Tổng quan luận án
Đề tài luận án tiến sĩ nông nghiệp của tác giả Phạm Thị Kim Vàng có tên: "Khai thác vật liệu khởi đầu cho công tác nghiên cứu chọn tạo giống lúa kháng rầy nâu", thuộc chuyên ngành Công nghệ sinh học (Mã số: 9420201), được thực hiện dưới sự hướng dẫn khoa học của GS. Nguyễn Thị Lang và TS. Lương Minh Châu tại Viện lúa Đồng bằng sông Cửu Long và Viện Khoa học Nông nghiệp Việt Nam (bảo vệ năm 2019).
Tính cấp thiết và khoảng trống nghiên cứu
Rầy nâu (Nilaparvata lugens Stal) là một trong những dịch hại nguy hiểm nhất làm suy giảm sản lượng lúa tại các nước nhiệt đới. Tại Việt Nam, thiệt hại do rầy nâu gây ra hàng năm ước tính làm giảm khoảng 20% tổng sản lượng trồng trọt (Hà Huy Niên và Nguyễn Thị Cát, 2004). Kể từ khi lúa cao sản được gieo trồng rộng rãi, ba đợt dịch lớn đã bộc phát vào các giai đoạn 1977–1979, 1991–1993 và 2006–2008, phản ánh chu kỳ bộc phát 12–13 năm và chu kỳ đỉnh cao 14 năm (Lê Hữu Hải, 2016). Ngoài việc chích hút gây cháy rầy trực tiếp, rầy nâu còn là môi giới truyền các bệnh virus nguy hiểm như vàng lùn, lùn xoắn lá và lúa cỏ.
Biện pháp canh tác dùng thuốc hóa học bộc lộ nhiều hạn chế do kích thích tính kháng thuốc và làm bùng phát dịch hại. Sử dụng giống lúa kháng rầy được xác định là giải pháp kinh tế và an toàn sinh thái hàng đầu. Tuy nhiên, các giống lúa mang đơn gen kháng (như Bph1, bph2) sau một thời gian canh tác đều bị bẻ gãy tính kháng do sự thay đổi độc tính và hình thành các kiểu sinh học (biotype) mới của quần thể rầy nâu bản địa. Do đó, khoảng trống nghiên cứu trọng tâm là cần phải đánh giá lại hiệu lực của các nguồn gen kháng hiện có, khai thác nguồn vật liệu khởi đầu phong phú từ tập đoàn lúa địa phương và cao sản, đồng thời ứng dụng công nghệ sinh học để quy tụ đa gen kháng vào các giống lúa thuần ưu việt phục vụ sản xuất tại vùng Đồng bằng sông Cửu Long (ĐBSCL).
Mục tiêu nghiên cứu
Luận án xác định 2 mục tiêu cụ thể:
- Đánh giá tính kháng rầy nâu của tập đoàn dòng/giống thu thập được và phân nhóm di truyền.
- Sử dụng công nghệ chọn giống nhờ chỉ thị phân tử để tạo 2–3 dòng lúa thuần ưu việt kháng ổn định với quần thể rầy nâu cho Đồng bằng sông Cửu Long.
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
- Đối tượng nghiên cứu:
- Tập đoàn lúa cao sản: 115 dòng/giống.
- Tập đoàn lúa mùa địa phương: 119 mẫu giống (accession - Acc.).
- Bộ giống chỉ thị phân biệt gen kháng rầy nâu: 15 giống chuẩn mang các gen kháng đã biết (Bph1 đến Bph9, Bph20, Bph21...).
- Bộ giống lúa sản xuất phổ biến tại ĐBSCL: 14 giống.
- Quần thể rầy nâu: 4 quần thể thu thập tại các tỉnh Cần Thơ, Đồng Tháp, Tiền Giang và Hậu Giang.
- Các cặp mồi chỉ thị phân tử vi vệ tinh (SSR) liên kết với các gen kháng rầy nâu mục tiêu.
- Phạm vi nghiên cứu:
- Không gian: Thu thập mẫu lúa mùa tại 10 tỉnh ĐBSCL; thu thập nguồn rầy nâu tại 4 tỉnh trọng điểm (Cần Thơ, Đồng Tháp, Tiền Giang, Hậu Giang). Thí nghiệm sàng lọc kiểu hình và nuôi rầy thực hiện tại nhà lưới Bộ môn Bảo vệ Thực vật; thí nghiệm phân tích phân tử thực hiện tại Bộ môn Di truyền – Chọn giống (Viện lúa ĐBSCL) và Công ty Công nghệ Sinh học PCR; khảo nghiệm ngoài đồng tại ruộng thí nghiệm Viện lúa ĐBSCL.
- Thời gian: Các nội dung nghiên cứu được triển khai từ tháng 06/2014 đến tháng 02/2018.
Tổng quan tài liệu và vị trí của luận án
Các hướng nghiên cứu trước được điểm luận
Tác giả đã hệ thống hóa các công trình nghiên cứu trong và ngoài nước về nhiều khía cạnh sinh học, di truyền và chọn giống:
- Đặc điểm sinh thái và yếu tố bùng phát rầy nâu: Các công trình của Bae và Pathak (1970), Ho và Liu (1969), Kulshresthan (1974), Fukuda (1934), Võ Tòng Xuân và ctv., Kisimoto (1965), Dyck và Thomas (1979), Das và ctv., Chau và ctv. (2003), Mamunur và ctv. chứng minh tác động của nhiệt độ (ngưỡng thích hợp 25–30°C, bất lợi khi >34°C), ẩm độ (70–86%), chế độ bón phân đạm cao làm tăng tính mẫn cảm, cũng như vai trò kiểm soát của gần 100 loài thiên địch (Visarto, 2005; Gallagher và ctv.).
- Cơ chế tính kháng của cây lúa: Dựa trên phân loại của Painter (1951), bao gồm:
- Kháng hóa sinh (Antibiosis): Sản sinh các hợp chất độc/ức chế thuộc nhóm alkaloid, flavonoid, phenoloid, terpenoid (Smisman và ctv., 1957; Horber, 1964; Sigsgaard và Villareal, 1999). Hợp chất tricin liên quan đến gen bph2 (Bring và ctv.).
- Không ưa thích (Antixenosis): Đặc điểm hình thái như lớp sáp bề mặt chứa mạch hydrocarbon ngắn/dài, lông mao, độ cứng của bẹ lá và hàm lượng silic cao (Cook và ctv., 1987; Zhang và ctv., 2004; Saxena, 1986).
- Chống chịu (Tolerance): Duy trì năng suất khi bị gây hại; kích hoạt các con đường truyền tín hiệu acid salicylic (SA) và acid jasmonic (JA), biểu hiện các gen PR-1a, chitinase, PAL (Way và Heong, 1994; Xu và ctv., 2002; Zhang và ctv., 2004).
- Di truyền và bản đồ gen kháng rầy nâu: Đến thời điểm nghiên cứu đã có 38 gen kháng rầy nâu được phát hiện (Balachiranjeevi và ctv., 2019). Các công trình kinh điển của Athwal và ctv. (1971), Khush (1977a, 1977b), Lakshminarayana và Khush (1977), Sidhu và Khush (1978), Ikeda và Kaneda (1981), Kabir và Khush (1988), Nemoto và ctv. (1989), Murata và ctv. (2001) đã phân lập các gen từ Bph1 đến Bph9. Các nghiên cứu dòng hóa và định vị tinh (fine mapping) của Jena và ctv. (2006, 2010), Sun và ctv. (2005), Jairin và ctv. (2007a,b), Ren và ctv. (2016), Liu và ctv. (2015) đã xác định các cụm gen tập trung trên nhiễm sắc thể 3, 4, 6 và 12.
- Tình hình biến động độc tính rầy nâu tại Việt Nam: Nghiên cứu của Nguyễn Công Thuật và Hồ Văn Chiến (1996), Lương Minh Châu và Nguyễn Văn Luật (1998), Lương Minh Châu (2004, 2006), Nguyễn Thị Lang và ctv. (1999, 2003, 2005, 2006), Bùi Chí Bửu và Nguyễn Thị Lang (2005, 2007), Lê Xuân Thái và ctv. (2012), Lưu Thị Ngọc Huyền và ctv. (2003, 2009, 2010) cho thấy rầy nâu tại ĐBSCL đã biến đổi độc tính phức tạp, vượt qua cả biotype 2 và 3, khiến các giống mang gen Bph1, bph2 mất khả năng bảo vệ.
| Gen kháng |
Nguồn gen gốc |
Vị trí NST |
Biotype kháng (theo công bố quốc tế) |
| Bph1 |
Mudgo |
NST 12 |
Biotype 1, 3 |
| bph2 |
ASD7 |
NST 12 |
Biotype 1, 2 |
| Bph3 |
Rathu Heenati |
NST 6 |
Biotype 1, 2, 3, 4 |
| bph4 |
Babawee |
NST 6 |
Biotype 1, 2, 3, 4 |
| bph5 |
ARC10550 |
NST 3 |
Biotype 4 |
| Bph6 |
Swarnalata |
NST 11 |
Biotype 4 |
| bph7 |
T12 |
NST 12 |
Biotype 4 |
| bph8 |
Chin Saba |
NST 8 |
Biotype 1, 2, 3 |
| Bph9 |
Balamawee, Pokkali |
NST 12 |
Biotype 1, 2, 3 |
| Bph17 |
Rathu Heenati |
NST 4 |
Kháng phổ rộng |
| Bph20, Bph21 |
Oryza minuta |
NST 4, NST 12 |
Kháng phổ rộng |
| Bph32 |
Ptb33 |
NST 6 |
Kháng phổ rộng |
Khoảng trống luận án lựa chọn giải quyết
Phần lớn các giống lúa thâm canh tại ĐBSCL có nền di truyền hẹp và dựa trên các đơn gen kháng đã bị vô hiệu hóa. Để đối phó với sự biến đổi độc tính của các quần thể rầy địa phương, luận án lựa chọn giải quyết việc khảo sát toàn diện độc tính của 4 quần thể rầy nâu vùng ĐBSCL trên tập đoàn giống lúa phong phú, tìm kiếm các nguồn gen cho hữu hiệu (từ cả lúa mùa và giống cải tiến), sau đó áp dụng quy trình lai hồi giao cải tiến kết hợp chọn giống nhờ chỉ thị phân tử (Marker-Assisted Selection - MAS) để quy tụ nhiều gen kháng vào một nền giống lúa có đặc tính nông học tốt.
Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu
Cơ sở lý thuyết và khung phân tích
- Lý thuyết di truyền tính kháng: Dựa trên mô hình tương tác ký chủ – ký sinh, cơ chế kiểm soát đơn gen/đa gen, và các con đường tự vệ phân tử của cây lúa khi bị rầy chích hút (hệ thống thụ thể kinase LecRK, cấu trúc CC-NBS-LRR, lộ trình acid salicylic).
- Chiến lược tích lũy gen (Gene Pyramiding): Sử dụng phương pháp lai hồi giao (Backcrossing - BC) kết hợp chọn lọc kiểu gen bằng chỉ thị phân tử nhằm đưa 2 hay nhiều gen kháng độc lập vào cùng một kiểu gen ưu tú, tạo tính kháng bền vững và ngăn ngừa rầy nâu thích ứng.
Phương pháp nghiên cứu thực tế
- Đánh giá kiểu hình tính kháng rầy nâu:
- Áp dụng phương pháp đánh giá trong hộp mạ tiêu chuẩn (Standard Evaluation System for Rice - SES của IRRI).
- Gieo mạ trong khay bùn kích thước chuẩn, lây nhiễm rầy non tuổi 2–3 với mật độ quy định (khoảng 20–25 con/cây) khi mạ đạt 7–10 ngày tuổi.
- Phân cấp hại theo thang 1, 3, 5, 7, 9 và tính chỉ số gây hại (%):
- Cấp 1: Cây hoàn toàn bình thường, không có triệu chứng hại (Kháng rất cao).
- Cấp 3: Cây hơi bị vàng lá dưới cùng (Kháng - K).
- Cấp 5: Cây bị vàng lá từ 1/3 đến 1/2 chiều cao cây (Kháng vừa - KV).
- Cấp 7: Cây bị vàng úa nặng, héo rũ (Nhiễm vừa - NV / Nhiễm - N).
- Cấp 9: Cây bị héo khô và chết hoàn toàn (Rất nhiễm - RN).
- Kỹ thuật sinh học phân tử:
- Tách chiết ADN tổng số từ lá lúa bánh tẻ bằng phương pháp CTAB/SDS cải tiến.
- Thực hiện phản ứng chuỗi trùng hợp (PCR) với các cặp mồi SSR đặc hiệu liên kết với các locus gen kháng rầy nâu (như RM1103, RM204, RM217, RM545, RM401...).
- Thành phần phản ứng PCR gồm: Master mix/dNTPs, đệm PCR, Taq DNA polymerase, mồi xuôi (Forward), mồi ngược (Reverse) và ADN khuôn.
- Điện di sản phẩm PCR trên gel agarose 3% trong đệm TAE 1X, nhuộm ethidium bromide và đọc kết quả dưới ánh sáng tử ngoại (UV) để xác định kiểu gen đồng hợp, dị hợp của các alen kháng/nhiễm.
- Phương pháp lai tạo và chọn lọc dòng:
- Bố mẹ nhận (Recurrent Parent - RP): Giống lúa cao sản OM6162.
- Bố mẹ cho gen kháng (Donor Parent - DP): Các dòng/giống mang gen kháng tốt (OM6683, OM7364).
- Tiến hành khử đực thủ công, thụ phấn tạo hạt lai $F_1$, sau đó lai hồi giao liên tiếp tạo các thế hệ $BC_1$, $BC_2$, $BC_3$ và tự thụ tạo $BC_2F_2$, $BC_2F_3$.
- Ứng dụng MAS ở các thế hệ phân ly để sàng lọc cá thể mang đồng thời các đoạn gen mong muốn.
- Khảo nghiệm và đánh giá ngoài đồng:
- Bố trí thí nghiệm chọn dòng và so sánh dòng triển vọng tại ruộng thực nghiệm.
- Đánh giá các chỉ tiêu nông sinh học: Thời gian sinh trưởng (ngày), chiều cao cây (cm), số bông/bụi, chiều dài bông, tỷ lệ lép (%), khối lượng 1000 hạt ($P_{1000}$ tính bằng gam), năng suất thực thu (tấn/ha), cùng khả năng chống chịu sâu bệnh hại chính (đạo ôn, cháy bìa lá, rầy nâu đồng ruộng).
- Phân tích số liệu di truyền:
- Tính toán các tham số di truyền: Hệ số biến động kiểu gen (GCV), hệ số biến động kiểu hình (PCV), độ tự truyền rộng ($h^2_b$), độ tiến bộ di truyền (GA, GAM).
- Xây dựng giản đồ phân nhóm di truyền (dendrogram) dựa trên ma trận khoảng cách di truyền theo phương pháp UPGMA.
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 các kết quả nghiên cứu trong nước và quốc tế:
- Tình hình phát sinh dịch hại: Thống kê diện tích nhiễm rầy nâu và bệnh vàng lùn – lùn xoắn lá tại Việt Nam giai đoạn 2006–2017, khẳng định mối liên hệ chặt chẽ giữa mật độ rầy và sự bùng phát dịch bệnh siêu vi trùng.
- Hệ thống hóa nguồn gen kháng: Trình bày chi tiết 38 gen kháng rầy nâu đã được công bố trên thế giới, chỉ ra các vùng “điểm nóng” gen kháng trên nhiễm sắc thể 4S và 12L (nơi chiếm 53% tổng số gen kháng đã biết). Phân tích chi tiết nguồn gốc của các giống mang gen kháng chủ lực do Viện Nghiên cứu Lúa Quốc tế (IRRI) phát triển (từ IR26 đến IR74).
- Phân tích cơ chế kháng cấp độ phân tử: Tổng hợp cấu trúc protein của các gen đã được dòng hóa như Bph3 (nhóm lectin receptor kinase), Bph14, Bph18, Bph26 (protein CC-NBS-LRR), Bph29 (protein gắn domain B3).
- Biến động độc tính biotype: Phân tích sự chuyển dịch quần thể rầy từ biotype 1 sang biotype 2 và dạng hỗn hợp biotype 2–3 tại ĐBSCL, dẫn đến việc các gen Bph1, bph2, bph5, bph7, bph8 không còn duy trì được khả năng kháng. Xác định các nguồn gen còn hiệu lực cao tại ĐBSCL gồm Bph3, Bph17, Bph20, Bph21, Bph32 và các gen chuyển từ lúa hoang (bph11, Bph12, Bph13, Bph14, Bph15).
CHƯƠNG 2: VẬT LIỆU, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Chương 2 mô tả chi tiết toàn bộ quy trình thực nghiệm và phương pháp thu thập dữ liệu:
- Chuẩn bị vật liệu: Xác lập nguồn gốc của 115 giống lúa cao sản, 119 mẫu giống lúa mùa, 15 giống chuẩn chỉ thị rầy, 14 giống lúa trồng phổ biến; phương pháp thu thập và nhân nuôi 4 quần thể rầy nâu thuần tại Cần Thơ, Đồng Tháp, Tiền Giang, Hậu Giang trên giống nhiễm chuẩn TN1 trong lồng lưới.
- Quy trình lai hồi giao và chọn lọc phân tử: Thiết lập sơ đồ lai tạo quần thể hồi giao giữa giống nền OM6162 với hai nguồn cho OM6683 và OM7364; quy trình chi tiết phản ứng PCR khuếch đại các chỉ thị vi vệ tinh (SSR) liên kết gen kháng rầy; phương pháp giải mã vạch điện di gel agarose 3%.
- Quy trình đánh giá kiểu hình và đồng ruộng: Mô tả kỹ thuật lây nhiễm nhân tạo trong nhà lưới, phân cấp hại theo thang SES của IRRI; phương pháp bố trí thí nghiệm khảo nghiệm ngoài đồng đánh giá các tính trạng nông học và năng suất qua các vụ Đông Xuân và Hè Thu.
[OM6162 (RP)] × [OM6683 / OM7364 (DP)]
[Hạt F1]
[Dòng thuần triển vọng]
CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN
Chương 3 trình bày các kết quả thực nghiệm đạt được của luận án:
- Đánh giá độc tính của 4 quần thể rầy nâu:
- Khảo sát trên bộ giống chuẩn chỉ thị và bộ giống phổ biến xác nhận quần thể rầy tại Tiền Giang và Hậu Giang có độc tính cao nhất, tiếp theo là Đồng Tháp và Cần Thơ.
- Đa số các giống lúa sản xuất phổ biến tại ĐBSCL (như OM5451, Jasmine 85, IR50404...) đều biểu hiện phản ứng nhiễm vừa đến rất nhiễm đối với cả 4 quần thể rầy nâu thử nghiệm.
- Trong bộ giống chuẩn, các giống mang đa gen kháng hoặc mang gen Bph3, Bph17, Bph20, Bph21 (như Rathu Heenati, Ptb33) duy trì được phản ứng kháng tốt (cấp 1–3).
| Quần thể rầy nâu |
Mức độ độc tính ghi nhận |
Phản ứng trên giống mang Bph1, bph2 |
Phản ứng trên giống mang đa gen / Bph3 |
| Cần Thơ |
Trung bình – Cao |
Nhiễm (Cấp 7–9) |
Kháng – Kháng vừa (Cấp 1–5) |
| Đồng Tháp |
Cao |
Nhiễm (Cấp 7–9) |
Kháng – Kháng vừa (Cấp 1–5) |
| Tiền Giang |
Rất cao |
Rất nhiễm (Cấp 9) |
Kháng vừa (Cấp 3–5) |
| Hậu Giang |
Rất cao |
Rất nhiễm (Cấp 9) |
Kháng vừa (Cấp 3–5) |
- Đánh giá tập đoàn lúa cao sản và lúa mùa:
- Bộ giống cao sản (115 giống): Xác định được một số dòng/giống mang kiểu hình kháng với 1–4 quần thể rầy nâu; phân nhóm di truyền UPGMA đã tách các giống thành các nhóm phản ứng khác biệt dựa trên chỉ số hại.
- Bộ giống lúa mùa (119 Acc.): Phát hiện một số mẫu giống lúa mùa địa phương có khả năng kháng ổn định với cả 4 quần thể rầy nâu, cung cấp thêm nguồn vật liệu khởi đầu có giá trị cho lai tạo.
- Đánh giá kiểu gen bằng chỉ thị SSR:
- Phân tích đa hình trên 5 chỉ thị SSR chủ lực (RM1103, RM204, RM217, RM545, RM401) liên kết với các gen kháng.
- So sánh tương quan giữa kiểu gen mang alen chỉ thị và kiểu hình kháng thực tế cho thấy sự phù hợp cao, khẳng định độ tin cậy của các marker trong sàng lọc chọn giống.
- Kết quả phát triển quần thể lai và ứng dụng MAS:
- Đánh giá các thông số di truyền ở thế hệ $F_1$ và $F_2$ cho thấy tính trạng kháng rầy nâu có độ tự truyền rộng ($h^2_b$) ở mức trung bình đến cao, hiệu quả chọn lọc di truyền (GAM) đạt mức có ý nghĩa.
- Tiến hành lai hồi giao trên 2 tổ hợp: OM6162/OM6683//OM6162 và OM6162/OM7364//OM6162 qua các thế hệ $BC_1$, $BC_2$, $BC_3$.
- Ứng dụng chỉ thị SSR trên quần thể $BC_2F_2$ đã sàng lọc chính xác các cá thể mang tổ hợp đa gen kháng (quy tụ gen từ OM6683 và OM7364 vào nền OM6162).
- Khảo nghiệm và chọn dòng triển vọng ngoài đồng:
- Từ các quần thể phân ly, tác giả đã chọn lọc được 14 dòng lúa triển vọng mang gen kháng rầy nâu.
- Đánh giá trong vụ Hè Thu 2017 và Đông Xuân 2017–2018 cho thấy các dòng triển vọng giữ được tính kháng rầy ổn định (cấp hại 1–3 trong nhà lưới và ngoài đồng), đồng thời có khả năng chống chịu khá với bệnh đạo ôn và cháy bìa lá.
- Các dòng triển vọng thể hiện đặc tính nông học tốt: Thời gian sinh trưởng 95–105 ngày (phù hợp cơ cấu luân canh lúa ĐBSCL), chiều cao cây cứng cáp, các yếu tố cấu thành năng suất (số bông/bụi, tỷ lệ hạt chắc, $P_{1000}$) tương đương hoặc vượt trội so với giống đối chứng OM6162, cho năng suất đạt từ 6,0 đến trên 8,5 tấn/ha trong vụ Đông Xuân.
Kết quả và những đóng góp mới
Những đóng góp mới về mặt khoa học
- Cung cấp dẫn liệu khoa học cập nhật và toàn diện về mức độ đa dạng di truyền và biến động độc tính của 4 quần thể rầy nâu đại diện tại các vùng sinh thái lúa trọng điểm của ĐBSCL (Cần Thơ, Đồng Tháp, Tiền Giang, Hậu Giang).
- Xác định được tình trạng hiệu lực thực tế của các gen kháng rầy chuẩn trên đồng ruộng ĐBSCL, chứng minh các đơn gen kinh điển (Bph1, bph2, bph5, bph7, bph8) đã mất tính kháng, trong khi các gen như Bph3, Bph17, Bph20, Bph21, Bph32 vẫn duy trì hiệu lực bảo vệ cao.
- Nhận diện và đánh giá đặc tính phân tử của các nguồn gen kháng mới từ tập đoàn lúa mùa bản địa và lúa cao sản, bổ sung nguồn vật liệu khởi đầu có giá trị cho công tác lai tạo giống lúa kháng sâu bệnh.
- Hoàn thiện phương pháp luận và quy trình ứng dụng công nghệ sinh học (chỉ thị phân tử SSR kết hợp lai hồi giao cải tiến - MABC) để quy tụ nhiều gen kháng rầy nâu vào một giống lúa thuần, giải quyết triệt để khó khăn trong việc nhận diện gen lặn ở trạng thái dị hợp mà phương pháp chọn giống truyền thống không thực hiện được.
Những đóng góp mới về mặt thực tiễn
- Tạo ra nguồn vật liệu khởi đầu phong phú đã được định danh và mô tả kiểu gen/kiểu hình về tính kháng rầy nâu, phục vụ trực tiếp cho các chương trình chọn tạo giống lúa của các viện, trường tại Việt Nam.
- Chọn tạo thành công 14 dòng lúa thuần triển vọng vừa mang đa gen kháng rầy nâu ổn định, vừa sở hữu các đặc tính nông sinh học ưu việt: Thời gian sinh trưởng ngắn, khả năng chống chịu sâu bệnh đồng ruộng tốt, tiềm năng năng suất cao (đạt 6–8 tấn/ha), đáp ứng yêu cầu thâm canh tại ĐBSCL.
Kiến nghị và đề xuất
- Đưa các dòng lúa triển vọng ưu tú nhất tham gia mạng lưới khảo nghiệm quốc gia (khảo nghiệm VCU và DUS) để sớm công nhận giống lưu hành phục vụ sản xuất.
- Tiếp tục theo dõi, giám sát định kỳ sự biến động độc tính của các quần thể rầy nâu tại ĐBSCL để kịp thời điều chỉnh cơ cấu gen kháng trong lai tạo.
- Khai thác mở rộng các chỉ thị phân tử mới (như SNP, InDel) và áp dụng phương pháp quy tụ gen kháng rầy nâu kết hợp với các gen chống chịu bất lợi phi sinh học (chịu mặn, hạn, phèn) nhằm thích ứng biến đổi khí hậu tại ĐBSCL.
Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp
- Hạn chế:
- Phạm vi thu thập mẫu rầy nâu tập trung ở 4 tỉnh trọng điểm của vùng ĐBSCL; chưa bao phủ toàn bộ các tiểu vùng sinh thái khác trên cả nước.
- Khảo nghiệm đồng ruộng các dòng triển vọng mới được thực hiện trong phạm vi ruộng thí nghiệm của Viện lúa ĐBSCL qua 2 vụ chính (Hè Thu 2017 và Đông Xuân 2017–2018), cần thêm dữ liệu khảo nghiệm đa điểm trên nhiều loại hình đất đai khác nhau.
- Hướng nghiên cứu tiếp:
- Mở rộng đánh giá tính ổn định của các dòng quy tụ gen kháng tại các vùng sinh thái có áp lực rầy nâu cao và phức tạp.
- Ứng dụng kỹ thuật giải trình tự và lập bản đồ phân tử tinh (fine mapping) để phát hiện thêm các locus gen kháng mới từ tập đoàn lúa mùa địa phương đã sàng lọc được trong đề tài.
Giá trị tham khảo
- Đối với nghiên cứu sinh và học viên cao học: Luận án là tài liệu tham khảo chuẩn mực về phương pháp kết hợp giữa kỹ thuật di truyền cổ điển (khử đực, lai hồi giao, đánh giá kiểu hình hộp mạ SES) và công nghệ sinh học hiện đại (chỉ thị phân tử SSR, tối ưu hóa PCR, điện di, phân tích thông số di truyền quần thể phân ly).
- Đối với giảng viên và nhà nghiên cứu chọn giống cây trồng: Cung cấp hệ thống dữ liệu chi tiết về vị trí các gen kháng rầy nâu trên bản đồ di truyền, bảng mồi SSR tương ứng, danh mục các giống chỉ thị quốc tế và nguồn gen kháng trong các tổ hợp lai.
- Đối với cán bộ quản lý nông nghiệp và bảo vệ thực vật: Các số liệu về mức độ độc tính của 4 quần thể rầy nâu và phản ứng của các giống lúa phổ biến cung cấp cơ sở khoa học để khuyến cáo cơ cấu giống, hạn chế gieo trồng các giống nhiễm trên diện rộng nhằm ngăn ngừa dịch bộc phát.
Câu hỏi thường gặp
1. Luận án đã sử dụng những cặp lai nào để thực hiện quy tụ gen kháng rầy nâu?
Luận án sử dụng giống lúa thuần cao sản OM6162 làm bố mẹ nhận (Recurrent Parent - RP) lai với hai nguồn bố mẹ cho gen kháng (Donor Parent - DP) là OM6683 và OM7364, tạo nên 2 tổ hợp lai hồi giao chính:
- Tổ hợp 1: OM6162/OM6683//OM6162 (hồi giao qua các thế hệ $BC_1$, $BC_2$, $BC_3$).
- Tổ hợp 2: OM6162/OM7364//OM6162 (hồi giao qua các thế hệ $BC_1$, $BC_2$, $BC_3$).
2. Các chỉ thị phân tử SSR nào được sử dụng chủ lực để sàng lọc gen kháng trong luận án?
Tác giả đã sử dụng hệ thống các chỉ thị vi vệ tinh (SSR) liên kết chặt với các locus gen kháng rầy nâu trên nhiễm sắc thể, trong đó 5 chỉ thị phân tử được phân tích chi tiết là: RM1103, RM204, RM217, RM545 và RM401. Các marker này được khuếch đại qua phản ứng PCR và kiểm tra bằng điện di trên gel agarose 3% để nhận diện các alen kháng/nhiễm ở trạng thái đồng hợp và dị hợp.
3. Tình trạng độc tính của 4 quần thể rầy nâu thu thập tại ĐBSCL được ghi nhận như thế nào?
Cả 4 quần thể rầy nâu thu thập tại Cần Thơ, Đồng Tháp, Tiền Giang và Hậu Giang đều có độc tính cao, làm nhiễm hầu hết các giống lúa sản xuất đại trà và các giống mang đơn gen kháng cũ (Bph1, bph2). Trong đó, độc tính của rầy nâu tại Tiền Giang và Hậu Giang là mạnh nhất, kế đến là Đồng Tháp và Cần Thơ.
4. Luận án đã chọn lọc được bao nhiêu dòng lúa triển vọng và các dòng này có ưu điểm gì?
Tác giả đã chọn lọc được 14 dòng lúa triển vọng từ các quần thể hồi giao mang đa gen kháng. Các dòng này biểu hiện tính kháng ổn định với rầy nâu (cấp 1–3 theo thang SES), chống chịu tốt với bệnh đạo ôn và cháy bìa lá ngoài đồng, có thời gian sinh trưởng ngắn (95–105 ngày), chiều cao cây vững chắc và đạt năng suất cao từ 6,0 đến trên 8,5 tấn/ha trong vụ Đông Xuân.
Kết luận
Luận án tiến sĩ của tác giả Phạm Thị Kim Vàng đã giải quyết thành công bài toán khai thác và đánh giá nguồn vật liệu khởi đầu kháng rầy nâu phục vụ công tác chọn tạo giống lúa tại vùng Đồng bằng sông Cửu Long. Bằng việc kết hợp phương pháp đánh giá kiểu hình hộp mạ tiêu chuẩn với công nghệ chọn giống nhờ chỉ thị phân tử (MAS) qua quy trình lai hồi giao cải tiến, công trình đã xác lập được bức tranh biến động độc tính của 4 quần thể rầy nâu địa phương và hiệu lực của các gen kháng chuẩn. Đồng thời, nghiên cứu đã tạo ra 14 dòng lúa thuần triển vọng quy tụ đa gen kháng, có năng suất cao và phẩm chất nông học ưu tú, đóng góp thiết thực cho nền sản xuất lúa gạo bền vững.
