Trong bài báo này sẽ giới thiệu một số kết quả bước đầu về chuyển gen kháng thuốc trừ cỏ, kháng sâu đục thân từ các giống thương mại được phổ biến tại vùng nhiệt đới vào dòng bố mẹ của c
Trang 1KẾT QUẢ CHỌN TẠO DÒNG NGÔ CHUYỂN GEN KHÁNG SÂU ĐỤC THÂN VÀ THUỐC TRỪ CỎ BẰNG PHƯƠNG PHÁP LAI TRỞ
LẠI
Phan Xuân Hào 1 , Vương Huy Minh 1
SUMMARY
Results of deverloping transgenic maize inbred lines resistant to stem borer
and herbicide tolerance by using backcross method
By using backcross method to transfer tolerant to herbicide genes, glyphosate, to the parental lines of popular hybrid maize in Vietnam LV$10, LV$4, LV$14 and some other promising hybrid combinations such as DF1, DF2, DF4, DF5, DF7, CML161, 02A, 02B these lines and their hybrids have performed well in tolerant to herbicide charateristics Moreover, the follwing inbred lines and hybrids originated from these transferred parental lines and hybrids showed some advantages to the original ones such as vigorous growth, good lodging tolerance, Rhizoctonia and leaf spot resistance, high kernel set and yield Because almost all gens transferred to maize are the single dominant genes, backcross method is the effective, cheap, and short way target genes, especially it is very suitable to Vietnam by the current time
Keywords: Maize, Resistant, Backcross method
I §ÆT VÊN §Ò
Khác với phương pháp lai kinh điển,
công nghệ gen để tạo sinh vật biến đổi gen
nói chung và cây trồng biến đổi gen (GMO)
nói riêng cho phép nhà tạo giống đưa vào
một cá thể sinh vật những gen có những đặc
tính mong
những sinh
vật sống không có họ hàng gần
Mặc dầu hiện nay vẫn còn một số quan
điểm khác nhau về vấn đề cây trồng biến
đổi gen nhưng với việc mở rộng nhanh diện
tích chỉ sau một thời gian ngắn, từ 0,5 triệu
ha năm 1995 lên 134 triệu ha năm 2009, đã
khẳng định ý nghĩa của thành tựu này đối với nhân loại
Trên thế giới đã tiến hành thí nghiệm đồng ruộng với hơn 60 loài cây trồng được chuyển gen chứa nhiều tính trạng khác nhau Các đặc tính đã được ứng dụng rộng rãi là kháng sâu và kháng thuốc trừ cỏ riêng
biệt hoặc kết hợp Nhờ trồng cây chuyển gen kháng sâu đã giảm được đáng kể chi phí cho việc phòng trừ sâu, đồng thời giảm thiểu ô nhiễm môi trường và bảo vệ đa dạng sinh học Việc sử dụng cây trồng kháng thuốc trừ cỏ đã tạo thuận lợi trong quản lý
cỏ dại, đặc biệt mang lại hiệu quả rất lớn
1
Viện Nghiên cứu Ngô
Trang 2đối với việc canh tác theo phương thức làm
đất tối thiểu hoặc không làm đất, nhất là với
những vùng đất dốc
Giống ngô chuyển gen đầu tiên ở Mỹ là
giống kháng Basta của Dekalb vào năm
1990 (Bằng sáng chế số 5 489520), tiếp đó
là giống kháng sâu (Bt) của Monsanto vào
1997, các giống của Dow Elanco vào năm
1998, giống kháng vius của Pioneer
Hi-Bred và kháng Glufossinate của AgroEvo
vào năm 2000 (Chang, 2005) Diện tích
trồng ngô chuyển gen năm 2009 là 42 triệu
ha, chiếm 26% trong tổng diện tích ngô thế
giới Mỹ là nước trồng ngô chuyển gen
nhiều nhất với 29,9 triệu ha chiếm 85%
trong tổng diện tích trồng ngô của nước
này Tại Châu Á, Phillipin đã trồng ngô
chuyển gen từ năm 2003, năm 2009 nước
này đã trồng 0,5 triệu ha, chiếm 19% trong
tổng số 2,7 triệu ha diện tích ngô cả nước
(ISAAA brief 41-2009)
Trong bài báo này sẽ giới thiệu một số
kết quả bước đầu về chuyển gen kháng
thuốc trừ cỏ, kháng sâu đục thân từ các
giống thương mại được phổ biến tại vùng
nhiệt đới vào dòng bố mẹ của các giống
ngô lai phổ biến ở Việt Nam bằng phương
pháp lai trở lại Đây là một phần trong đề
tài $ghiên cứu tạo dòng ngô biến đổi gen
kháng sâu/kháng thuốc diệt cỏ của
chương trình Công nghệ sinh học giai
đoạn 2006-2010
II VËT LIÖU Vµ PH¦¥NG PH¸P NGHI£N
CøU
1 Vật liệu nghiên cứu
- Các giống ngô lai thương mại mang
gen kháng sâu đục thân, kháng thuốc diệt
cỏ được dùng làm nguồn cho (Donor)
- Các dòng bố mẹ của các giống ngô lai
phổ biến LVN4, LVN10, LVN14, SC2AB
và một số tổ hợp lai triển vọng tại Viện
Nghiên cứu Ngô: DF1, DF2, DF4, DF5, DF7, CML161, 2A, 2B,
2 Phương pháp nghiên cứu
- Sử dụng phương pháp lai trở lại (Backcross) và tự phối
- Đánh giá khả năng kháng sâu và kháng thuốc trừ cỏ bằng cách thả sâu non
và phun thuốc trừ cỏ
- Mỗi nguồn vật liệu gieo 10 hàng, mỗi hàng gieo 15 cây (150 cây/nguồn)
III KÕT QU¶ Vµ TH¶O LUËN
1 Một số đặc điểm nông, sinh học của dòng triển vọng mới chuyển khả năng kháng sâu, kháng thuốc trừ cỏ
Sau mỗi đời lai trở lại các dòng thế hệ mới đều được thử khả năng kháng sâu và kháng thuốc diệt cỏ, chỉ các dòng có biểu hiện kháng mới được sử dụng để BC hoặc
tự phối cho chu kỳ chọn lọc tiếp theo Kết quả theo dõi cho thấy, các dòng DF5, DF7 (bố mẹ của LVN4); DF4, CML161 (Bố mẹ của LVN14); 02A, 02B (bố mẹ của SC2AB); DF1, DF2 (bố mẹ của LVN10) đều biểu hiện tính kháng thuốc trừ
cỏ Glyphosate
- Kết quả đánh giá các đặc tính nông sinh học của các dòng mới kháng thuốc diệt
cỏ Glyphosate ở thế hệ BC4S2 (Viện Nghiên cứu Ngô, vụ xuân 2010) (bảng 1 và 2)
Từ bảng 1 cho thấy, các dòng chuyển gen sinh trưởng và phát triển tốt hơn, biểu hiện là có thời gian sinh trưởng ngắn và cao cây hơn; Tất cả các dòng chuyển gen đều có khả năng chống đổ tốt, mức độ bị hại do sâu đục thân tương đương và thấp hơn các dòng bình thường
Trang 3Bảng 1 Đặc điểm nông sinh học của các dòng
Dòng TGST (ngày) Cao cây (cm) Chống đổ (điểm) Sâu đục thân (điểm)
Ghi chú: CG: chuyển gen; BT: bình thường
Bảng 2 Đặc điểm nông sinh học và năng suất của các dòng
Dòng Bệnh KV (điểm) Bệnh đốm lá (điểm) Dài bắp (cm) TL hạt/bắp (%) Năng suất (tạ/ha)
CML161 1 2 2 3 14,5 14,2 73,2 72,6 26,5 25,3
Kết quả bảng 2 cho thấy, đối với các
bệnh khô vằn, đốm lá, các dòng chuyển gen
cũng biểu hiện ít bị gây hại hơn các dòng
bình thường; các dòng chuyển gen có bắp
dài hơn, tỷ lệ hạt/bắp cao hơn, năng suất
cao hơn, tuy sự chênh lệch là không có ý nghĩa nhưng đây cũng chứng tỏ các dòng chuyển gen sinh trưởng và phát triển tốt hơn các dòng ban đầu
Trang 4Dòng H1BC4 (DF5) kháng thuốc trừ cỏ
Glyphosate vẫn phát triển bình thường sau
khi phun thuốc, dòng H1 (DF5) bình thường
và cỏ dại đều bị cháy hoàn toàn
Dòng H4BC4 (DF4) kháng thuốc trừ cỏ Glyphosate vẫn phát triển bình thường sau khi phun thuốc, dòng H4 (DF4) bình thường
và cỏ dại đều bị cháy hoàn toàn
Hình 1 Một số hình ảnh thử khả năng kháng thuốc trừ cỏ của các dòng
-Kết quả theo dõi một số dòng chuyển
gen kháng sâu đục thân triển vọng
Trong quá trình đánh giá, các dòng được
thử khả năng kháng sâu đục thân bằng cách
thả sâu non tuổi 2 vào giai đoạn cây ngô có
4-5 lá với mật độ 5 con/cây Những cá thể
không bị sâu hại được tiếp tục backcross
Cho đến nay chỉ có dòng E39 trong vụ xuân 2010 biểu hiện tính kháng 100% số cá thể; các dòng DF2, DF5, CML161, 02A, 02B tỷ lệ cá thể kháng chiếm từ 20-30% Các dòng kháng được tự phối để tiếp tục quá trình chọn lọc
Hình 2 Một số hình ảnh các dòng kháng sâu triển vọng
2 Kết quả khảo sát các tổ hợp lai mới
kháng thuốc diệt cỏ glyphosate
Vụ xuân và thu 2009, khi các dòng bố
mẹ của các cặp lai LVN4, LVN14, LVN10 và SC2AB kháng thuốc diệt cỏ ở
Trang 5thế hệ BC4S1 được lai thử theo các công
thức sau:
A+ x B+ (A và B đều là dòng chuyển
gen kháng thuốc trừ cỏ)
A+ x B (A kháng thuốc trừ cỏ, B bình
thường)
A x B (A bình thường, B kháng thuốc trừ cỏ)
Các cặp lai mới được đánh giá các đặc tính nông học, khả năng kháng thuốc trừ cỏ
và so sánh với các cặp lai bình thường trong
vụ thu 2009 và xuân 2010 (bảng 3)
Bảng 3 Kết quả đánh giá các cặp lai mới
Thu 2009
Cao cây (cm) 182,7 178,5 197,4 201,5 195,3 191,6 176,5 179,3
Dài bắp (cm) 20,2 19,6 17,6 17,2 18,4 18,0 21,5 20,2
TL hạt/bắp (%) 81,4 80,7 82,0 81,5 78,6 78,3 81,3 81,0 Năng suất (tạ/ha) 88,7 85,2 80,6 78,5 90,5 87,7 96,6 94,7
Xuân 2010
Cao cây (cm) 192,5 190,4 210,3 208,5 196,6 195,4 178,5 180,7
Dài bắp (cm) 19,4 19,1 18,2 17,8 19,5 18,0 21,7 20,6
TL hạt/bắp (%) 82,0 80,8 81,9 81,5 78,5 78,3 81,6 81,2 Năng suất (tạ/ha) 90,5 87,2 83,6 82,5 93,4 91,5 102,6 98,8
Trang 6Qua đánh giá cho thấy, các giống được
chuyển gen có biểu hiện:
- Các công thức có một thành phần
kháng thuốc trừ cỏ đều thể hiện đặc tính
kháng ở con lai
- Thời gian sinh trưởng phần lớn là
tương đương hoặc ngắn hơn giống bình
thường từ 1-2 ngày
- Cao cây và chiều cao đóng bắp không
khác biệt với giống bình thường
- Năng suất tất cả các giống mới đều
cao hơn các giống gốc từ 1,1-3,8 tạ/ha tuy
nhiên sai khác này không có ý nghĩa
- Các giống mới có khả năng chống
đổ tốt, ít nhiễm bệnh lá, khả năng kết hạt
tốt hơn
Đây là kết quả trong quá trình chọn lọc
các dòng, ngoài đặc tính kháng thuốc trừ cỏ
còn chú ý đến chọn các gia đình có những
đặc điểm khác tốt hơn dòng ban đầu
Kết quả trên chứng tỏ, bằng phương pháp lai trở lại có thể chuyển được các tính trạng mong muốn khi có được các nguồn vật liệu cho Thực tế tại các nước và công
ty đi đầu trong công nghệ chuyển gen như
Mỹ và Monsanto cũng chỉ chuyển gen mong muốn vào một số nguồn sau đó chuyển sang các nguồn khác bằng lai trở lại (Xu Wenwei-University technology of Texas; Narsarimham-Cty Monsanto) Đây là một con đường hiệu quả và rất
rẻ, đặc biệt trong điều kiện nước ta hiện nay Vì các gen được chuyển vào cây ngô hiện nay đều là đơn gen và trội
Hình 3 Một số hình của các giống lai chuyển gen và giống bình thường
Trang 7T¹p chÝ khoa häc vµ c«ng nghÖ n«ng nghiÖp ViÖt Nam
7
IV KÕT LUËN Vµ §Ò NGHÞ
1 Kết luận
- Bằng phương pháp lai trở lại, các dòng bố mẹ của các giống lai phổ biến nhất ở Việt Nam (LVN10, LVN4, LVN14 và một số tổ hợp lai triển vọng khác): DF1, DF2, DF4, DF5, DF7, CML161, 02A, 02B đã được chuyển gen kháng thuốc trừ cỏ Glyphosate và các con lai đã thể hiện được đặc tính này Các dòng và con lai mới còn biểu hiện một số đặc tính ưu thế hơn các giống ban đầu như: Sinh trưởng, phát triển nhanh và khoẻ hơn, khả năng chống chịu với đổ, gãy, bệnh khô vằn, đốm lá và năng suất có cao hơn
- Đây cách làm hiệu quả, nhanh và rất rẻ, đặc biệt trong điều kiện nước ta hiện nay
2 Đề nghị
- Tiếp tục chuyển gen kháng thuốc trừ cỏ và sâu đục thân cũng như các tính trạng khác nếu
có vào các dòng triển vọng của Việt Nam
- Thử nghiệm con lai có đặc tính kháng thuốc trừ cỏ tại các vùng sinh thái chính trong cả nước
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1 Chang Ming Tang, 2005 Corn breeding Achievement in United States p: 12-21,
Proceedings of the Nith Asian Regional Maize Worshop, September 5-9, 2005, Beijing, China
2 WWW.isaa.org, ISAAA Brief No 41-2009 (executive summary), *USDA, **FAO
2008
3 www.isaa.org, Global Status of Commercialized Biotech/GM Crops: 2009
4 Upadyayula $arsarimham, 2010 Chọn tạo và phát triển giống ngô, lớp tập huấn kỹ
thuật chọn tạo giống ngô-Dự án Phát triển giống ngô Việt Nam, tháng 5-2010
5 Wanwei Xu, 2010 Chọn tạo giống ngô, lớp tập huấn kỹ thuật chọn tạo giống ngô-dự
án phát triển giống ngô Việt Nam, tháng 5-2010
PGS TS Nguyễn Văn Viết
