen này. (2) Lai tạo giống lúa BC15 với các giống lúa mang gen kháng bệnh đạo ôn. (3) Phân tích DNA của các cá thể lai bằng các chỉ thị phân tử để xác định các cá thể mang gen kháng bệnh. (4) Chọn lọc các cá thể mang gen kháng bệnh và tiếp tục lai tạo để cải thiện các đặc tính nông học của giống. Quá trình này lặp đi lặp lại cho đến khi đạt được giống lúa BC15 kháng đạo ôn với các đặc tính mong muốn.

3.2. Vai Trò Của Các Marker Phân Tử SSR SNP Trong MAS

Các marker phân tử như SSR (Simple Sequence Repeats) và SNP (Single Nucleotide Polymorphisms) đóng vai trò quan trọng trong MAS. Các marker này được sử dụng để xác định các vị trí trên DNA có liên kết chặt chẽ với các gen kháng bệnh đạo ôn. Bằng cách phân tích sự hiện diện của các marker này trong các cá thể lai, các nhà khoa học có thể xác định các cá thể mang gen kháng bệnh một cách chính xác. SSR và SNP là những công cụ hữu hiệu trong việc chọn lọc phân tử.

3.3. Lai Trở Lại Backcrossing và Chọn Lọc Nền Di Truyền

Lai trở lại là một kỹ thuật quan trọng trong quá trình tạo giống lúa BC15 kháng đạo ôn. Kỹ thuật này được sử dụng để cải thiện nền di truyền của giống lúa BC15, đồng thời duy trì gen kháng bệnh đạo ôn. Bằng cách lai các cá thể mang gen kháng bệnh với giống lúa BC15 trong nhiều thế hệ, các nhà khoa học có thể đảm bảo rằng giống lúa mới có các đặc tính nông học tốt của giống BC15, đồng thời có khả năng kháng bệnh đạo ôn. Kỹ thuật này giúp cải tiến giống lúa BC15.

IV. Nghiên Cứu Thực Nghiệm Kết Quả Chọn Giống BC15 Kháng Đạo Ôn

Luận án trình bày chi tiết các kết quả nghiên cứu thực nghiệm trong quá trình tạo ra giống lúa BC15 kháng đạo ôn. Các kết quả này bao gồm việc xác định các gen kháng bệnh đạo ôn hiệu quả, chọn lọc các chỉ thị phân tử liên kết, lai tạo và chọn lọc các cá thể mang gen kháng bệnh, và đánh giá khả năng kháng bệnh của giống lúa mới. Các thí nghiệm được thực hiện trong điều kiện kiểm soát và điều kiện đồng ruộng để đảm bảo tính chính xác và độ tin cậy của kết quả. Việc khảo nghiệm đồng ruộng là một bước quan trọng để đánh giá khả năng kháng bệnh và năng suất của giống lúa mới trong điều kiện thực tế.

4.1. Xác Định Các Gen Kháng Đạo Ôn Hiệu Quả và Marker Liên Kết

Nghiên cứu đã xác định được các gen kháng bệnh đạo ôn hiệu quả có thể được sử dụng để tạo ra giống lúa BC15 kháng đạo ôn. Các marker phân tử liên kết với các gen này đã được chọn lọc và sử dụng trong quá trình MAS. Việc xác định chính xác các gen kháng bệnh và các marker liên kết giúp tăng hiệu quả của quá trình tạo giống và giảm thời gian cần thiết để đạt được giống lúa mong muốn.

4.2. Đánh Giá Khả Năng Kháng Đạo Ôn Của Các Dòng Lúa Chọn Lọc

Khả năng kháng bệnh đạo ôn của các dòng lúa chọn lọc được đánh giá trong điều kiện kiểm soát và điều kiện đồng ruộng. Các dòng lúa được lây nhiễm với các chủng nấm đạo ôn khác nhau để đánh giá mức độ kháng bệnh. Các kết quả cho thấy rằng các dòng lúa mang gen kháng bệnh có khả năng kháng bệnh cao hơn so với giống lúa BC15 ban đầu. Việc đánh giá giống lúa được thực hiện một cách cẩn thận để đảm bảo tính khách quan và độ tin cậy của kết quả.

4.3. Phân Tích Di Truyền và Đánh Giá Năng Suất Của Giống Lúa Mới

Các phân tích di truyền được thực hiện để xác nhận sự hiện diện của các gen kháng bệnh trong giống lúa mới và đánh giá mức độ giống nhau di truyền giữa giống lúa mới và giống lúa BC15 ban đầu. Năng suất của giống lúa mới cũng được đánh giá trong điều kiện đồng ruộng. Các kết quả cho thấy rằng giống lúa mới có năng suất tương đương hoặc cao hơn so với giống lúa BC15 ban đầu, đồng thời có khả năng kháng bệnh đạo ôn cao.

V. Kết Luận và Hướng Phát Triển Ứng Dụng Chỉ Thị Phân Tử

Luận án đã thành công trong việc ứng dụng chỉ thị phân tử để tạo ra giống lúa BC15 kháng đạo ôn. Kết quả nghiên cứu này có ý nghĩa quan trọng trong việc cải thiện năng suất và chất lượng lúa gạo, đồng thời giảm thiểu tác động tiêu cực của bệnh đạo ôn đối với ngành trồng lúa. Các phương pháp và kỹ thuật được sử dụng trong luận án có thể được áp dụng để tạo ra các giống lúa kháng bệnh khác, cũng như cải thiện các đặc tính nông học khác của cây lúa. Việc tiếp tục nghiên cứu và phát triển các ứng dụng của chỉ thị phân tử trong nông nghiệp có tiềm năng mang lại những lợi ích to lớn cho ngành trồng trọt.

5.1. Ý Nghĩa Thực Tiễn Của Nghiên Cứu Đối Với Sản Xuất Lúa Gạo

Giống lúa BC15 kháng đạo ôn có thể giúp giảm thiểu thiệt hại do bệnh đạo ôn gây ra, tăng năng suất và chất lượng lúa gạo. Việc sử dụng giống lúa này có thể giúp giảm sự phụ thuộc vào thuốc trừ nấm, giảm chi phí sản xuất và bảo vệ môi trường. Nghiên cứu này có ý nghĩa thực tiễn to lớn đối với sản xuất lúa gạo ở Việt Nam.

5.2. Hướng Nghiên Cứu Tiếp Theo Về Ứng Dụng Chỉ Thị Phân Tử

Các hướng nghiên cứu tiếp theo có thể tập trung vào việc xác định và sử dụng các gen kháng bệnh đạo ôn mới, cải thiện độ chính xác và hiệu quả của MAS, và phát triển các giống lúa có khả năng kháng nhiều loại bệnh và sâu hại khác nhau. Ngoài ra, cần tiếp tục nghiên cứu về tác động của biến đổi khí hậu đối với bệnh đạo ôn và phát triển các giống lúa có khả năng thích ứng với biến đổi khí hậu. Việc tiếp tục cải tiến giống lúa là rất cần thiết.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1. Tình hình sản xuất lúa gạo và ảnh hưởng của bệnh đạo ôn đến sản xuất lúa của Việt Nam 1. Tình hình sản xuất lúa gạo của Việt Nam Lúa gạo vừa là nguồn lương thực quan trọng, vừa là mặt hàng xuất khẩu chiến lược của Việt Nam. Xuất khẩu gạo có vai trò quan trọng đối với phát triển kinh tế - xã hội của Việt Nam.

Những năm gần đây, ngành gạo đã có những bước phát triển vượt bậc và đạt được nhiều kết quả. Hàng năm, lượng gạo của Việt Nam xuất khẩu chiếm khoảng 15% tổng lượng gạo xuất khẩu toàn thế giới. Hạt gạo Việt đã có mặt trên 150 nước và vùng lãnh thổ. Thị trường xuất khẩu chính là châu Á, trong đó, Trung Quốc và Philippines là hai thị trường chính của xuất khẩu gạo.

Từ năm 2018 đến năm 2021 sản lượng lúa tăng mặc dù diện tích trồng lúa giảm (Hình 1. Tổng diện tích gieo trồng lúa cả năm 2021 đạt 7,24 triệu ha, tuy giảm khoảng 40 nghìn ha so với năm trước nhưng sản lượng lúa đạt 43,8 triệu tấn, tăng 1,1 triệu tấn [19]. Diện tích và sản lượng lúa qua các năm tại Việt Nam [19] Sản lượng lúa đáp ứng nhu cầu tiêu dùng trong nước, đảm bảo an ninh lương thực, phục vụ chế biến và xuất khẩu. Sản xuất lúa gạo tiếp tục xu 6 hướng tăng tỷ lệ sử dụng giống lúa chất lượng cao để nâng cao giá trị “Thương hiệu hạt gạo Việt”, xuất khẩu gạo giảm về khối lượng nhưng tăng về giá trị.

Vụ đông xuân là vụ lúa cho tỷ trọng sản lượng lớn nhất trong năm, chiếm gần 47% sản lượng lúa sản xuất cả năm. Diện tích gieo trồng lúa đông xuân 2021 cả nước đạt 3.006,8 nghìn ha, bằng 99,4% vụ đông xuân năm trước do xu hướng đô thị hóa, chuyển dịch lao động và chuyển đổi cơ cấu sản xuất cây trồng. Sản lượng đạt 20.629,5 nghìn tấn, tăng 755,1 nghìn tấn so với vụ đông xuân năm trước. Trong đó các tỉnh phía Bắc, sản lượng đạt 7.004,1 nghìn tấn, tăng 128,7 nghìn tấn [19].

Năng suất lúa đã và đang được cải thiện một cách đáng kể, năm 2017 năng suất bình quân cả nước 5,5 tấn/ha, đến năm 2022 năng suất bình quân đạt 6,0 tấn/ha, điều này có được là nhờ việc áp dụng các tiến bộ khoa học kỹ thuật nông nghiệp vào sản xuất một cách rộng rãi hơn. Sản xuất thâm canh cao giúp năng suất và sản lượng tăng tuy nhiên vẫn còn rất nhiều khó khăn để tạo được sản xuất lúa gạo bền vững trước những thách thức biến đổi khí hậu và sâu bệnh hại, đặc biệt là bệnh đạo ôn lúa thường xảy ra vào vụ đông xuân. Ảnh hưởng của bệnh đạo ôn đến sản xuất lúa của Việt Nam Một vài năm trở lại đây, trước những biến đổi bất lợi của điều kiện ngoại cảnh bệnh đạo ôn có nguy cơ bùng phát triển diện rộng và có thể phát triển thành dịch nếu không được phát hiện kịp thời. Theo số liệu thống kê của Cục Bảo vệ thực vật, trong tuần 1 tháng 5/2021, diện tích lúa Đông Xuân bị nhiễm bệnh đạo ôn lá 9.213 ha so với kỳ trước, tăng 2.048 ha so với cùng kỳ năm trước), phòng trừ 8.622 ha, phân bố chủ yếu tại các tỉnh Kiên Giang, Long An, An Giang, Hậu Giang, Đồng Tháp, Bình Thuận, Gia Lai, Lâm Đồng… Diện tích lúa nhiễm bệnh đạo ôn cổ bông 2.107 ha (tăng 7 511 ha so với kỳ trước, giảm 416 ha với cùng kỳ năm trước) mất trắng 1,6 ha tại Hải Phòng, diện tích phòng trừ trong kỳ 80.564 ha, phân bố chủ yếu tại các tỉnh Kiên Giang, Tiền Giang, Cần Thơ, Điện Biên, Bắc Ninh, Hà Nội, Quảng Bình…[5].

Năm 2021, theo báo cáo của sở Nông nghiệp và Phát triển nông thôn thành phố Hà Nội, diện tích gieo cấy vụ Đông Xuân (85,1 nghìn ha) lớn nhất của vùng Đồng bằng sông Hồng, nhóm lúa thuần năng suất cao chiếm 32% diện tích gieo cấy là các giống BC15, Thiên Ưu 8, Khang Dân…. Theo báo cáo sơ kết công tác bảo vệ thực vật của chị cục trồng trọt và bảo vệ thực vật Hà Nội, diện tích lúa bị nhiễm đạo ôn lá 641,62 ha (nhiễm nặng 5 ha), đạo ôn cổ bông nhiễm 181,286 ha (nhiễm nặng 11,2 ha), các giống lúa nhiễm nặng BC15, TBR225, J02, Nếp 9603, phân bố ở các huyện Ứng Hòa, Thạch Thất, Chương Mỹ….[3] Năm 2021, Nghệ An có diện tích gieo cấy vụ Đông Xuân (91,7 nghìn ha) lớn thứ hai của vùng Bắc Trung bộ. Theo báo cáo sơ kết công tác bảo vệ thực vật vụ Xuân 2021 của chi cục trồng trọt và bảo vệ thực vật tỉnh Nghệ An, bệnh đạo ôn lá đã phát sinh gây hại trên diện rộng. Toàn tỉnh có trên 1.777,63 ha lúa nhiễm bệnh, trong đó có 134,4 ha nhiễm nặng và 11,03 ha mất trắng.

So với năm 2020 diện tích nhiễm giảm 567,4 ha, diện tích nhiễm nặng giảm 129,6 ha và mất trắng giảm 13,57 ha. Bệnh đạo ôn cổ bông đã phát sinh gây hại cục bộ song một số diện tích có mức độ gây hại khá cao. Toàn tỉnh đã có trên 494,1 ha lúa nhiễm bệnh, trong đó có 45,9 ha nhiễm nặng. So với năm 2020 diện tích nhiễm tăng 223,9 ha, nhiễm nặng tăng 2,15 ha.

Các địa phương có diện tích nhiễm lớn gồm: Yên Thành, TP.Vinh, Hưng Nguyên, Tân Kỳ, Nghi Lộc, Đô Lương,.Các giống nhiễm nặng BC15, TBR225, AC5…[4] 8 Hàng năm, diện tích lúa bị nhiễm bệnh đạo ôn lá và đạo ôn cổ bông tăng lên nhanh chóng và mức độ tăng dần. Giống lúa BC15 bị nhiễm nhiều ở vụ Đông Xuân. Nhiều giải pháp đã được áp dụng có hiệu quả trong hạn chế sự gây hại của bệnh đạo ôn tuy nhiên việc sử dụng giống kháng bệnh đạo ôn bền vững vẫn là giải pháp hiệu quả nhất. Do vậy việc nghiên cứu ứng dụng chỉ thị phân tử trong chọn tạo giống kháng bệnh đạo ôn trên nền giống lúa BC15 là rất cần thiết.

Chỉ thị di truyền và ứng dụng chỉ thị di truyền trong chọn tạo giống cây trồng 1. Chỉ thị di truyền Chỉ thị di truyền là những đặc tính sinh học được xác định bằng dạng hình alen hoặc locut gen và có thể được truyền từ thế hệ này sang thế hệ khác, do đó chúng có thể được sử dụng như thiết bị dò hoặc gắn theo để theo dõi cá thể, mô, tế bào, nhân, nhiễm sắc thể hoặc gen [55] ,[75]. Chỉ thị ADN được phát triển thành nhiều hệ thống dựa trên phương pháp và các kỹ thuật phát hiện đa hình khác nhau như chỉ thị RFLP, AFLP, RAPD, SSR, SNP. Mục tiêu của các chương trình nghiên cứu và chọn giống là tìm kiếm mối tương quan của chỉ thị với tính trạng mong muốn, hay có thể hiểu là mức độ liên kết của chỉ thị và các gen/QTL kiểm soát tính trạng cụ thể.

Nhờ vậy, nhà chọn giống có thể chọn lọc tính trạng quan tâm nhờ vào việc chọn lọc gián tiếp sử dụng chỉ thị. Khi chỉ thị được xác định liên kết với tính trạng, chỉ thị đó cho biết sự có mặt hay vắng mặt của gen hoặc QTL quan tâm và không ảnh hưởng đến kiểu hình tính trạng. Do vậy ứng dụng chỉ thị phân tử trong chọn giống có thể hiểu đơn giản là sử dụng các kỹ thuật ở các cấp độ phân tử ADN, kết hợp với bản đồ liên kết và hệ gen nhằm mục đích thay đổi hoặc cải tiến các tính trạng mong muốn ở cây trồng. Một số phương pháp ứng dụng chỉ thị di truyền trong chọn tạo giống cây trồng 1.

Chọn giống nhờ chỉ thị phân tử (MAS) Trước khi triển khai chương trình chọn giống nhờ chỉ thị phân tử cần đáp ứng một số yêu cầu sau: (a) Bản đồ di truyền với một số lượng hợp lý các chỉ thị đa hình tại các vùng tương đồng để định vị chính xác các gen hoặc QTL quan tâm; (b) Mối liên kết chặt giữa chỉ thị và gen/QTL nghiên cứu; (c) Sự tái tổ hợp phù hợp giữa các chỉ thị và phần còn lại của bộ gen; (d) Khả năng đánh giá một số lượng lớn cá thể trong một không gian, thời gian và mức chi phí hợp lý [37]. Hai dạng chỉ thị mang lại những ứng dụng hiệu quả cho MAS gồm có: (1) loại chỉ thị được định vị ngay trên phạm vi gen/QTL quan tâm tại vị trí 0 cM, đây là trường hợp lý tưởng nhất cho MAS, nhưng rất khó tìm kiếm loại chỉ thị này; (2) nhóm chỉ thị có khuynh hướng di truyền cùng với gen/QTL quan tâm. Mối liên kết chỉ thị - gen được nhận biết khi gen và chỉ thị có khoảng cách vật lý gần nhau. Chọn lọc dựa trên loại chỉ thị này gọi là dựa trên liên kết không cân bằng (LD).

Một số khía cạnh các nhà chọn giống cần quan tâm trước khi thực hiện chương trình chọn giống là: Giảm thiểu liên kết kéo theo bằng việc sử dụng các chỉ thị cận biên (flanking marker) liên kết chặt với gen mục tiêu; giảm thiểu kích thước quần thể, có nghĩa cần ít nhất một cá thể tái tổ hợp giữa gen mục tiêu và chỉ thị cận biên trong khoảng cách < 5cM; số lượng gen chuyển, khoảng cách chỉ thị QTL và chỉ thị cận biên sử dụng; tần số các kiểu gen mong muốn; đánh giá kiểu gen và hiệu quả chọn lọc tính trạng quan tâm [45]. Như vậy, phương pháp MAS bước đầu tiên là xác định chỉ thị phân tử liên kết gen/locus gen quy định tính trạng mong muốn (lập bản đồ QTLs/gen). Bước 2 là sử dụng chỉ thị phân tử liên kết QTLs/gen sàng lọc 10 các cá thể mang gen/locus gen đích trong các quần thể phân ly trong chọn tạo giống (Hình 1. Phương pháp MAS mang lại nhiều thuận lợi như: đơn giản hơn nhiều so với phương pháp chọn giống truyền thống, đặc biệt đối với tính trạng khó, có thể tiết kiệm thời gian và kinh phí.

Chọn lọc cá thể mang gen tại giai đoạn cây con và các kiểu gen cây trồng không mong muốn có thể nhanh chóng bị loại bỏ [59], có độ chính xác cao, không ảnh hưởng bởi tác nhân môi trường, có thể phân biệt được cá thể đồng hợp tử, dị hợp tử và chọn lọc chính xác cá thể. Phương pháp chọn tạo giống bằng chỉ thị phân tử 1. Chọn giống nhờ chỉ thị phân tử kết hợp lai trở lại (MABC) Với sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ sinh học, các nhà khoa học đã ứng dụng nhiều phương pháp mới để hỗ trợ cho chọn tạo giống truyền thống (đột biến phân tử, chỉ thị phân tử, công nghệ chuyển gen.