Tài liệu Nghiên cứu ứng dụng chỉ thị phân tử dna trong chọn tạo giống lúa thơm kháng bệnh bạc lá

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM DƯƠNG XUÂN TÚ NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CHỈ THỊ PHÂN TỬ DNA TRONG CHỌN TẠO GIỐNG LÚA THƠM KHÁNG BỆNH BẠC LÁ LUẬN ÁN TIẾN SỸ CHUYÊN NGÀNH: DI TRUYỀN VÀ CHỌN GIỐNG CÂY TRỒNG HÀ NỘI - 2015 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM DƯƠNG XUÂN TÚ NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CHỈ THỊ PHÂN TỬ DNA TRONG CHỌN TẠO GIỐNG LÚA THƠM KHÁNG BỆNH BẠC LÁ CHUYÊN NGÀNH: DI TRUYỀN VÀ CHỌN GIỐNG CÂY TRỒNG MÃ SỐ: 62 62 01 11 NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS.TS. PHAN HỮU TÔN HÀ NỘI - 2015 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đơy lƠ công trình nghiên c u c a riêng tôi, các k t qu nghiên c u đ c trình bƠy trong lu n án nƠy lƠ trung thực, khách quan vƠ ch a từng dùng b o v l y b t kỳ học v nƠo. Tôi xin cam đoan rằng mọi sự giúp đ cho vi c thực hi n lu n án đư đ cám n, các thông tin trích d n trong lu n án nƠy đ u đ c ch rõ ngu n g c. Hải Dương, ngày 08 tháng 6 năm 2015 Tác gi lu n án D i ng Xuơn Tú c LỜI C M N Để hoƠn thƠnh lu n án nƠy, tôi đư nh n đ c sự quan tơm, giúp đ c a các th y, cô giáo, các t p thể vƠ cá nhơn cùng các b n đ ng nghi p. Tôi xin bƠy t lòng bi t n sơu sắc đ n PGS.TS. Phan H u Tôn, Học Vi n Nông nghi p Vi t Nam, ng i h ớng d n khoa học, đư t n tình h ớng d n vƠ giúp đ tôi trong su t quá trình thực hi n đ tƠi cũng nh hoƠn ch nh lu n án Tôi xin chơn thƠnh c m n Ban Qu n lỦ ĐƠo t o, Học Vi n Nông nghi p Vi t Nam; Các th y cô giáo Bộ môn Di truy n vƠ chọn gi ng cơy tr ng, Khoa Nông học, Học Vi n Nông nghi p Vi t Nam đư đƠo t o, h ớng d n, giúp đ vƠ t o đi u ki n thu n l i để tôi hoƠn thƠnh lu n án nƠy Tôi xin chơn thƠnh c m n lưnh đ o Vi n Cơy l ng thực vƠ Cơy thực phẩm, các đ ng nghi p thuộc Bộ môn Công ngh sinh học, Vi n Cơy l ng thực vƠ Cơy thực phẩm đư t o đi u ki n thu n l i vƠ giúp đ cho tôi trong ti n hƠnh thực hi n các thí nghi m c a lu n án. Sau cùng lƠ gia đình đư luôn bên c nh động viên, t o đi u ki n v th i gian vƠ kinh phí để tôi hoƠn thƠnh lu n án nƠy. Tôi xin chơn thƠnh c m n! Hải Dương, ngày 08 tháng 6 năm 2015 Tác gi lu n án D ii ng Xuơn Tú MỤC LỤC L i cam đoan i L ic m n ii M cl c iii Danh m c các kỦ hi u, ch vi t tắt vi Danh m c các b ng vii Danh m c các hình x M Đ U 1 1. Tính c p thi t 1 2. M c tiêu c a đ tƠi 4 3. ụ nghĩa khoa học vƠ thực ti n 4 4. Nh ng đóng góp mới c a đ tƠi 5 Ch 1.1. 1.2 ng I: T NG QUAN TÀI LI U 6 Chọn t o vƠ phát triển lúa th m ch t l ng cao 6 ng d ng ch th phơn t trong chọn t o gi ng lúa 1.2.1. Một s ch th phơn t ADN đ 9 c s d ng ph bi n trong nghiên 9 c u di truy n vƠ chọn t o gi ng lúa 1.2.2. Một s k t qu 1.3. ng d ng ch th phơn t trong chọn t o gi ng lúa Nghiên c u v mùi th m vƠ ch th phơn t liên k t với gen qui đ nh tính tr ng mùi th m 13 15 cơy lúa 1.3.1. Ch t t o mùi th m trong cơy lúa 1.3.2. Di truy n tính tr ng mùi th m 15 cơy lúa 1.3.3. Ch th phơn t liên k t với gen qui đ nh tính tr ng mùi th m 19 cơy 22 lúa 1.3.4. K t qu 1.4. ng d ng ch th phơn t trong chọn t o gi ng lúa th m Nghiên c u v b nh b c lá vƠ ch th phơn t liên k t với gen qui đ nh tính kháng b nh b c lá 24 28 cơy lúa 1.4.1. Vi khuẩn gơy b nh b c lá lúa 28 1.4.2. Ngu n gen kháng vƠ ch th phơn t liên k t với gen kháng 31 1.4.3. K t qu 36 ng d ng ch th phơn t trong chọn t o gi ng lúa kháng iii b nh b c lá 1.5. Ch Nghiên c u v đa d ng di truy n ngu n gen ng 2. PH cơy lúa 41 NG PHÁP NGHIÊN C U 47 2.1. V t li u nghiên c u 47 2.2. Nội dung nghiên c u 48 2.3. Đ a điểm vƠ th i gian nghiên c u 49 2.4. Ph 49 ng pháp nghiên c u 2.4.1. Đánh giá đa d ng di truy n t p đoƠn v t li u lúa th m kháng b nh 49 b c lá 2.4.2. Lựa chọn ch th phơn t liên k t với gen qui đ nh mùi th m vƠ tính kháng với các ch ng vi khuẩn gơy b nh b c lá lúa 54 các t nh phía Bắc 2.4.3. Lai t o các t h p lai đ nh h ớng t o v t li u cho chọn lọc dòng 56 lúa mới theo m c tiêu 2.4.4. S d ng ch th phơn t chọn cá thể mang kiểu gen th m vƠ gen 59 kháng b nh b c lá từ các th h phơn ly, k t h p với đánh giá kiểu hình để chọn dòng lúa mới theo m c tiêu Ch 3.1. ng 3. K T QU VÀ TH O LU N 60 Lựa chọn ch th phơn t liên k t với gen qui đ nh mùi th m vƠ tính kháng với các ch ng vi khuẩn gơy b nh b c lá lúa 60 các t nh phía Bắc 3.1.1. Lựa chọn ch th phơn t liên k t với gen th m cơy lúa 3.1.2 Lựa chọn ch th phơn t liên k t với gen kháng với một s ch ng vi khuẩn gơy b nh b c lá lúa ph bi n 3.2. 60 68 các t nh phía Bắc Đánh giá đa d ng di truy n t p đoƠn v t li u lúa th m kháng b nh 88 b c lá 3.2.1. Đánh giá đặc điểm nông sinh học, mùi th m vƠ kh năng kháng 88 b nh b c lá c a các m u gi ng trong t p đoƠn v t li u 3.2.2 Đánh giá đa d ng di truy n các m u gi ng lúa v t li u bằng s d ng ch th phơn t DNA iv 103 3.2.3. Đ nh h ớng lựa chọn b mẹ trong lai t o gi ng lúa th m kháng 108 b nh b c lá cho các t nh phía Bắc 3.3. Lai t o các t h p lai đ nh h ớng t o v t li u cho chọn lọc dòng 110 lúa mới theo m c tiêu 3.3.1. M c tiêu chọn t o gi ng lúa mới 110 3.3.2. Lựa chọn b mẹ cho các t h p lai 110 3.3.3. K t qu lai t o 112 3.4. 117 S d ng ch th phơn t chọn cá thể mang kiểu gen th m vƠ gen kháng b nh b c lá từ các th h phơn ly, k t h p với đánh giá kiểu hình để chọn dòng lúa mới theo m c tiêu 3.4.1. S d ng ch th phơn t liên k t để chọn lọc các thể mang gen m c 117 tiêu từ th h sớm 3.4.2. Đánh giá vƠ chọn lọc theo m c tiêu đ i với các các dòng lúa mang 121 gen m c tiêu K T LU N VÀ KI N NGH 137 DANH M C NH NG K T QU NGHIÊN C U C A TÁC GI LIÊN 139 QUAN Đ N Đ TÀI ĐÃ Đ C CÔNG B TÀI LI U THAM KH O 140 PH L C 152 v DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CH VI T T T Ch vi t t t Nghĩa đầy đủ 2AP 2-acetyl-1-pyrroline ADN Acid Deribonucleic AFLP Amplified Fragment Length Polymorphism BC Backcross (lai l i) ĐBSCL Đ ng bằng sông C u long ĐBSH Đ ng bằng sông H ng cM Centi Moocgarn HAU Hanoi Agricultural University IRRI International Rice Research Institute FAO Food and Agriculture Oganization MABC Molecular Assissted Backcrossing MAS Molecular Assissted Selection NSLT Năng su t lỦ thuy t NST Nhi m sắc thể NSTT Năng su t thực thu PCR Polymerase Chain Reaction PIC Polymorphic Information Content QTLs Quantitative Trait Locus RAPD Random Amplified Polymorphic DNA RFLP Restriction Fragment Length Polymorphism SNP Single Nucleotide Polymorphisms SRFA Selective Restriction Fragment Amplication SSR Simple Sequence Repeates hay Microsatellite STS Sequence Tagged Sites TGST Th i gian sinh tr Xoo Xanthomonas oryzae pv. oryzae Vi n CLT - CTP Vi n Cơy l ng ng thực vƠ Cơy thực phẩm vi DANH MỤC CÁC B NG STT Tên b ng 1.1 Một s ch t t o mùi th m chính đ 1.2 Ngu n g c các ch ng vi khuẩn gơy b nh b c lá lúa ph bi n đ c thu th p t i các t nh phía Bắc 30 2.1 Các ch ng vi khuẩn gơy b nh b c lá s d ng trong nghiên c u 47 3.1 Nh n di n gen th m fgr trong t p đoƠn v t li u lúa th m bằng các ch th liên k t 62 3.2 Tỷ l phơn ly kiểu gen th m fgr qu n thể F2 c a các t lai đ c nh n di n bằng s d ng các ch th phơn t DNA 65 K t qu phơn tích kiểu gen th m fgr bằng ch th phơn t h p v i đánh giá mùi th m trong h t qu n thể phơn ly F2 k t 66 3.4 Ph n ng c a các m u gi ng lúa với một s ch ng vi khuẩn gơy b nh b c lá trong đi u ki n lơy nhi m nhơn t o 68 3.5 Kiểu gen kháng vƠ m c kháng/nhi m với các ch ng vi khuẩn gơy b nh b c lá th h F1 c a các t h p lai 79 3.6 Tỷ l phơn ly kiểu gen kháng Xa4, xa5 vƠ Xa7 các t lai đ c nh n d ng bằng ch th phơn t th h F2 c a 82 3.7 Kiểu gen kháng vƠ m c kháng/nhi m với vi khuẩn gơy b nh b c lá th h F2 c a các t h p lai 83 3.8 K t qu kiểm tra gen kháng Xa4, xa5 vƠ Xa7 bằng ch th phơn t trên các gi ng lúa v t li u 86 3.9 Phơn nhóm theo kh năng đẻ nhánh c a các m u gi ng lúa 90 3.3 c tìm ra Trang cơy lúa 16 3.10 Phơn nhóm v chi u cao cơy c a các m u gi ng lúa 91 3.11 Phơn nhóm các m u gi ng lúa theo tỷ l h t chắc 93 3.12 Phơn nhóm theo năng su t c a các m u gi ng lúa 95 3.13 Ngu n gen kháng b nh b c lá trên các m u gi ng lúa 99 3.14 Phơn nhóm các m u gi ng lúa theo hƠm l g o 102 vii ng amylose trong 3.15 Phơn nhóm các m u gi ng lúa theo nhi t hóa h 102 3.16 H s PIC, s allele thể hi n c a 31 m i ch th trên 51 m u gi ng lúa 104 3.17 V t li u lúa th m, ch t l ng cao đ các t h p lai đ nh h ng 108 c lựa chọn lƠm v t li u cho 3.18 V t li u lúa kháng b nh b nh b c lá (ngu n gen kháng) đ chọn lƠm v t li u cho các t h p lai đ nh h ng c lựa c lựa chọn lƠm v t li u lai t o 109 3.19 Các dòng gi ng lúa đ 111 3.20 Danh sách các t h p lai theo đ nh h ớng 112 3.21 Kiểm tra gen th m fgr, gen kháng b c lá Xa4, xa5 vƠ Xa7 con lai F1 c a các t h p lai 113 3.22 Quan sát con lai th h F1 c a các t h p lai 114 3.23 K t qu lai t o các t h p lai 4 b mẹ 115 3.24 K t qu lai t o các t h p lai BC5 trong v mùa 2013 vƠ đánh giá con lai BC5F1 trong v xuơn 2014 116 3.25 K t qu chọn cá thể mang gen m c tiêu trên qu n thể F3 c a các t h p lai trong v mùa 2012 120 3.26 B ng kỦ hi u dòng chọn 121 3.27 K t qu chọn dòng lúa th m kháng b nh b c lá v xuơn 2013 th h F4 trong 121 3.28 K t qu chọn dòng lúa th m kháng b nh b c lá v mùa 2013 th h F5 trong 122 3.29 Danh sách các dòng lúa th m kháng b nh b c lá th h F6 đ chọn trong v mùa 2013 3.30 K t qu kiểm tra gen m c tiêu trong v xuơn 2014 c 123 các dòng lúa chọn th h F6 124 3.31 M c kháng/nhi m c a các dòng gi ng lúa đ c chọn th h F6 đ i với một s ch ng vi khuẩn gơy b nh b c lá ph bi n 125 3.32 K t qu đánh giá mùi th m trong h t c a các dòng lúa 128 3.33 Đặc điểm sinh tr 129 ng c a các dòng lúa trong v Xuơn 2014 t i viii Vi n CLT - CTP 3.34 Ph n ng c a các dòng lúa với một s sau b nh h i chính trong đi u ki n đ ng ruộng , v xuơn 2014 t i Vi n CLT ậ CTP 130 3.35 Các y u t c u thƠnh năng su t vƠ năng su t c a các dòng lúa trong v Xuơn 2014 t i Vi n CLT ậ CTP 131 3.36 Phơn tích ch t l ng c a các dòng lúa trong v xuơn 2014, t i Vi n CLT - CTP 134 ix DANH MỤC CÁC HÌNH STT Tên hình Trang 1.1 C u t o 2-acetyl-1-pyrroline 17 1.2 S đ m i quan h gi a BAD vƠ sự t ng h p 2AP 17 1.3 S đ c u trúc c a gen fgr 20 1.4 Một s hình nh điển hình v biểu hi n tri u ch ng c a b nh b c lá lúa 29 1.5 B n đ phơn b các ch ng vi khuẩn Xoo 31 1.6 V trí c a gen kháng Xa4 đ 1.7 V trí c a gen kháng Xa4 đ Npb181 1.8 Gen kháng xa5 đ 1.9 C u trúc c a gen kháng xa5 trên NST s 5 1.10 Gen Xa7 đ mi n Bắc Vi t Nam c đ nh v bằng ch th R1505 c đ nh v với ch th Npb78 vƠ c đ nh v với ch th RG556 vƠ RM390 33 34 34 35 c đ nh v với ch th liên k t g n nh t lƠ M3 ậ M5 35 3.1 Hình nh đi n di s n phẩm PCR m u ADN c a các gi ng, s d ng các ch th RG28, RM342, RM223, L06 vƠ BADH2 61 3.2 Hình nh đi n di s n phẩm PCR m u ADN cá thể F2 c a t h p lai BT7 x Q5, HT1 x KD18. S d ng ch th RG28, RM342, RM223, L06 vƠ BADH2 64 3.3 Hình nh lơy nhi m c a các ch ng vi khuẩn gơy b nh trên một s m u gi ng lúa nghiên c u trong v xuơn 2011 72 3.4 Hình nh đi n di trên máy đi n di mao qu n s n phẩm PCR s d ng m i Npb181 vƠ RM224 trên các m u gi ng lúa 74 3.5 Hình nh đi n di s n phẩm PCR s d ng m i RG556 vƠ RM122 75 3.6 Hình nh đi n di trên máy đi n di mao qu n s n phẩm PCR s d ng m i P3 vƠ RM5509 trên các m u gi ng lúa 75 3.7 Hình nh đi n di s n phẩm PCR s d ng các m i ch th phơn t Nbp181, RG556, RM122, P3 vƠ RM5509 trên qu n thể F2 c a các t h p lai gi a các m u gi ng lúa nhi m chuẩn vƠ kháng chuẩn 81 3.8 S đ hình cơy biểu di n m i quan h di truy n gi a 51 gi ng lúa nghiên c u 107 x M Đ U 1. Tính c p thi t c a đề tƠi Cơy lúa (Oryza sativa L.) lƠ cơy l trồng truyền thống gắn bó lơu đ i với ng nhập khẩu l túc đ ợc l ng thực hƠng đầu Việt Nam, lƠ cơy i nông dơn Việt Nam. Từ một n ớc ph i ng thực tr ớc những năm 80 c a thế kỷ 20, Việt Nam đư v n lên tự ng thực vƠ lƠ n ớc xu t khẩu g o lớn th 2 thế giới trong những năm đầu c a thế kỷ 21. Đơy lƠ một b ớc tiến r t lớn trong s n xu t lúa g o Việt Nam. Tuy nhiên, g o c a Việt Nam phần lớn lƠ không th m, ch t l ợng th p, giá xu t khẩu th p nhiều so với giá g o xu t khẩu c a các n ớc trong khu vực nh Thái Lan, n Độ. Bên c nh đó, nhu cầu tiêu dùng nội địa đối với g o th m, ch t l ợng cao ngƠy cƠng tăng c về số l ợng vƠ ch t l ợng. Thực tế đối với ngƠnh s n xu t lúa g o c a ta hiện nay lƠ mới chỉ phát triển về mặt số l ợng, còn h n chế về mặt ch t l ợng, s n phẩm có tính c nh tranh th p dẫn đến hiệu qu s n xu t th p. Do vậy, chọn t o vƠ phát triển các giống lúa th m, ch t l ợng cao ph c v cho s n xu t lƠ yêu cầu c p thiết trong nghiên c u chọn t o giống lúa Việt Nam hiện nay. Bộ giống lúa th m, ch t l ợng hiện đang đ ợc s n xu t t i các vùng miền Việt Nam còn r t đ n điệu, kh năng thích ng kém, ch t l ợng ch a cao, năng su t th p vƠ đặc biệt lƠ kh năng chống chịu kém với một số sơu bệnh h i chính nh rầy nơu, bệnh đ o ôn, đặc biệt lƠ bệnh b c lá … do vậy nên s n xu t mang tính r i ro cao, hiệu qu s n xu t th p, khó m rộng diện tích. Hiện t i, ng các tỉnh phía Nam, i dơn vẫn gieo trồng các giống lúa ch t l ợng có nguồn gốc từ Thái nh Khaodatmali, Jasmin mặc dù những giống lúa nƠy ch a thực sự phù hợp với điều kiện sinh thái c a Việt Nam. T i các tỉnh phía Bắc, các giống lúa ch t l ợng cao đ ợc trồng vẫn ch yếu lƠ các giống cổ truyền nh Tám th m, Dự… lƠ những giống c m quang, dƠi ngƠy, chống chịu sơu bệnh kém, năng su t th p vƠ r i ro cao; Các giống lúa đ ợc nhập nội từ Trung Quốc nh Bắc th m số 7 (BT7), H ng th m số 1 (HT1) vƠ các giống lúa chọn t o trong n ớc nh T10, AC5, TL6... lƠ những giống lúa ch t l ợng, ngắn ngƠy, có thể trồng đ ợc c 2 v nh ng năng su t không cao, 1 kh năng chống chịu sơu bệnh kém đặc biệt lƠ bệnh b c lá vi khuẩn. Một tr ng i lớn trong s n xu t lúa th m, ch t l ợng cao hiện nay lƠ sơu bệnh h i, đặc biệt lƠ bệnh b c lá do vi khuẩn Xanthomonas oryzae pv. oryzae (Xoo). Đơy lƠ lo i bệnh h i nguy hiểm nh t đối với cơy lúa khu vực Chơu Á (Mew et al.,1993). Bệnh b c lá lúa đ ợc ghi nhận lƠm hao h t năng su t lúa (Khush and Ogawa, 1989). Chơu Á từ 50% đến 80% Việt Nam, bệnh b c lá lúa phổ biến t t c các vùng trồng lúa trong c n ớc, từ vùng núi cao đến vùng ven biển, gơy thiệt h i đến 60% năng su t lúa hoặc có thể m t trắng. Bộ giống lúa ch t l ợng đ ợc trồng phổ biến hiện nay các tỉnh phía Bắc nh BT7, AC5, T10 nhiễm bệnh b c lá r t nặng. Trong những năm gần đơy, t i một số tỉnh thuộc khu vực phía Bắc nh HƠ Nội, Nam Định, H iD ng đư h n chế hoặc không đ a vƠo c c u s n xu t đối với giống lúa BT7 vƠ T10 trong v mùa. Đơy lƠ nguyên nhơn h n chế đến m c tiêu tăng s n l ợng lúa ch t l ợng t i các tỉnh phía Bắc trong những năm qua. Công tác chọn t o giống lúa c a ta hiện nay vẫn ch yếu lƠ ph truyền thống dựa trên lai t o vƠ chọn lọc kiểu hình. Ph ng pháp ng pháp nƠy có h n chế lƠ m t nhiều th i gian, kém hiệu qu , không chính xác vì biểu hiện kiểu hình còn ph thuộc vƠo môi tr ng, đặc biệt lƠ r t khó để chọn đồng th i nhiều tính tr ng mong muốn. Để chọn t o đ ợc giống lúa kháng hiệu qu vƠ bền vững với nhiều ch ng vi khuẩn gơy bệnh b c lá thì giống lúa đó ph i mang nhiều gen kháng với nhiều ch ng hoặc ph i ch a 2 hoặc 3 gen kháng hữu hiệu. Bằng ph ng pháp chọn lọc truyền thống thì r t khó để thực hiện, tốn nhiều th i gian để t o ra đ ợc giống lúa kháng. Ph ng pháp nƠy cƠng khó h n khi chúng ta tiến hƠnh chọn giống lúa đồng th i có mùi th m vƠ kháng bệnh b c lá. Hiện nay, chỉ thị phơn tử DNA đư đ ợc sử d ng nh lƠ một công c hỗ trợ có hiệu qu trong các ch ng trình chọn t o giống cơy trồng trên thế giới. Bằng phơn tích kiểu gen kiểm soát các tính tr ng mong muốn các nhƠ chọn giống có thể tiến hƠnh chọn chọn lọc có thể tiến hƠnh ngay b t c giai đo n sinh tr ng nƠo c a cơy trồng, các thế hệ sớm vƠ đặc biệt lƠ có thể chọn đ ợc giống mang nhiều tính tr ng mong muốn trong cùng th i điểm. 2 Những kết qu nghiên c u đư đ ợc công bố trên thế giới về di truyền tính tr ng mùi th m vƠ tính kháng bệnh b c lá cơy lúa lƠ c s cho việc nghiên c u ng d ng chỉ thị DNA trong chọn t o giống lúa th m, kháng bệnh b c lá. Đối với mùi th m cơy lúa, ch t 2-acetyl-1-pyrroline (2Ap) đư đ ợc công bố lƠ ch t chính (key compound) t o nên mùi th m c các giống lúa th m, đặc tr ng lƠ mùi th m c a giống Jasmine vƠ Basmati (Buttery et al., 1983; Bradbury et al., 2005a). Ch t 2AP đ ợc xác định do gen fgr nằm trên NST số 8 kiểm soát tổng hợp (Huang et al., 1994; Bradbury et al., 2005a). Gen fgr đư đ ợc tìm ra các chỉ thị liên kết với những kho ng cách di truyền khác nhau vƠ trên các nguồn vật liệu khác nhau (Ahn et al., 1992; Louriex et al., 1996; Garland and Henry, 2001; Bradbury et al., 2005b). Đối với bệnh b c lá lúa, hiện nay trên thế giới đư đ ợc công bố có trên 30 ch ng vi khuẩn Xoo gơy bệnh trên lúa (Nino-Liu et al., 2006). Việt Nam cũng đư có một số nghiên c u về các ch ng vi khuẩn gơy bệnh b c lá lúa t i các vùng trồng lúa trong c n ớc (Furuya et al., 2003; Phan Hữu Tôn vƠ Bùi Trọng Th y, 2004; Nguyễn Thị Liên vƠ cs., 2012). Cho đến nay đư phát hiện có 36 gen kháng chính với các ch ng vi khuẩn gơy bệnh b c lá trên các giống lúa trồng vƠ lúa hoang d i trên thế giới (Chun et al., 2012). Di truyền c a 36 gen kháng đư đ ợc công bố, trong đó 28 gen đư đ ợc định vị trên các NST vƠ có chỉ thị liên kết đư đ ợc đ a ra. Việt Nam, các gen kháng Xa4, xa5, Xa7 vƠ Xa21 đư đ ợc công bố lƠ có kh năng kháng hữu hiệu với các ch ng vi khuẩn gơy bệnh b c lá lúa các tỉnh phía Bắc (Phan Hữu Tôn vƠ Bùi Trọng Th y, 2004; Taura et al., 2004; Lư Vĩnh Hoa vƠ cs., 2010; Vũ Hồng Qu ng vƠ cs., 2011). Đơy lƠ những công bố có giá trị trong nghiên c u ng d ng chỉ thị DNA trong các ch ng trình chọn t o giống lúa th m kháng bệnh b c lá. Tuy nhiên, những chỉ thị phơn tử liên kết với gen mùi th m vƠ gen kháng bệnh b c lá đư đ ợc công bố với những kho ng cách di truyền khác nhau vƠ trên những nguồn vật liệu khác. Do vậy, khi ng d ng các chỉ thị phơn tử đư đ ợc công bố trong các ch ng trình chọn t o giống trên nguồn vật liệu c thể thì cần ph i tiến hƠnh kiểm tra vƠ lựa chọn chỉ thị có độ tin cậy vƠ chính xác cao. ng d ng chỉ thị phơn tử trong chọn t o giống lúa th m, chọn t o giống lúa kháng bệnh b c b c lá Việt Nam cũng đư đ ợc tiến hƠnh 3 một số c quan nghiên c u. Tuy nhiên, việc lƠm nƠy vẫn còn r i r c, ch a thƠnh một hệ thống, ch a có nhiều kết qu đ a ra. Đặc biệt, việc ng d ng chỉ thị phơn tử trong chọn t o giống lúa đồng th i mang gen mùi th m vƠ các gen kháng bệnh b c lá vẫn còn lƠ mới Việt Nam hiện nay. 2. M c tiêu c a đề tƠi Lựa chọn chỉ thị phơn tử liên kết với gen mùi th m vƠ gen kháng hữu hiệu với các ch ng vi khuẩn gơy bệnh b c lá phổ biến có độ chính xác cao sử d ng trong lai t o vƠ chọn lọc giống lúa th m kháng bệnh b c lá cho các tỉnh phía Bắc Chọn t o đ ợc một số dòng lúa th m kháng bệnh b c lá (mang gen th m vƠ 1 hoặc 2 gen kháng hữu hiệu với các ch ng vi khuẩn gơy bệnh b c lá), năng su t khá cho phát triển s n xu t vƠ lƠm vật liệu cho công tác lai t o tiếp. 3. ụ nghĩa khoa h c vƠ thực ti n 3.1. ụ nghĩa khoa h c Ph ng pháp phơn tích di truyền từ bố mẹ đến thế hệ F2 để xác định chỉ thị phơn tử DNA liên kết với gen mùi th m vƠ gen kháng bệnh b c lá cơy lúa, có độ chính xác cao để sử d ng cho lai t o vƠ chọn lọc giống lúa th m, kháng bệnh b c lá trên nguồn vật liệu hiện có: Chỉ thị 4 mồi ESP, IFAP, INSP vƠ EAP nhận diện gen th m fgr có độ chính xác từ 91 – 94%, chỉ thị Nbp181 nhận diện gen kháng Xa4 với độ chính xác từ 96 – 97%, chỉ thị RG556 nhận diện gen kháng xa5 với độ chính xác từ 65 – 76% vƠ chỉ thị P3 nhận diện gen kháng Xa7 với độ chính xác từ 82 - 92% giữa gen kháng tính kháng. Kh ng định hiệu qu c a ph ng pháp lai t o vƠ chọn lọc kiểu hình kết hợp với sử d ng chỉ thị phơn tử DNA chọn kiểu gen m c tiêu (MAS) trong chọn t o giống lúa th m kháng bệnh b c lá. 3.2. ụ nghĩa thực ti n Chọn t o đ ợc 15 dòng lúa th m mới, mang 1 – 2 gen kháng bệnh b c lá (trong các gen Xa4, xa5 vƠ Xa7), thể hiện kháng tốt với các ch ng vi khuẩn gơy bệnh b c lá phổ biến liệu lai t o trong các ch các tỉnh phía Bắc. Các dòng lúa nƠy đ ợc sử d ng lƠm vật ng trình chọn giống lúa th m kháng bệnh b c lá tiếp theo. 4 Trong đó, 2 dòng lúa lƠ T7.19-2 (mang gen th m fgr vƠ gen kháng Xa7) vƠ dòng T25.82-3 (mang gen th m fgr vƠ gen kháng xa5) đáp ng đ ợc m c tiêu chọn t o về th i gian sinh tr ng, năng su t, ch t l ợng, mùi th m vƠ kháng bệnh b c lá sẽ đ ợc tiếp t c phát triển cho s n xu t t i các tỉnh phía Bắc trong th i gian tới. 4. Những đóng góp m i c a đề tƠi Lựa chọn đ ợc chỉ thị phơn tử DNA liên kết với gen mùi th m (fgr) vƠ gen kháng bệnh b c lá (Xa4, xa5 vƠ Xa7) sử d ng cho chọn t o giống lúa th m kháng bệnh b c lá cho các tỉnh phía Bắc với độ chính xác đến 94% đối với gen mùi th m fgr, đến 97% đối với gen kháng bệnh b c lá Xa4, đến 76% đối với gen kháng bệnh b c lá xa5 vƠ đến 92% đối với gen kháng bệnh b c lá Xa7. Đư xác đinh đ ợc 12 mẫu giống lúa th m, ch t l ợng cao vƠ 12 mẫu giống lúa mang gen kháng bệnh b c lá sử d ng lƠm bố mẹ cho các tổ hợp lai định h ớng trong chọn t o giống lúa th m, kháng bệnh b c lá t i các tỉnh phía Bắc. Chọn t o đ ợc 15 dòng lúa th m mới, đồng th i mang 1 – 2 gen kháng bệnh b c lá phổ biến các tỉnh phía Bắc. Các dòng lúa nƠy đ ợc sử d ng lƠm vật liệu mới cho lai t o trong các ch ng trình chọn giống lúa th m kháng bệnh b c lá tiếp theo. Trong đó, 2 dòng lúa lƠ T7.19-2 vƠ dòng T25.82-3 đáp ng đ ợc m c tiêu chọn t o sẽ đ ợc tiếp t c phát triển cho s n xu t t i các tỉnh phía Bắc trong th i gian tới. 5 Ch ng 1 T NG QUAN TÀI LI U 1.1. Ch n t o vƠ phát triển lúa th m ch t l ng cao Nghiên c u chọn t o vƠ phát triển lúa th m ch t l ợng cao lƠ một trong những u tiên hƠng đầu c a hầu hết các n ớc s n xu t lúa g o trên thế giới. Do nhu cầu sử d ng g o th m tăng cao trong trong những năm gần đơy, ng i tiêu dùng sẵn sƠng tr giá cao cho g o th m, ch t l ợng. Hai nhóm lúa th m nổi tiếng trên thế giới lƠ Jamine vƠ Basmati có giá g o th c a các giống lúa th ng phẩm th ng cao g p 2 – 3 lần so với giá g o ng không th m. Giá g o c a lúa Jasmine vƠ Basmati cao lƠ b i vì không chỉ do nhu cầu mùi th m vƠ đặc thù c a h t g o mƠ còn lƠ l ợng cung c p có h n (Bradbury, 2009). Mặc dù n Độ lƠ vùng cung c p g o Basmati lớn nh t, chiếm kho ng một phần ba diện tích trên thế giới nh ng năng su t so với giống lúa không th m lƠ r t th p (Garg et al., 2006). Năng su t c a giống lúa Jasmine cũng r t th p, một phần do di truyền c a giống, phần nữa lƠ do các giống lúa Jasmine r t mẫn c m với các lo i sơu bệnh h i (Lorieux et al., 1996; Toojinda et al., 2005). Mặt khác, giống lúa th m cũng r t kén vùng trồng, điều nƠy sẽ nh h ng đến sự m rộng diện tích. Lúa th m sẽ thể hiện mùi th m cao h n khi đ ợc trồng trong điều kiện thích hợp. Hầu nh giống lúa Jasmine Thái Lan đ ợc trồng trong vùng Isan, Đông Bắc c a Thái Lan, đơy lƠ vùng đ t cát, nhiễm mặn, th ng bị ngập ng vƠ h n nên năng su t lúa r t th p, bù l i mùi th m r t cao, g o ch t l ợng cao vƠ tr thƠnh th hiệu đặc thù c a Thái lan (Itani et al., 2004). năng su t th p nh h ng c a môi tr ng ng dẫn đến các giống lúa th m lƠ nguyên nhơn dẫn đến việc h n chế s n xu t các giống lúa nƠy Mỹ vƠ những n ớc s n xu t lúa g o truyền thống khác (Bradbury, 2009). Một số n ớc có nền s n xu t lúa g o truyền thống th trung khai thác theo h ớng năng su t cao với hệ thống t ới tiêu vƠ tăng c ng tập ng phơn bón, nh ng mùi th m vƠ ch t l ợng bị gi m. Nhiều n ớc trong m ng l ới xu t khẩu g o trên thế giới nh Mỹ cũng ph i nhập khẩu một khối l ợng lớn g o th m thừ Thái Lan, n Độ vƠ Pakistan b i vì họ không thể s n xu t đ ợc g o th m ch t l ợng cao t i đ t n ớc c a họ (Boriss, 2006). Từ khi bắt đầu cuốc cách m ng xanh, hầu hết các ch ng trình chọn giống lúa trên thế giới tập trung vƠo c i tiến kh năng 6 chống chịu sơu bệnh h i vƠ đặc biệt lƠ tăng năng su t h t. Để tăng sự quan tơm vƠ phát triển tr l i các giống lúa th m trên thế giới, th i gian gần đơy các lỗ lực trong công nghệ sinh học vƠ chọn giống đư tập trung vƠo tăng năng su t vƠ kh năng chống chịu c a các giống lúa th m nh ng vẫn giữ mùi th m vƠ ch t l ợng c a các giống lúa nƠy. Việc lƠm nƠy lƠ r t khó đối với giống lúa Basmati b i với một số chỉ tiêu ch t l ợng so với các giống lúa th m ch t l ợng khác nh lƠ độ kéo dƠi h t khi n u, độ mềm vƠ ch t l ợng n u n ớng (Garg et al., 2006). Mặc dù đư có những cố gắng, nh ng kết qu c a một số ch ng trình chọn t o giống trong việc c i t o năng su t vƠ kh năng chống chịu c a giống lúa Basmati bị giới h n b i ph chọn lọc truyền thống (Bradbury, 2009). Một số tác gi sử d ng ph ng pháp ng pháp chọn giống đột biến (Soomro et al., 2003) hoặc sử d ng chuyển gen (Garg et al., 2006) nh ng vẫn ch a có giống lúa th m nƠo đ ợc c i tiến di truyền đ ợc đ a ra (Bradbury, 2009). Mặc dù còn có những h n chế về kết qu trong c i tiến các giống lúa th m so với các giống lúa không th m, nh ng kết qu c a các ch giống với m c đích c i t o tăng năng su t cho giống lúa Jasmine ng trình chọn Thái Lan đư thu đ ợc kết qu đáng kể, thƠnh công h n so với việc c i tiến năng su t c a giống lúa Basmati (Toojinda et al., 2005). T i Nhật B n, để thỏa mưn nhu cầu c a ng i tiêu dùng, việc nghiên c u vƠ chọn t o giống lúa ch t l ợng cao đư đ ợc u tiên hƠng đầu vƠ hầu hết các giống lúa trong s n xu t đều lƠ các giống th m có h t g o trong, ít b c b ng, hƠm l ợng amylose th p (từ 15-20%), c m mềm, dẻo, ngon. Đơy cũng lƠ xu h ớng chung đư vƠ đang diễn ra t i các n ớc sử d ng lúa g o lƠ cơy l ng thực chính nh ĐƠi Loan, HƠn Quốc. T i Trung Quốc, các giống lúa d ng Japonica cho c m mềm, dẻo ngon đư vƠ đang đ ợc phát triển m nh (Chen et al., 2006). T i HƠn Quốc công tác chọn t o các giống lúa ch t l ợng cao đáp ng nhu cầu c a ng đặt lên lƠ i tiêu dùng đang đ ợc u tiên hƠng đầu trong công tác nghiên c u vƠ s n xu t lúa (Korea Country Report, 2005). T i Úc, trong ch ng trình nghiên c u về lúa, chính ph Úc cũng đư dƠnh tới 49% kinh phí cho nghiên c u về lúa để nghiên c u vƠ chọn t o giống mới, đặc biệt lƠ các giống lúa cho năng su t cao, ổn định trong điều kiện thay đổi th i tiết, khí hậu vƠ có ch t l ợng cao phù hợp tiêu chí xu t khẩu, nh t lƠ cho thị tr ng Nhật B n (Blakeney, 2008). Nghiên c u vƠ s n xu t lúa ch t l ợng cao cũng 7 đặc biệt đ ợc quan tơm t i Thái Lan. Để tăng c lúa g o thế giới, Thái Lan đư có những ch ng tính c nh tranh trên thị tr ng ng trình nghiên c u lớn, hƠng năm đầu t hƠng triệu đô la Mỹ cho việc phát triển các giống lúa th m, h t dƠi vƠ có ch t l ợng cao (Vanavichit et al., 2004). Thái Lan lƠ n ớc xu t khẩu g o th m, ch t l ợng cao lớn nh t vƠ có giá cao nh t trên thế giới, kho ng 700 USD/t n, cao h n g o ch t l ợng c a Mỹ vƠ Việt Nam lƠ 34 USD vƠ 150USD theo th tự (FAOSTAT, 2013). Việt Nam, lúa th m, ch t l ợng cao đ ợc trồng trên c ba miền Bắc, Trung, Nam. Miền Nam có các giống lúa th m ch t l ợng nổi tiếng nh NƠng Th m Chợ ĐƠo, NƠng H ng, TƠu H ng; miền Trung nổi tiểng với lúa Gié An Cựu vƠ Lúa th m; Miền Bắc đặc tr ng với nhóm lúa Tám, Dự vƠ gần đơy có giống BT7, T10, AC5 cũng đ ợc xếp vƠo nhóm lúa th m ch t l ợng cao. Tập đoƠn lúa Tám c a Việt Nam lƠ đặc s n độc đáo nổi tiếng từ ngƠn x a với h t g o nhỏ, trong, c m dẻo, th m ngon. Một số giống b n địa Việt Nam yêu cầu vùng đ t trồng phù hợp nh giống NƠng Th m Chợ ĐƠo chỉ trồng Séng Cù xư Mỹ Lệ, huyện Cần Đ ớc, tỉnh Long An; giống vùng cao biên giới tỉnh LƠo Cai, M ng Kh ng, Bát Xát, Simakai thì c m mới ngon (Nguyễn Văn Luật, 2009). Chọn t o giống lúa th m ch t l ợng cao ph c v cho s n xu t trong những năm vừa qua đư có m c tiêu, định h ớng rõ rƠng vƠ đ ợc tiến hƠnh nhiều c quan nghiên c u trên c n ớc nh Viện Cơy l ng thực vƠ Cơy thực phẩm, Viện Di truyền Nông nghiệp, Viện Lúa đồng bằng sông Cửu long, Tr ng Đ i học Nông nghiệp HƠ Nội... Kết qu cũng đư đ a ra đ ợc một số giống lúa th m, ch t l ợng cao ph c v cho s n xu t. Kết qu nghiên c u c a đề tƠi “Nghiên cứu phát triển một số giống lúa đặc sản cho một số giống lúa đặc sản cho một số vùng sinh thái của Việt Nam” giai đo n 2001-2005, đư c i tiến vƠ t o ra một số giống lúa th m nh Nếp 87, OM3536, OM2524, HT1, NƠng Th m chợ đƠo dòng 5 vƠ một số giống khác nh nếp DT12, nếp DS101, nếp PD2, TK106, LT2.... (Nguyễn Hữu Nghĩa, 2006). Các giống lúa th m ch t l ợng cao mới chọn t o nh H ng Cốm do tr ng Đ i học Nông nghiệp HƠ Nội chọn t o; giống lúa CL8, CL9 do Viện Di truyền nông nghiệp chọn t o; giống lúa HT9, AC5, T10, HDT8 do Viện Cơy l ng thực vƠ Cơy thực phẩm chọn t o đư đ ợc đ a vƠo s n xu t t i các tỉnh phía Bắc trong th i gian gần đơy. Các giống lúa OM43-26, OM39, OM201, 8