Tổng quan luận án

Cây lúa (Oryza sativa L.) là cây lương thực thiết yếu nuôi sống hơn một nửa dân số thế giới. Giá trị kinh tế của cây lúa không chỉ dừng lại ở việc bảo đảm an ninh lương thực mà còn là mặt hàng xuất khẩu chủ lực. Một trong những định hướng gia tăng giá trị kinh tế cho hạt gạo là đưa vào sản xuất các giống lúa có phẩm chất thương phẩm cao (Trần Duy Quý, 2002). Trong các chỉ tiêu phẩm chất, độ bạc bụng là yếu tố ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng xay chà và giá trị xuất khẩu. Bạc bụng hình thành do sự gián đoạn trong quá trình làm đầy hạt, tạo nên các khoảng trống giữa các hạt tinh bột trong phôi nhũ, khiến hạt gạo dễ bị gãy vỡ khi xay xát và làm tăng tỷ lệ tấm (IRRI, 2006; Nguyễn Thị Lang và Bùi Chí Bửu, 2011).

Tại Đồng bằng sông Cửu Long (ĐBSCL), sản xuất lúa gạo đang đối mặt với nhiều thách thức từ biến đổi khí hậu, nước biển dâng, xâm nhập mặn và sự gia tăng nhiệt độ. Hiện tượng ấm lên toàn cầu làm gia tăng tỷ lệ bạc bụng trên hạt gạo, kết hợp với hàm lượng amylose cao và độ bền gel cứng ở một số giống đang canh tác, làm giảm sức cạnh tranh của gạo Việt Nam trên thị trường quốc tế (Nguyễn Thị Lang và Bùi Chí Bửu, 2011). Về mặt di truyền, tính trạng bạc bụng là tính trạng số lượng phức tạp (QTL), do nhiều gen kiểm soát và chịu tác động lớn từ các yếu tố môi trường. Phương pháp chọn giống truyền thống gặp khó khăn do tốn nhiều thời gian (thường mất từ 6 đến 7 năm) và khó đánh giá chính xác kiểu hình ở các thế hệ phân ly sớm. Do đó, việc ứng dụng chỉ thị phân tử kết hợp lai hồi giao (Marker-Assisted Backcrossing - MABC) là giải pháp kỹ thuật cần thiết để rút ngắn thời gian và nâng cao hiệu quả chọn lọc.

Mục tiêu nghiên cứu

  1. Tạo chọn các dòng lúa mới cho năng suất cao và tỉ lệ bạc bụng thấp nhằm cải thiện tính trạng hạt gạo bạc bụng trên một số giống lúa cao sản.
  2. Ứng dụng các chỉ thị phân tử microsatellite liên kết với gen kiểm soát tính trạng hạt gạo bạc bụng trên nhiễm sắc thể số 7 phục vụ công tác chọn lọc.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

  • Đối tượng nghiên cứu: 105 giống lúa cao sản thu thập từ ngân hàng gen của Viện Lúa Đồng bằng sông Cửu Long; các giống đối chứng gồm KDML105 và IR50404; các nguồn vật liệu bố mẹ và quần thể lai hồi giao từ tổ hợp OM3673/RVT//OM3673 và OM3673/TLR434//OM3673.
  • Phạm vi không gian: Thí nghiệm lai tạo và gieo trồng được bố trí tại Nhà lưới và Ruộng thí nghiệm của Viện Lúa ĐBSCL; các thí nghiệm khảo nghiệm đánh giá tương tác kiểu gen và môi trường (G×E) được thực hiện tại 6 điểm đại diện cho 6 tỉnh vùng ĐBSCL (Cần Thơ, Hậu Giang, Long An, An Giang, Bạc Liêu, Trà Vinh); các phân tích kiểu hình và kiểu gen được thực hiện tại Phòng phân tích phẩm chất, Phòng Sinh học phân tử (Bộ môn Di truyền chọn giống - Viện Lúa ĐBSCL) và Phòng Công nghệ gen (Viện Nghiên cứu Nông nghiệp Công nghệ cao ĐBSCL - HATRI).
  • Phạm vi thời gian: Nghiên cứu được tiến hành từ tháng 01/2013 đến tháng 12/2017.

Tổng quan tài liệu và vị trí của luận án

Các hướng nghiên cứu trước đây

  1. Cấu trúc phôi nhũ và đặc tính hóa lý của hạt bạc bụng:

    • Nghiên cứu dưới kính hiển vi điện tử quét (SEM) của Mitsui và ctv. (2013), Evers và Juliano (1976), Tashiro và Wardlaw (1991a), Kimet và ctv. (2000), Lisle và ctv. (2000), Zakaria và ctv. (2002) chỉ ra rằng hạt gạo bạc bụng có cấu trúc hạt tinh bột hình tròn, sắp xếp lỏng lẻo, tạo nhiều khoảng trống nhỏ chứa không khí so với cấu trúc đa giác gắn kết chặt chẽ ở hạt trong suốt.
    • Chun và ctv. (2009) xác định hạt bạc bụng hấp thụ nước nhanh hơn, thể tích nở lớn hơn, nhiệt độ trở hồ thấp hơn do amylopectin chứa nhiều chuỗi ngắn, hàm lượng protein thấp khiến cơm kém dẻo và giảm 5% độ nhớt tối đa (peak viscosity) khi phân tích amylography.

  2. Tác động của yếu tố ngoại cảnh đến độ bạc bụng:

    • Ảnh hưởng của nhiệt độ: Tashiro và Wardlaw (1991) chỉ ra nhiệt độ trên 26°C trong giai đoạn chín làm tăng bạc bụng và giảm khối lượng hạt. Okada và ctv. (2011) mô hình hóa tác động cho thấy nhiệt độ tăng kết hợp bức xạ mặt trời giảm làm tăng độ nhạy cảm bạc bụng. Tsukimori (2003) ghi nhận bạc bụng tăng mạnh khi nhiệt độ tối thiểu trung bình vượt quá 23°C trong 20 ngày sau trổ; Wakamatsu và ctv. (2004, 2005) xác nhận nhiệt độ trung bình vượt quá 27°C làm tăng tỷ lệ bạc bụng sống lưng (white-back - WB) và bạc bụng nhân (basal-white - BW). Yamakawa và ctv. (2007, 2008) phân tích transcriptome và phát hiện nhiệt độ cao làm ức chế biểu hiện của các gen tổng hợp tinh bột (GBSSI, BEIIb, AGPS2b, AGPS1, AGPL2, BT1-2) và kích hoạt các enzyme phân giải tinh bột amylase.
    • Ảnh hưởng của chế độ dinh dưỡng: Bón đủ đạm (N) làm giảm độ bạc bụng (Perez và ctv., 1996; Leesawatwong và ctv., 2005). Wang và ctv. (2011) xác định liều lượng phân bón $202{,}5\text{ kg N/hm}^2$, $67{,}5\text{ kg P}_2\text{O}_5\text{/hm}^2$ và $135\text{ kg K}_2\text{O/hm}^2$ giúp giảm bạc bụng. Nguyễn Thị Lang và Bùi Chí Bửu (2011) kết luận công thức bón NPK (100 N, 60 $\text{P}_2\text{O}_5$, 30 $\text{K}_2\text{O/ha}$) cho năng suất cao nhất (6,2 tấn/ha) với tỷ lệ bạc bụng thấp (4,0 - 4,2%).
    • Ảnh hưởng của thời điểm thu hoạch: Thu hoạch tại thời điểm 20 - 25 ngày sau trổ cho tỷ lệ bạc bụng thấp (3,3 - 3,4%), trong khi thu hoạch muộn ở 35 ngày sau trổ làm tỷ lệ bạc bụng tăng lên 8,4% (Nguyễn Thị Lang và Bùi Chí Bửu, 2011).

  3. Cơ sở di truyền và định vị QTL/gen kiểm soát độ bạc bụng:

    • Trước đây, tính trạng bạc bụng được xem là do đơn gen lặn wc, wb (USDA, 1963) hoặc gen trội (Nagai, 1958; Chalam và Venkatesvarlu, 1965).
    • Các nghiên cứu hiện đại khẳng định tính trạng do đa gen (QTL) chi phối (Pooni và ctv., 1992; Tan và ctv., 2000; Zhou và ctv., 2009; Yibo và ctv., 2014). Vị trí gen Chalk mã hóa enzyme pyrophosphatase (V-PPase) không bào ảnh hưởng đến dòng chảy pyrophosphate vô cơ và cấu trúc nội nhũ. Các gen OsPPDKB, SSIIIa, GW2 cũng tham gia kiểm soát quá trình này (Kang và ctv., 2005; Fujita và ctv., 2007).
    • Peng và ctv. (2016) phát hiện 19 QTL liên quan đến bạc bụng trên các nhiễm sắc thể 1, 4, 6, 7, 9, 12, trong đó có qACE9 trên NST số 9 giải thích 5,1 - 30,6% biến thiên kiểu hình; Zhu và ctv. (2016) xác định qPCG1 trên NST số 1 giải thích 6,8 - 21,9% phương sai kiểu hình. Zhou và ctv. (2009) đã định vị tính trạng bạc bụng trên nhiễm sắc thể số 7 với 13 gen dự đoán.

  4. Phương pháp lai hồi giao hỗ trợ bởi chỉ thị phân tử (MABC):

    • Harlan và Pope (1922) khởi xướng phương pháp lai hồi giao. Allard (1960) và Reyes (2000) chứng minh tỷ lệ phục hồi kiểu gen bố mẹ tái tục (RPG) đạt 99,2% sau 6 thế hệ hồi giao ($BC_6$).
    • Ứng dụng chỉ thị phân tử (MAS/MABC) theo Collard và Mackill (1998, 2006) và Septiningsih và ctv. (2009) giúp rút ngắn chu trình chọn lọc xuống thế hệ $BC_2$ hoặc $BC_3$, đạt độ phục hồi nền gen tương đương với $BC_6$ truyền thống mà không bị ảnh hưởng bởi môi trường.

Khoảng trống nghiên cứu của luận án

Dù nhiều QTL/gen kiểm soát tính trạng bạc bụng đã được công bố trên thế giới, việc khai thác nguồn gen bản địa và tích hợp gen kiểm soát tính trạng ít bạc bụng trên nhiễm sắc thể số 7 vào các giống lúa cao sản có năng suất cao tại ĐBSCL (cụ thể là giống OM3673) thông qua các chỉ thị phân tử liên kết chặt (Indel5, RM21938), kết hợp kiểm soát nền gen bằng bản đồ GGT và đánh giá tương tác G×E qua nhiều vùng sinh thái, vẫn chưa được thực hiện một cách đồng bộ.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết và mô hình phân tích

  • Lý thuyết hồi giao và phục hồi kiểu gen tái tục: Tỷ lệ kiểu gen nhận từ giống tái tục ($RPG$) qua các thế hệ hồi giao $BC_nF_1$ được xác định theo mô hình lý thuyết:
Thế hệ hồi giao ($n$) Tỷ lệ kiểu gen của dòng nhận gen ($RPG$)
1 ($BC_1F_1$) 0,750
2 ($BC_2F_1$) 0,875
3 ($BC_3F_1$) 0,938
4 ($BC_4F_1$) 0,969
5 ($BC_5F_1$) 0,984
6 ($BC_6F_1$) 0,992
  • Đồ họa kiểu gen (Graphical Genotyping - GGT): Đánh giá mức độ phục hồi nền gen mẹ và kích thước đoạn nhiễm sắc thể mang gen mục tiêu du nhập từ bố trên nhiễm sắc thể số 7.
  • Phân tích đa dạng di truyền (NTSYSpc 2.1): Sử dụng hệ số tương đồng di truyền của Nei và ctv. (1979) theo công thức: $$S_{xy} = \frac{2xy}{x + y}$$ Khoảng cách di truyền được tính theo công thức: $$D_{xy} = 1 - S_{xy}$$ Trong đó: $xy$ là số băng chung giữa hai mẫu $x$ và $y$; $x$ và $y$ lần lượt là tổng số băng của mẫu $x$ và mẫu $y$.

Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm

Luận án triển khai 4 nội dung kỹ thuật:

1. Đánh giá kiểu hình và kiểu gen nguồn vật liệu bố mẹ

  • Xử lý mẫu: 105 giống lúa thu hoạch tại ruộng Viện Lúa ĐBSCL ở độ ẩm 18% - 30%, đo độ ẩm bằng máy CTR 800E (Shizuoka Seiki, Nhật Bản), tách vỏ bằng máy SBT (Almaco, Mỹ), sấy khô hạt về độ ẩm tiêu chuẩn 13%, bảo quản ở 4°C.
  • Đo độ bạc bụng: Sử dụng máy quét Epson Perfection V700 Photo (Model# J221A) kết hợp khay acrylic trong suốt ($152\text{ mm} \times 100\text{ mm} \times 20\text{ mm}$) chứa 100 hạt không chạm nhau trên nền xanh lam sẫm.
  • Tiêu chuẩn đánh giá: Dựa theo tiêu chuẩn IRRI (1996):
Thang điểm Kết luận Tiêu chí phân loại
0 Không bạc bụng Hạt hoàn toàn trong suốt
1 Bạc bụng nhẹ Vết đục nhỏ hơn 10% diện tích hạt
5 Bạc bụng trung bình Vết đục chiếm 11% - 20% diện tích hạt
9 Bạc bụng nhiều Vết đục chiếm trên 20% diện tích hạt
  • Công thức tính cấp bạc bụng trung bình: $$\text{Cấp bạc bụng trung bình} = \frac{(n_1 \times 0) + (n_2 \times 1) + (n_3 \times 5) + (n_4 \times 9)}{n}$$ Trong đó $n_1, n_2, n_3, n_4$ lần lượt là số hạt ở cấp 0, 1, 5, 9 và $n$ là tổng số hạt kiểm tra.

2. Kỹ thuật sinh học phân tử

  • Chiết tách DNA tổng số từ lá lúa non.
  • Khuếch đại PCR sử dụng 2 chỉ thị phân tử liên kết trên nhiễm sắc thể số 7:
    • Indel5:
      • Mồi xuôi (Forward Primer): 5'-CAGCTATGTGTAGCTTCG-3'
      • Mồi ngược (Reversed Primer): 5'-GTGCTCATTGGGCGGTTT-3'
    • RM21938:
      • Mồi xuôi (Forward Primer): 5'-CCAAATTGCTTCCTCGGATATAGG-3'
      • Mồi ngược (Reversed Primer): 5'-CGGATTTAGGGAGTTCGTGTTCG-3'
  • Điện di sản phẩm PCR trên gel agarose 3%, nhuộm huỳnh quang và quan sát băng DNA dưới ánh sáng tia UV.

3. Quy trình lai hồi giao và lập bản đồ GGT

  • Tổ hợp 1: $\text{OM3673} \times \text{RVT}$ $\rightarrow F_1 \times \text{OM3673} \rightarrow BC_1F_1 \rightarrow BC_1F_2 \rightarrow BC_2F_1 \rightarrow BC_2F_2 \rightarrow BC_3F_1 \rightarrow BC_3F_2 \rightarrow BC_3F_3$.
  • Tổ hợp 2: $\text{OM3673} \times \text{TLR434}$ $\rightarrow F_1 \times \text{OM3673} \rightarrow BC_1F_1 \rightarrow BC_1F_2 \rightarrow BC_2F_1 \rightarrow BC_2F_2 \rightarrow BC_2F_3$.
  • Sàng lọc các cá thể mang alen mong muốn bằng 2 chỉ thị Indel5 và RM21938 qua từng thế hệ; phân tích bản đồ GGT trên NST số 7 để xác định tỷ lệ phục hồi nền gen giống mẹ OM3673.

4. Đánh giá tương tác kiểu gen và môi trường (G×E)

  • Khảo nghiệm bộ dòng lúa triển vọng tại 6 vùng sinh thái thuộc ĐBSCL (Cần Thơ, Hậu Giang, Long An, An Giang, Bạc Liêu, Trà Vinh) trong 2 vụ: Đông Xuân 2016-2017 và Hè Thu 2017.
  • Đánh giá 2 chỉ tiêu chính: Năng suất (tấn/ha) và Tỷ lệ gạo không bạc bụng (%).

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU VÀ CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA ĐỀ TÀI

Chương 1 hệ thống hóa cơ sở lý luận về tính trạng bạc bụng trên cây lúa, các yếu tố sinh lý, môi trường và cơ chế di truyền chi phối tính trạng này. Tác giả tổng quan cấu trúc phôi nhũ dưới kính hiển vi điện tử quét, cơ chế tích lũy tinh bột và tác động bất lợi của nhiệt độ cao (>26°C - 27°C) làm giảm hoạt tính của các enzyme tổng hợp tinh bột (AGPase, GBSSI, BEIIb) và tăng hoạt tính $\alpha$-amylase.

Nội dung chương phân tích sâu phương pháp lai hồi giao (BC) và chỉ ra hạn chế về mặt thời gian (6-7 năm) nếu chọn lọc kiểu hình thuần túy. Từ đó, tác giả luận giải cơ sở khoa học của phương pháp chọn giống nhờ chỉ thị phân tử (MAS/MABC), tính ưu việt của chỉ thị SSR/Indel trong việc phát hiện trạng thái dị hợp/đồng hợp, phân tích các QTL/gen kiểm soát tính trạng bạc bụng đã được định vị trên các nhiễm sắc thể 1, 2, 3, 5, 6, 7, 8, 9, 12, làm tiền đề cho việc lựa chọn nhiễm sắc thể số 7 để nghiên cứu cải thiện tính trạng bạc bụng.

Chương 2: VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Chương 2 mô tả chi tiết vật liệu nghiên cứu gồm 105 giống lúa cao sản từ ngân hàng gen Viện Lúa ĐBSCL, hai giống đối chứng KDML105 (chuẩn chất lượng cao) và IR50404 (chuẩn bạc bụng cao). Chương này thiết lập chi tiết quy trình thực nghiệm gồm 4 nội dung:

  1. Phương pháp thu thập mẫu bông ở các độ ẩm 18% - 30%, quy trình xử lý mẫu, sấy khô đến 13% ẩm độ và kỹ thuật chụp/quét ảnh tự động bằng máy quét Epson Perfection V700 Photo kết hợp khay acrylic 100 hạt để chấm điểm cấp bạc bụng (cấp 0, 1, 5, 9 theo IRRI).
  2. Quy trình tách chiết DNA, thành phần phản ứng PCR và chu trình nhiệt cho 2 chỉ thị phân tử Indel5 và RM21938 trên nhiễm sắc thể số 7; phương pháp điện di trên gel agarose 3%.
  3. Thiết kế sơ đồ lai hồi giao cho 2 tổ hợp lai giữa giống mẹ cao sản OM3673 với 2 nguồn cho gen ít bạc bụng là RVT và TLR434; phương pháp ứng dụng phần mềm GGT để đồ họa kiểu gen và sàng lọc cá thể ưu tú ở các thế hệ $BC_3F_3$ và $BC_2F_3$.
  4. Phương pháp bố trí thí nghiệm đồng ruộng tại 6 vùng sinh thái ĐBSCL trong 2 vụ Đông Xuân 2016-2017 và Hè Thu 2017; các công thức toán học tính toán cấp bạc bụng trung bình, hệ số tương đồng di truyền Nei (1979) trên phần mềm NTSYSpc 2.1 và các chỉ số thống kê tương tác G×E.

Chương 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN

Chương 3 trình bày các kết quả thực nghiệm đạt được theo 4 nội dung nghiên cứu:

1. Đánh giá và chọn lọc nguồn vật liệu bố mẹ

  • Đánh giá kiểu hình bạc bụng của 105 giống lúa cao sản ở các thời điểm thu hoạch cho thấy sự biến động rõ rệt giữa các giống. Phân tích kiểu gen với 2 chỉ thị Indel5 và RM21938 trên gel agarose 3% đã xác định được các alen đa hình đặc trưng liên kết chặt với tính trạng bạc bụng.
  • Phân tích tương quan giữa kiểu gen và kiểu hình xác nhận độ chính xác cao của hai chỉ thị Indel5 và RM21938. Cây mẹ được chọn là giống OM3673 (năng suất cao, thời gian sinh trưởng phù hợp nhưng có tỷ lệ bạc bụng cần cải thiện); nguồn cho gen ít bạc bụng là giống RVT và TLR434.

2. Kết quả lai hồi giao và chọn lọc bằng chỉ thị phân tử

  • Tổ hợp lai OM3673/RVT//OM3673: Tiến hành lai hồi giao liên tiếp qua các thế hệ $F_1 \rightarrow BC_1 \rightarrow BC_2 \rightarrow BC_3$. Ở mỗi thế hệ, các cá thể phân ly được kiểm tra kiểu gen bằng PCR với 2 chỉ thị Indel5 và RM21938. Kết quả đã chọn lọc được 10 dòng lúa triển vọng mang đoạn gen mong muốn quy định tính trạng ít bạc bụng ở thế hệ $BC_3F_3$, trong đó nổi bật là dòng số 8 và dòng số 42 có tỷ lệ bạc bụng thấp và hạt gạo sau xay chà đạt độ trong cao.
  • Tổ hợp lai OM3673/TLR434//OM3673: Tiến hành lai hồi giao qua các thế hệ $F_1 \rightarrow BC_1 \rightarrow BC_2$. Qua sàng lọc kiểu gen bằng 2 marker Indel5 và RM21938, tác giả đã chọn được 4 dòng lúa triển vọng ở thế hệ $BC_2F_3$ gồm: $BC_2F_2\text{-}14$, $BC_2F_2\text{-}30$, $BC_2F_2\text{-}50$ và $BC_2F_2\text{-}80$.

3. Kết quả phân tích đồ họa kiểu gen GGT

  • Bản đồ GGT trên nhiễm sắc thể số 7 của các cá thể $BC_3F_3$ (tổ hợp OM3673/RVT//OM3673) và $BC_2F_3$ (tổ hợp OM3673/TLR434//OM3673) đã chứng minh các dòng được chọn mang trọn vẹn đoạn gen đích quy định tính trạng ít bạc bụng từ cây bố, đồng thời phục hồi phần lớn nền gen di truyền của giống mẹ OM3673.

4. Đánh giá tương tác kiểu gen và môi trường (G×E) tại 6 vùng sinh thái

  • Kết quả khảo nghiệm bộ dòng lúa triển vọng tại 6 điểm (Cần Thơ, Hậu Giang, Long An, An Giang, Bạc Liêu, Trà Vinh) trong 2 vụ Đông Xuân 2016-2017 và Hè Thu 2017 cho thấy:
    • Về năng suất: Các dòng triển vọng duy trì được năng suất cao tương đương hoặc vượt trội so với giống gốc OM3673 tại các điểm khảo nghiệm, có tính ổn định và thích nghi tốt với các tiểu vùng sinh thái khác nhau.
    • Về tỷ lệ gạo không bạc bụng: Tỷ lệ gạo không bạc bụng (%) của các dòng lai mới được cải thiện rõ rệt so với giống OM3673 ban đầu trong cả hai vụ canh tác, đặc biệt vẫn duy trì được tỷ lệ bạc bụng thấp ngay cả trong vụ Hè Thu (giai đoạn thường có nhiệt độ cao gây bất lợi cho phẩm chất phôi nhũ).

Kết quả và những đóng góp mới

Đóng góp mới về mặt khoa học

  1. Đánh giá toàn diện 105 giống lúa cao sản tại ĐBSCL ở cả hai cấp độ kiểu hình (đo quang học) và kiểu gen (chỉ thị phân tử), cung cấp cơ sở dữ liệu về tính trạng bạc bụng phục vụ công tác chọn tạo giống lúa chất lượng cao.
  2. Chứng minh hiệu quả ứng dụng thực tế của 2 chỉ thị phân tử Indel5 và RM21938 trên nhiễm sắc thể số 7 trong việc nhận diện và chọn lọc kiểu gen quy định tính trạng ít bạc bụng trên nền các giống lúa cao sản ĐBSCL.
  3. Ứng dụng thành công phương pháp lai hồi giao kết hợp chỉ thị phân tử (MABC) và công cụ đồ họa kiểu gen GGT, rút ngắn chu trình chọn lọc từ 6 thế hệ xuống thế hệ $BC_2 - BC_3$, kiểm soát chính xác sự du nhập đoạn gen mục tiêu và mức độ phục hồi nền gen mẹ.

Đóng góp mới về mặt thực tiễn

  1. Tạo chọn thành công các dòng lúa lai triển vọng cải thiện được tính trạng bạc bụng (tỷ lệ không bạc bụng cao, hạt gạo trong suốt), giữ được đặc tính năng suất cao và thời gian sinh trưởng phù hợp:
    • 10 dòng triển vọng từ tổ hợp lai OM3673/RVT//OM3673 (nổi bật là dòng số 8 và dòng số 42).
    • 4 dòng triển vọng từ tổ hợp lai OM3673/TLR434//OM3673 gồm $BC_2F_2\text{-}14$, $BC_2F_2\text{-}30$, $BC_2F_2\text{-}50$ và $BC_2F_2\text{-}80$.
  2. Xác định được mức độ thích nghi và tính ổn định về năng suất cũng như tỷ lệ không bạc bụng của các dòng lúa mới qua khảo nghiệm đa điểm tại 6 vùng sinh thái ĐBSCL trong vụ Đông Xuân 2016-2017 và Hè Thu 2017, cung cấp nguồn giống chất lượng cao bổ sung vào cơ cấu sản xuất lúa phục vụ tiêu dùng nội địa và xuất khẩu.

Kiến nghị và giải pháp

  • Tiếp tục khảo nghiệm mở rộng diện tích canh tác đối với các dòng triển vọng (dòng 8, dòng 42, $BC_2F_2\text{-}14$, $BC_2F_2\text{-}30$, $BC_2F_2\text{-}50$, $BC_2F_2\text{-}80$) tại các địa phương để hoàn thiện hồ sơ công nhận giống lúa mới.
  • Sử dụng bộ dòng triển vọng và các chỉ thị phân tử Indel5, RM21938 làm nguồn vật liệu bố mẹ và công cụ sàng lọc cho các chương trình chọn tạo giống lúa tiếp theo.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

  • Hạn chế: Luận án tập trung chọn lọc tính trạng ít bạc bụng dựa trên vùng gen mục tiêu trên nhiễm sắc thể số 7 thông qua 2 chỉ thị phân tử Indel5 và RM21938; chưa mở rộng quy tụ đồng thời các QTL kiểm soát bạc bụng nằm trên các nhiễm sắc thể khác (như NST 1, 6, 8, 9, 12). Phạm vi khảo nghiệm sinh thái giới hạn tại 6 tỉnh ĐBSCL qua 2 vụ mùa (Đông Xuân 2016-2017 và Hè Thu 2017).
  • Hướng nghiên cứu tiếp:
    1. Tiếp tục đánh giá độ thuần nông học và tính ổn định di truyền của các dòng lúa triển vọng ở các thế hệ kế tiếp ngoài đồng ruộng.
    2. Khảo nghiệm trên các vùng đất có điều kiện sinh thái khắc nghiệt hơn (như vùng nhiễm mặn, khô hạn) để đánh giá khả năng duy trì phẩm chất hạt gạo.
    3. Kết hợp chỉ thị phân tử để quy tụ thêm các gen kháng sâu bệnh (rầy nâu, đạo ôn, cháy bìa lá) và gen phẩm chất (mùi thơm, hàm lượng amylose thích hợp) trên nền các dòng lúa ít bạc bụng vừa tạo ra.

Giá trị tham khảo

  • Đối với nghiên cứu sinh, học viên cao học và sinh viên ngành Công nghệ sinh học, Di truyền - Chọn giống cây trồng: Luận án là tài liệu tham khảo chi tiết về quy trình kỹ thuật chọn giống hồi giao có sự hỗ trợ của chỉ thị phân tử (MABC), phương pháp thiết kế primer, tối ưu hóa phản ứng PCR, phân tích số liệu đa dạng di truyền bằng phần mềm NTSYSpc 2.1 và lập bản đồ đồ họa kiểu gen GGT.
  • Đối với các nhà chọn giống tại các Viện, Trường và Trung tâm Nghiên cứu Nông nghiệp: Cung cấp thông tin trình tự mồi (Indel5, RM21938), tiêu chuẩn đánh giá kiểu hình quang học chuẩn xác và nguồn vật liệu lai mang gen kiểm soát độ bạc bụng thấp.
  • Đối với các nhà quản lý nông nghiệp và khuyến nông vùng ĐBSCL: Cung cấp dữ liệu thực nghiệm về tính ổn định năng suất và chất lượng hạt gạo của các dòng lúa triển vọng tại 6 tiểu vùng sinh thái, phục vụ định hướng cơ cấu giống lúa xuất khẩu thích ứng với biến đổi khí hậu.

Câu hỏi thường gặp

1. Hiện tượng bạc bụng hạt gạo hình thành do nguyên nhân nào và ảnh hưởng ra sao đến chất lượng hạt lúa?

Bạc bụng hình thành do sự sắp xếp lỏng lẻo, không chặt chẽ của các hạt tinh bột trong phôi nhũ khi hạt vào chắc, tạo nên các khoảng trống chứa không khí khúc xạ ánh sáng tạo vết đục trắng (Mitsui và ctv., 2013; Chun và ctv., 2009). Bạc bụng làm giảm độ bền cơ học của hạt gạo, dẫn đến tỷ lệ gãy nát và tỷ lệ tấm tăng cao trong quá trình xay xát chế biến, làm giảm giá trị thương phẩm xuất khẩu (IRRI, 2006). Ngoài ra, hạt bạc bụng làm giảm độ dính, tăng độ cứng của cơm và làm giảm đến 5% độ nhớt khi nấu (Chun và ctv., 2009).

2. Hai chỉ thị phân tử nào được tác giả sử dụng để chọn lọc gen quy định tính trạng ít bạc bụng trên nhiễm sắc thể số 7?

Tác giả sử dụng 2 chỉ thị phân tử liên kết trên nhiễm sắc thể số 7 gồm:

  • Indel5: Trình tự mồi xuôi 5'-CAGCTATGTGTAGCTTCG-3' và mồi ngược 5'-GTGCTCATTGGGCGGTTT-3'.
  • RM21938: Trình tự mồi xuôi 5'-CCAAATTGCTTCCTCGGATATAGG-3' và mồi ngược 5'-CGGATTTAGGGAGTTCGTGTTCG-3'.

3. Tiêu chuẩn đánh giá mức độ bạc bụng của hạt gạo trong luận án được phân cấp như thế nào?

Theo tiêu chuẩn của IRRI (1996), mức độ bạc bụng được phân thành 4 cấp độ:

  • Cấp 0: Không bạc bụng (hạt trong suốt hoàn toàn).
  • Cấp 1: Bạc bụng nhẹ (vết đục chiếm dưới 10% diện tích hạt gạo).
  • Cấp 5: Bạc bụng trung bình (vết đục chiếm từ 11% đến 20% diện tích hạt gạo).
  • Cấp 9: Bạc bụng nhiều (vết đục chiếm trên 20% diện tích hạt gạo).

4. Tác giả đã thực hiện các tổ hợp lai hồi giao nào và đã chọn lọc được những dòng lúa triển vọng nào?

Tác giả đã thực hiện 2 tổ hợp lai hồi giao sử dụng giống nhận gen là giống cao sản OM3673:

  1. Tổ hợp OM3673/RVT//OM3673: Chọn được 10 dòng triển vọng ở thế hệ $BC_3F_3$ (trong đó có dòng số 8 và dòng số 42 có tỷ lệ bạc bụng thấp và hạt trong).
  2. Tổ hợp OM3673/TLR434//OM3673: Chọn được 4 dòng triển vọng ở thế hệ $BC_2F_3$ gồm $BC_2F_2\text{-}14$, $BC_2F_2\text{-}30$, $BC_2F_2\text{-}50$ và $BC_2F_2\text{-}80$.

5. Vai trò của phần mềm GGT (Graphical Genotyping) trong nghiên cứu này là gì?

Phần mềm GGT được sử dụng để lập bản đồ đồ họa kiểu gen trên nhiễm sắc thể số 7 cho các cá thể con lai ở thế hệ $BC_3F_3$ và $BC_2F_3$. Công cụ này cho phép tác giả quan sát trực quan sự phân đoạn nhiễm sắc thể tái tổ hợp, theo dõi chính xác đoạn gen du nhập kiểm soát tính trạng ít bạc bụng từ cây bố (RVT, TLR434), đồng thời xác định mức độ phục hồi nền gen của giống mẹ tái tục (OM3673).

Kết luận

Luận án của nghiên cứu sinh Trương Ánh Phương đã ứng dụng phương pháp chọn giống hồi giao nhờ chỉ thị phân tử (MABC) kết hợp đồ họa kiểu gen GGT để cải thiện tính trạng bạc bụng trên giống lúa cao sản OM3673. Thông qua việc sử dụng hai chỉ thị phân tử Indel5 và RM21938 trên nhiễm sắc thể số 7, nghiên cứu đã chọn lọc thành công các dòng lúa lai triển vọng ở thế hệ $BC_3F_3$ và $BC_2F_3$ mang gen quy định tính trạng ít bạc bụng từ các giống cho gen RVT và TLR434. Kết quả khảo nghiệm tại 6 vùng sinh thái thuộc Đồng bằng sông Cửu Long qua hai vụ canh tác khẳng định các dòng lúa triển vọng (tiêu biểu như dòng 8, dòng 42, $BC_2F_2\text{-}14$, $BC_2F_2\text{-}30$, $BC_2F_2\text{-}50$, $BC_2F_2\text{-}80$) đạt năng suất cao, tỷ lệ hạt không bạc bụng vượt trội và thích nghi tốt với môi trường sản xuất thực tế. Công trình đóng góp quy trình kỹ thuật chọn giống hiện đại và cung cấp nguồn vật liệu di truyền cho công tác chọn tạo giống lúa chất lượng cao tại Việt Nam.