Báo Cáo chọn giống nhờ chỉ thị phân tử (Marker - Assisted Selection) tạo gen lúa chống rầy nâu

TÊN ĐỀ TÀI: “chọn giống nhờ chỉ thị phân tử” (Marker - Assisted Selection) tạo gen lúa chống rầy nâu​

Information


1. Tính cấp thiết của đề tài:

Rầy nâu (Nilaparvata lugens Stal) là côn trùng gây hại lớn nhất đối với cây lúa ở nước ta cũng như các nước trồng lúa khác. Trong số các côn trùng gây hại lúa, rầy nâu là một trong những tác nhân gây hại nguy hiểm nhất làm giảm nghiêm trọng sản lượng lúa trồng ở hầu hết các nước trồng lúa trên thế giới, nhất là ở các nước nhiệt đới (Bharathi và Chelliah, 1991), (Ryoichi IKEDA, 2006). Tại Việt Nam, những thiệt hại do loại côn trùng này gây ra hàng năm làm giảm khoảng 10% sản lượng lúa, đôi khi tới 30% hoặc hơn nữa. Cho đến nay, biện pháp chủ yếu để ngăn chặn nạn dịch rầy nâu là sử dụng thuốc diệt côn trùng. Tuy nhiên, việc sử dụng tràn lan các loại thuốc trừ sâu đã gây ra sự bùng phát của loại côn trùng này như kết quả của sự thích nghi có chọn lọc (Banerjee, 1996; Ngô Lực Cường và ctv, 1997).

Mặc dù sự phát sinh biotyp mới ở côn trùng có tần suất thấp hơn nhiều so với sự xuất hiện các chủng nấm hay vi khuẩn gây bệnh, nhưng qua việc canh tác lúa tăng cường trong vài chục năm gần đây, các biotyp rầy nâu mới đã hình thành và kèm theo đó là sự thay đổi độc tính của các quần thể rầy nâu, gây nên đổ vỡ tính kháng ở nhiều giống lúa kháng rầy trước đây. Những giống lúa này chỉ mang gen kháng đơn lẻ và chỉ kháng được một biotyp nhất định.

Chính vì vậy, định hướng chọn tạo giống kháng sâu, bệnh trong thời gian tới là tạo giống kháng bền vững bằng cách quy tụ nhiều gen kháng khác nhau vào một giống cải tiến. Việc sử dụng giống kháng một mặt làm giảm thiệt hại năng suất, tiết kiệm chi phí phòng trừ, mặt khác hạn chế được việc dùng thuốc hoá học gây ô nhiễm và góp phần ổn định môi trường sinh thái. Do vậy, việc chọn tạo nhanh những giống lúa vừa có năng suất cao, chất lượng tốt, lại mang nhiều gen kháng là công việc được quan tâm không chỉ ở Việt Nam mà còn ở nhiều quốc gia khác.

Với sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ chỉ thị phân tử, các nhà chọn giống đã hướng tới “chọn giống nhờ chỉ thị phân tử” (Marker - Assisted Selection) với ý đồ sử dụng các chỉ thị phân tử liên kết với các gen mong muốn trong chọn tạo giống mới.

Bằng con đường chọn giống nhờ chỉ thị phân tử (MAS), nhiều gen kháng sâu bệnh và gen quy định chất lượng đã được quy tụ thành công vào một số dòng lúa.

Đối với gen kháng rầy nâu hại lúa, cho đến nay người ta mới xác định được không nhiều các chỉ thị phân tử liên kết chặt với một số gen kháng có thể ứng dụng trong chọn giống phân tử (K. K. Jena và ctv. (2006)) và cũng có rất ít công trình tiến hành theo hướng ứng dụng chỉ thị phân tử trong chọn giống lúa kháng rầy nâu.

Vì thế, chúng tôi đặt vấn đề thực hiện đề tài: “Ứng dụng chỉ thị phân tử trong chọn tạo giống lúa kháng rầy nâu”.

2. Mục tiêu nghiên cứu:

Đề tài được đặt ra một số mục tiêu cụ thể là:

- Xác định các chỉ thị phân tử vi vệ tinh (SSR) liên kết chặt với các gen kháng rầy bphX, bph4 để ứng dụng trong chọn giống kháng rầy nâu.

- Chọn tạo được một vài nguồn vật liệu khởi đầu mang nhiều gen kháng rầy nâu có năng suất cao, chất lượng tốt, có khả năng kháng rầy nâu.

3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài:

- Việc xác định các chỉ thị phân tử vi vệ tinh liên kết chặt với các gen kháng rầy nâu ở lúa góp phần thúc đẩy ứng dụng chỉ thị phân tử trong chọn tạo giống lúa kháng rầy.

- Ứng dụng các chỉ thị phân tử để chọn lọc nhanh và chính xác nguồn gen kháng, góp phần làm giảm chi phí trong công tác chọn tạo giống.

- Ứng dụng lý thuyết chọn giống nhờ chỉ thị phân tử trong quy tụ gen kháng rầy nâu ở lúa giúp khắc phục được những hạn chế của chọn giống truyền thống, đặc biệt là đối với các gen kháng lặn khi ở trạng thái dị hợp.

- Những thành công bước đầu trong quy tụ gen kháng nhờ sử dụng chỉ thị phân tử ở lúa sẽ mở ra khả năng ứng dụng rộng rãi trong công tác chọn tạo giống nói chung, không chỉ đối với tính kháng rầy nâu mà còn đối với nhiều đặc tính nông học quý khác.

- Những dòng lúa quy tụ gen kháng rầy nâu chọn lọc được trong đề tài này là vật liệu khởi đầu phục vụ cho công tác chọn tạo giống lúa kháng bền vững với rầy nâu ở Việt nam trong một vài năm tới.

4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

- Các dòng lúa trồng mang gen kháng rầy nâu: DG5, GC9.

- Các dòng lúa trồng có nền gen ưu việt đang được trồng phổ biến ở Việt nam: Q5, KD

- Các chỉ thị vi vệ tinh (SSR) liên kết với các gen kháng rầy nâu.

- Khảo sát đa hình giữa giống cho gen (DG5, GC9) và các giống nhận gen (Q5, KD) theo các chỉ thị liên kết với 3 gen kháng rầy nâu bph4, Bph6.

- Xác định sự có mặt của các gen kháng rầy nâu ở các dòng lai thu nhận được và các dòng BC nhờ chỉ thị phân tử SSR.

- Đánh giá một số đặc tính nông sinh học và khả năng kháng với các biotype rầy nâu phổ biến ở Việt nam của các dòng lai thu được.

- Đề tài được tiến hành tại phòng thí nghiệm, hệ thống nhà lưới, nhà kính của Viện Di truyền Nông nghiệp và Viện Bảo vệ Thực vật.



Chương 1

TỔNG QUAN TÀI LIỆU


1.1. RẦY NÂU HẠI LÚA

Rầy nâu là một loài côn trùng thuộc bộ cánh đều Homoptera có tên khoa học là Nilaparvata lungens Stal (1963). Rầy nâu có tính di chuyển mạnh và phân bố rộng ở nhiều nước như Nhật Bản, Trung Quốc, Băng-la-det, Ấn độ, Inđônexia, Thái Lan, Malaixia, Phillipin, Lào, Cămpuchia, Việt nam (Tư liệu rầy nâu, 1980). Rầy nâu phá hoại nặng trên cây lúa ở nhiều nước trồng lúa trong vùng Đông Nam Á (Bharathi và Chelliah, 1991) và dễ bùng phát thành dịch (Tư liệu về rầy nâu (1980)).

Nạn dịch rầy nâu đã được coi là loại dịch côn trùng quan trọng nhất trên cây lúa sau sự bùng nổ và lan rộng của dịch rầy năm 1977 ở Malaisia (Ooi, 1992). Nạn “cháy rầy” ở lúa cũng đã được ghi nhận ở Thái lan vào năm 1990, gây thất thu hoàn toàn 0.5 triệu ha lúa (Lương Minh Châu, 2005).

Ở Việt nam, những thiệt hại do loại côn trùng này gây ra hàng năm làm mất khoảng 10% sản lượng lúa, đôi khi tới 30%, thậm chí gây thất thu hoàn toàn (Nguyễn Công Thuật (1996)).

1.1.1. Tình hình phát sinh phát triển của rầy nâu ở nước ta

Theo nhận xét của cục bảo vệ thực vật (Tư liệu rầy nâu, (1980)), từ năm 1979 trở về trước, rầy nâu chỉ gây hại cục bộ trên các tỉnh miền Bắc, diện tích lúa mùa bị rầy nâu hại thường chỉ vài nghìn ha. Nhưng những năm gần đây, điều kiện canh tác có nhiều thay đổi, tạo điều kiện cho rầy nâu phá hại trên diện tích rộng, hàng chục vạn ha. Dịch rầy nâu phát triển từ vụ chiêm xuân 1981, kéo dài đến cuối năm 1984 ở hầu hết các tỉnh Đồng bằng, Trung du và Miền núi. Diện tích lúa bị hại mỗi năm trung bình khoảng 400 ngàn ha. Từ đó đến nay, rầy nâu vẫn liên tiếp phá hại ở các vùng thâm canh lúa. Đặc biệt trong các năm 1986 – 1987 và 1992 – 1993, dịch rầy nâu đã phát sinh trên diện rộng. Rầy nâu đã gây thiệt hại lớn trong năm 2000, làm 208,220ha bị nhiễm rầy, gây nặng trên 65,953ha và gây cháy rầy ở 14ha ở các tỉnh miền Bắc. Theo dự đoán của Cục Bảo vệ Thực vật, trong vòng 3 năm gần đây, rầy nâu không hại nặng ở các tỉnh miền Bắc, nhưng có thể xảy ra sự gia tăng đột ngột của quần thể rầy nâu trong vòng vài năm tới do tình mẫn cảm cao cuả giống lúa hiện thời đang được canh tác (Cục bảo vệ thực vật, 2005).

Phía Nam nước ta, rầy nâu phát sinh và gây hại nặng ở Phan Rang và một số tỉnh Duyên Hải Nam Trung Bộ trong năm 1969, sau đó phát triển rộng ở nhiều tỉnh Nam bộ trong những năm 1971- 1974. Diện tích lúa bị hại do rầy nâu trong năm 1974 đã lên tới 97.860 ha. Liên tiếp trong những năm sau đó, rầy nâu phát triển mạnh ở hầu hết các tỉnh phía Nam, từ Quảng Nam tới Kiên Giang, Bạc Liêu Riêng trong hai năm 1977 – 1978, rầy nâu phá haị trên tổng diện tích khoảng 1 triệu ha, thiệt hại ước tính khoảng trên 1 triệu tấn thóc. Nhiều nơi năng suất bị giảm tới 30 – 50%, có nơi bị mất trắng (Cục bảo vệ thực vật, (1982)). Những năm sau đó, rầy nâu khi tạm lắng, khi lại bùng phát. Nhiều đợt dịch rầy nâu đã được ghi nhận trong các năm 1990 – 1991 và 1996 – 1997, rộng khắp ở Nam Trung Bộ và Đồng bằng Sông Cửu Long. Đặc biệt, vụ hè thu năm 1998, diện tích lúa bị hại do rầy nâu ở các tỉnh phía Nam lên đến 150.000ha, trong đó có 14.000ha bị hại nặng, diện tích lúa bị cháy rầy (cháy từng chòm và cháy rộng) là 335ha