Nghiên cứu ứng dụng chỉ thị phân tử chọn tạo giống kháng bệnh đạo ôn trên nền di truyền của giống lúa bc15

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT VIỆN KHOA HỌC NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM  NGUYỄN THỊ NHÀI NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CHỈ THỊ PHÂN TỬ CHỌN TẠO GIỐNG KHÁNG BỆNH ĐẠO ÔN TRÊN NỀN DI

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

VIỆN KHOA HỌC NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM



NGUYỄN THỊ NHÀI

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CHỈ THỊ PHÂN TỬ CHỌN TẠO GIỐNG KHÁNG BỆNH ĐẠO ÔN TRÊN NỀN DI TRUYỀN CỦA GIỐNG LÚA BC15

LUẬN ÁN TIẾN SĨ NÔNG NGHIỆP

HÀ NỘI – 2023

VIỆN KHOA HỌC NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM



NGUYỄN THỊ NHÀI

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CHỈ THỊ PHÂN TỬ CHỌN TẠO GIỐNG KHÁNG BỆNH ĐẠO ÔN TRÊN NỀN DI

TRUYỀN CỦA GIỐNG LÚA BC15

Chuyên ngành: Di truyền và Chọn giống cây trồng

Mã số: 9620111

LUẬN ÁN TIẾN SĨ NÔNG NGHIỆP

Người hướng dẫn khoa học:

1 TS Nguyễn Thị Thanh Thủy

2 PGS.TS Lê Hùng Lĩnh

HÀ NỘI - 2023

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi dưới sự hướng dẫn của Quý thầy cô hướng dẫn và sự giúp đỡ của tập thể cán bộ nghiên cứu công tác tại Bộ môn Sinh học phân tử - Viện Di truyền Nông nghiệp Toàn bộ

số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận án là trung thực và chưa từng được

sử dụng để công bố trong các công trình nghiên cứu để nhận học vị, các thông tin trích dẫn trong luận án đều đã được chỉ rõ nguồn gốc

Hà Nội, ngày tháng năm 2023

Tác giả luận án

Nguyễn Thị Nhài

Nghiên cứu sinh xin chân thành cảm ơn tập thể các cán bộ nghiên cứu công tác tại Bộ môn Sinh học Phân tử - Viện Di truyền Nông nghiệp đã giúp

đỡ, động viên và chia sẻ kinh nghiệm trong suốt quá trình làm luận án

Nghiên cứu sinh xin bày tỏ lòng biết ơn tới Ban Giám đốc Viện Khoa học Nông nghiệp Việt Nam, Ban Thông tin và Đào tạo, Ban Lãnh đạo Viện

Di truyền Nông nghiệp, Quý thầy cô giáo đã dạy dỗ, hướng dẫn và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho Nghiên cứu sinh trong suốt quá trình học tập và hoàn thành luận án

Nghiên cứu sinh xin chân thành cảm ơn gia đình và bạn bè đã nhiệt tình động viên, quan tâm và giúp đỡ Nghiên cứu sinh trong quá trình học tập và nghiên cứu khoa học

Xin trân trọng cảm ơn!

Hà Nội, ngày tháng năm 2023

Tác giả luận án

Nguyễn Thị Nhài

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN i

LỜI CẢM ƠN ii

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT vii

DANH MỤC BẢNG ix

DANH MỤC HÌNH xii

MỞ ĐẦU 1

1 Tính cấp thiết của đề tài 1

2 Mục tiêu nghiên cứu 2

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 3

3.1 Đối tượng nghiên cứu 3

3.2 Phạm vi nghiên cứu 3

4 Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn 3

5 Tính mới của đề tài nghiên cứu 4

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 5

1.1 Tình hình sản xuất lúa gạo và ảnh hưởng của bệnh đạo ôn đến sản xuất lúa của Việt Nam 5

1.1.1 Tình hình sản xuất lúa gạo của Việt Nam 5

1.1.2 Ảnh hưởng của bệnh đạo ôn đến sản xuất lúa của Việt Nam 6

1.2 Chỉ thị di truyền và ứng dụng chỉ thị di truyền trong chọn tạo giống cây trồng 8

1.2.1 Chỉ thị di truyền 8

1.2.2 Một số phương pháp ứng dụng chỉ thị di truyền trong chọn tạo giống cây trồng 9

1.2.2.1 Chọn giống nhờ chỉ thị phân tử (MAS) 9

1.2.2.2 Chọn giống nhờ chỉ thị phân tử kết hợp lai trở lại (MABC) 10

1.3 Bệnh đạo ôn và nghiên cứu quản lý bệnh đạo ôn hại lúa 14

1.3.1 Nấm đạo ôn 14

1.3.2 Bệnh đạo ôn hại lúa 16

1.3.3 Phân loại nấm bệnh đạo ôn hại lúa 17

1.3.3.1 Phân loại dựa trên phương pháp isozyme 17

1.3.3.2 Phân loại dựa trên chỉ thị phân tử 17

1.3.3.3 Phân loại bằng bộ dòng chỉ thị 19

1.3.4 Các biện pháp quản lý bệnh đạo ôn 23

1.4 Nghiên cứu gen kháng bệnh đạo ôn và ứng dụng chỉ thị phân tử trong chọn tạo giống lúa kháng bệnh đạo ôn 25

1.4.1 Các gen kháng bệnh đạo ôn trên lúa và các chỉ thị liên kết với gen kháng 25

1.4.2 Những nghiên cứu ứng dụng chỉ thị phân tử trong chọn tạo giống lúa kháng bệnh đạo ôn trên thế giới 32

1.4.3 Những nghiên cứu ứng dụng chỉ thị phân tử trong chọn tạo giống lúa kháng bệnh đạo ôn tại Việt Nam 38

CHƯƠNG 2: NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 41

2.1 Vật liệu nghiên cứu 41

2.1.1 Vật liệu thực vật 41

2.1.2 Các chỉ thị phân tử và hóa chất 43

2.2 Nội dung nghiên cứu 43

2.3 Địa điểm nghiên cứu 44

2.4 Phương pháp nghiên cứu 44

2.4.1 Phương pháp thu thập, đánh giá và định danh nấm đạo ôn lúa 44

2.4.1.1 Phương pháp thu thập mẫu bệnh đạo ôn cổ bông 44

2.4.1.2 Phương pháp phân lập, bảo quản nấm đạo ôn (Hayashi và cs., 2009) [47] 44

2.4.1.3 Phương pháp lây nhiễm nhân tạo nấm bệnh đạo ôn (Hayashi và cs., 2009) [47] 45

2.4.1.4 Phương pháp đánh giá phản ứng bệnh trên lá lúa (JIRCAS, 2009) 46

2.4.1.5 Phương pháp định danh các nòi nấm bệnh đạo ôn (Hayashi và cs., 2009) [47] 47

2.4.2 Phương pháp xác định các gen kháng bệnh đạo ôn còn hiệu lực 50

2.4.3 Phương pháp chọn giống bằng chỉ thị phân tử và lai trở lại (MABC) 50

2.4.3.1 Phương pháp lai tạo, chọn lọc cá thể, phát triển quần thể tích hợp đa gen kháng bệnh đạo ôn 50

2.4.3.2 Phương pháp sinh học phân tử 51

2.4.3.3 Phương pháp bố trí, theo dõi, đánh giá thí nghiệm đồng ruộng và đánh giá tính kháng đạo ôn của dòng lúa triển vọng trong điều kiện lây nhiễm nhân tạo 52

2.4.4 Phương pháp tính toán, xử lý số liệu 55

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 57

3.1 Thu thập, đánh giá và định danh các nòi nấm bệnh đạo ôn gây hại ở các tỉnh phía bắc 57 3.1.1 Thu thập, phân lập và lưu giữ mẫu nấm bệnh đạo ôn ở các tỉnh phía Bắc 57 3.1.2 Đánh giá độc tính và định danh các nòi nấm đạo ôn phổ biến tại các tỉnh phía Bắc 61

3.1.2.1 Đánh giá độc tính của các mẫu nấm bệnh đạo ôn trên bộ dòng lúa chỉ thị 61 3.1.2.2 Kết quả định danh các nòi nấm bệnh đạo ôn tại các tỉnh phía Bắc dựa trên kiểu phản ứng bệnh của bộ các dòng lúa chỉ thị 69

3.2 Xác định các gen kháng bệnh đạo ôn hiệu quả tại các tỉnh phía bắc và chọn lọc các chỉ thị phân tử liên kết với các gen kháng bệnh đạo ôn 73 3.2.1 Xác định các gen kháng bệnh đạo ôn hiệu quả tại các tỉnh phía Bắc thông qua đánh giá kiểu hình tính kháng với các nòi nấm đạo ôn 73 3.2.2 Chọn lọc bộ chỉ thị phân tử liên kết phục vụ cho công tác chọn tạo giống lúa kháng bệnh đạo ôn 74

3.2.2.1 Xác định chỉ thị phân tử liên kết cho đa hình giữa các dòng lúa mang đơn gen kháng trên locut Piz với giống lúa BC15 76 3.2.2.2 Xác định chỉ thị phân tử liên kết cho đa hình giữa các dòng mang đơn gen kháng trên locut Pik với giống lúa BC15 77

3.3 Xây dựng và chọn tạo nguồn vật liệu chọn giống 79 3.3.1 Lựa chọn bố mẹ, chọn lọc bộ chỉ thị phân tử cho đa hình và lai tạo quần thể F1 79

3.3.1.1 Chọn lọc nguồn vật liệu bố mẹ cho lai tạo 79 3.3.1.2 Chọn lọc bộ chỉ thị phân tử đa hình giữa giống gốc BC15 và các dòng vật liệu chọn giống 81 3.3.1.3 Lai tạo quần thể F 1 83

3.3.2 Lai tạo, đánh giá và chọn lọc cá thể con lai mang gen kháng trong các

quần thể lai trở lại 83

3.3.2.1 Lai tạo, đánh giá và chọn lọc cá thể trong các quần thể lai trở lại 83

3.3.2.2 Tự thụ, chọn tạo dòng lúa mang đơn gen kháng đạo ôn hữu hiệu và mang nền di truyền của giống lúa BC15 87

3.4 Tích hợp hai gen kháng bệnh đạo ôn hữu hiệu vào giống lúa BC15 90

3.4.1 Đánh giá, chọn lọc nguồn vật liệu cho phép lai tích hợp hai gen kháng, chọn lọc bộ chị thị phân tử cho phân tích nền di truyền 90

3.4.1.1 Xác nhận sự có mặt của gen kháng và đánh giá đặc điểm nông học, tiềm năng năng suất của vật liệu chọn giống 90

3.4.1.2 Chọn lọc bộ chỉ thị phân tử đa hình giữa giống gốc BC15 và các dòng vật liệu chọn giống 93

3.4.1.3 Phân tích nền di truyền các dòng vật liệu chọn giống bằng chỉ thị phân tử 96

3.4.2 Tích hợp hai gen kháng bệnh đạo ôn Pik-h , Pi9(t) vào giống lúa BC15 98

3.4.2.1 Lai tạo quần thể, phân tích kiểu gen và chọn lọc cá thể mang hai gen kháng đạo ôn Pik-h, Pi9(t) 98

3.4.2.2 Phát triển quần thể tự thụ, phân tích kiểu gen quần thể và chọn lọc cá thể mang hai gen kháng đạo ôn Pik-h và Pi9(t) 101

3.5 Phát triển và chọn lọc dòng thuần BC15 mang hai gen kháng bệnh đạo ôn Pik-h, Pi9(t) 110

3.5.1 Đánh giá các đặc điểm nông học, năng suất và mức độ nhiễm sâu bệnh của các dòng thuần triển vọng trên đồng ruộng 110

3.5.2 Đánh giá các đặc điểm nông học, năng suất, chất lượng, mức độ nhiễm sâu bệnh và xác định gen kháng của dòng lúa BC15.4.2 trên đồng ruộng 113

KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 119

1 KẾT LUẬN 119

2 ĐỀ NGHỊ 120

DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN 121

TÀI LIỆU THAM KHẢO 122

PHỤ LỤC 140

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT Chữ viết tắt Thuật ngữ Tiếng Anh Thuật ngữ Tiếng Việt

ADN Acid Deoxyribo Nucleic Axít Deoxyribonucleic AFLP Amplified Fragment Length

Polymorphism

Đa hình chiều dài các đoạn được nhân bản chọn lọc

CAPS Cleaved Amplified Polymorphic

Sequences

Trình tự đa hình được khuếch đại đã phân cắt

CV Coefficient of variation Hệ số biến động

FAO Food and Agriculture Organization

of the United Nations

Tổ chức Lương thực và Nông nghiệp Liên hợp quốc

INTA National Agricultural Technology

Institute

Viện Nghiên cứu Công nghệ nông nghiệp Quốc gia Achentina

IRRI International Rice Research

Institute

Viện Nghiên cứu lúa Quốc tế

JIRCAS Japan International Research

Center for Agricultural Sciences

Trung tâm Nghiên cứu Khoa học Nông nghiệp Quốc tế Nhật Bản

LSD Least Significant Difference Sai biệt nhỏ nhất có ý

nghĩa MAS Marker Assisted Selection Chọn lọc nhờ chỉ thị

phân tử MABC Marker Assisted Backcrossing Chọn lọc dựa vào chỉ thị

phân tử và lai trở lại NILs Near Isogenic Lines Các dòng cận di truyền

PCR Polymerase Chain Reaction Phản ứng chuỗi trùng

hợp QTL Quantitative trait locus Lô-cut tính trạng số

lượng

RAPD Random Amplification of

Polymorphic DNA)

Đa hình ADN được nhân bản ngẫu nhiên RFLP Restriction Fragment Length

STS Sequence-tagged site Vị trí được gắn thẻ trình

tự

DANH MỤC BẢNG

1.1 Kết quả dự kiến của phương pháp MABC - 13

1.2 Bộ dòng lúa chỉ thị mang đơn gen kháng đạo ôn (LTH Monogenic line) - 20

1.3 Vị trí trên nhiễm sắc thể của các gen kháng bệnh đạo ôn ở lúa - 26

1.4 Danh sách các chỉ thị phân tử liên kết các gen kháng bệnh đạo ôn ở lúa - 27

2.1 Bộ dòng lúa chỉ thị mang đơn gen kháng đạo ôn và giống lúa chuẩn nhiễm LTH được sử dụng trong nghiên cứu - 41

2.2 Các dòng lúa mang đơn gen kháng đạo ôn sử dụng trong nghiên cứu - 42

2.3 Cách xác định nòi bệnh đạo ôn trên cơ sở nhiễm bệnh của các dòng đơn gen - 49

2.4 Thang điểm đánh giá chất lượng cảm quan của cơm - 54

2.5 Xếp hạng chất lượng cảm quan của cơm - 54

2.6 Phản ứng của dòng/ giống lúa với bệnh đạo ôn - 54

3.1 Địa điểm và số mẫu bệnh đạo ôn cổ bông thu thập ở các vùng sinh thái phía Bắc Việt Nam (2012 - 2016) - 58

3.2 Kết quả phân lập các mẫu nấm bệnh đạo ôn ở các vùng sinh thái phía Bắc Việt Nam - 60

3.3 Kết quả đánh giá độc tính của các mẫu nấm bệnh đạo ôn trên các dòng lúa mang đơn gen kháng thuộc nhóm locut U và locut Pii - 64

3.4 Kết quả đánh giá độc tính của các mẫu nấm bệnh đạo ôn trên các dòng lúa mang đơn gen kháng nhóm locut Pik - 65

3.5 Kết quả đánh giá độc tính của các mẫu nấm bệnh đạo ôn trên các dòng lúa mang đơn gen kháng nhóm locut Piz - 66

3.6 Kết quả đánh giá độc tính của các mẫu nấm bệnh đạo ôn trên các

dòng lúa mang đơn gen kháng nhóm locut Pita - 67

3.7 Kết quả định danh các nòi nấm đạo ôn thu thập từ các tỉnh phía

Bắc Việt Nam - 70 3.8 Danh sách 24 nòi nấm đạo ôn đại diện cho các tỉnh phía Bắc

phục vụ thí nghiệm lây nhiễm nhân tạo - 72 3.9 Các đặc điểm nông học và mức độ nhiễm sâu bệnh của các

dòng/giống lúa bố mẹ trong vụ Xuân 2014 (Hoài Đức, Hà Nội) - 80 3.10 Kết quả sàng lọc chỉ thị đa hình trên 12 nhiễm sắc thể giữa

giống lúa BC15 với các dòng lúa cho gen kháng - 82 3.11 Kết quả chọn lọc các cá thể trong các quần thể lai trở lại [(BC15

x AH3) x BC15] - 84 3.12 Kết quả chọn lọc các cá thể trong các quần thể lai trở lại [(BC15

x IRBLkh-K3[CO]) x BC15] - 86 3.13 Kết quả chọn lọc các cá thể con lai tích hợp đơn gen kháng bệnh

đạo ôn thế hệ BC4F2 trong vụ Mùa 2016 - 88 3.14 Các đặc điểm nông học và mức độ nhiễm sâu bệnh của các

dòng/giống vật liệu trong vụ Xuân 2017 (Hoài Đức, Hà Nội) - 91 3.15 Kết quả sàng lọc chỉ thị phân tử đa hình trên 12 NST giữa các

giống lúa BC15, IRBLkh-K3[CO] và AH3 - 94 3.16 Đặc điểm nông học của 27 cá thể tích hợp hai gen kháng bệnh

đạo ôn trong vụ Mùa 2018 (Hoài Đức, Hà Nội) - 102 3.17 Kết quả đánh giá lây nhiễm nhân tạo của các dòng/giống lúa với

24 nòi nấm đạo ôn đại diện cho các tỉnh phía Bắc trong vụ Xuân

2019 (theo thang điểm IRRI, 2013) - 106 3.18 Kết quả kháng/nhiễm của các dòng/giống lúa với 24 nòi nấm

đạo ôn đại diện các tỉnh phía Bắc trong vụ Xuân 2019 (theo

thang điểm IRRI, 2013) - 107 3.19 Đặc điểm nông học và các yếu tố cấu thành năng suất của 10

dòng lúa tích hợp hai gen kháng bệnh đạo ôn trong vụ Xuân

2019 (Hoài Đức, Hà Nội) - 109 3.20 Mức độ nhiễm sâu bệnh của các dòng/giống lúa nghiên cứu

trong vụ Mùa 2019 (Hoài Đức, Hà Nội) - 111 3.21 Đặc điểm nông học của 3 dòng lúa tích hợp hai gen kháng bệnh

đạo ôn trong vụ Mùa 2019 (Hoài Đức, Hà Nội) - 112 3.22 Mức độ nhiễm sâu bệnh của dòng lúa BC15.4.2 và giống lúa

BC15 trong vụ Xuân 2020 (Hoài Đức, Hà Nội) - 114 3.23 Đặc điểm nông học của dòng lúa BC15.4.2 và giống lúa BC15

trong vụ Xuân 2020 (Hoài Đức, Hà Nội) - 115 3.24 Kết quả đánh giá chất lượng cơm gạo của dòng lúa BC15.4.2 và

giống lúa BC15 - 116

DANH MỤC HÌNH

1.1 Diện tích và sản lượng lúa qua các năm tại Việt Nam [19] - 5

1.2 Phương pháp chọn tạo giống bằng chỉ thị phân tử - 10

1.3 Chu kỳ xâm nhiễm của nấm đạo ôn trên lá lúa [33] - 15

1.4 Triệu chứng bệnh đạo ôn trên các bộ phận của cây lúa (IRRI Rice Knowledge Bank) [125] - 16

2.1 Thang đánh giá điểm tiêu chuẩn (JIRCAS, 2009) - 47

2.2 Sơ đồ các bước triển khai thực hiện luận án - 56

3.1 Ruộng nhiễm bệnh đạo ôn tại Hoài Đức, Hà Nội (vụ Xuân 2016) - 57

3.2 Phân lập và lưu giữ các nòi nấm bệnh đạo ôn - 59

3.3 Thí nghiệm lây nhiễm nhân tạo các mẫu nấm bệnh đạo ôn lên bộ dòng/giống lúa chỉ thị - 61

3.4 Biểu đồ tỷ lệ các nòi nấm đạo ôn gây nhiễm trên các dòng lúa chỉ thị trong nghiên cứu - 74

3.5 Kết quả khảo sát đa hình của các dòng/ giống lúa vật liệu với các chỉ thị liên kết với gen kháng Pi9(t) và Piz-5 trên gel agarose 2,5% - 77

3.6 Kết quả khảo sát đa hình của các dòng/giống lúa với các chỉ thị RM1233, RM206, RM224, RM2136 trên gel agarose 2,5% - 77

3.7 Kết quả khảo sát đa hình của các dòng/giống lúa với các chỉ thị k4761F2/R, k6816, RM144, RM4112 và RM7654B trên gel agarose 2,5% - 78

3.8 Kết quả điện di sản phẩm PCR của các giống lúa với chỉ thị phân tử SSR trên gel agarose 2,5% - 82

3.9 Kết quả phân tích kiểu gen kháng của quần thể BC1F1 [(BC15 x AH3) x BC15] với chỉ thị pB8 liên kết đặc hiệu với gen Pi9(t) - 84

3.10 Kết quả phân tích kiểu gen kháng của quần thể BC3F1 [(BC15 x

IRBLkh-K3[CO])///BC15] với chỉ thị RM224 liên kết gen Pik-h - 85

3.11 Kết quả phân tích nền di truyền các cá thể của quần thể BC4F1

[(BC15 x IRBLkh-K3[CO])////BC15] với chỉ thị RM3447 trên

NST số 1 - 86 3.12 Kết quả phân tích kiểu gen kháng của quần thể BC4F2 [(BC15 x

AH3) x BC15] với chỉ thị pB8 liên kết đặc hiệu với gen Pi9(t) - 88

3.13 Kết quả phân tích kiểu gen kháng của quần thể BC4F2 [(BC15 x

IRBLkh-K3[CO])///BC15] với chỉ thị RM224 liên kết gen Pik-h - 89

3.14 Kết quả thí nghiệm lây nhiễm nhân tạo các cá thể con lai thế hệ

BC4F2 tích hợp đơn gen kháng với nòi nấm đạo ôn I2a (vụ Mùa

2016) - 89 3.15 Thí nghiệm gieo trồng và đánh giá nguồn vật liệu lai tạo tại

Hoài Đức, Hà Nội (vụ Xuân 2017) - 92 3.16 Kết quả phân tích kiểu gen kháng của các cá thể của dòng lúa

BC15-Pik-h với chỉ thị RM224 - 93

3.17 Kết quả phân tích kiểu gen kháng của các cá thể của dòng lúa

BC15-Pi9(t) với chỉ thị đặc hiệu pB8 - 93

3.18 Bản đồ liên kết các chỉ thị phân tử đa hình giữa các giống lúa

kháng với chỉ thị RM224 liên kết gen Pik-h - 99

3.22 Kết quả phân tích kiểu gen kháng của quần thể tích hợp hai gen

kháng với chỉ thị pB8 liên kết đặc hiệu với gen Pi9(t) - 99

3.23 Kết quả phân tích nền di truyền 30 cá thể của quần thể tích hợp

hai gen kháng với chỉ thị RM11475 trên NST số 1 - 99 3.24 Kết quả phân tích nền di truyền của cá thể số 4 bằng phần mềm

GGT v 2.0 - 100 3.25 Kết quả phân tích kiểu gen kháng của các cá thể với chỉ thị

RM224 liên kết gen kháng Pik-h - 101

3.26 Kết quả phân tích kiểu gen kháng của các cá thể với chỉ thị pB8

liên kết đặc hiệu với gen Pi9(t) - 101

3.27 Kết quả thí nghiệm lây nhiễm nhân tạo các dòng lúa tích hợp

hai gen kháng đạo ôn với các nòi nấm đạo ôn đại diện (vụ Xuân

2019) - 105 3.28 Kết quả phân tích kiểu gen kháng của các cá thể với chỉ thị

RM224 liên kết gen Pik-h - 108

3.29 Kết quả phân tích kiểu gen kháng của các cá thể với chỉ thị pB8

liên kết chặt với gen Pi9(t) - 108

3.30 Thí nghiệm chọn tạo các dòng lúa BC15 tích hợp hai gen kháng

bệnh đạo ôn (vụ Mùa 2019) - 113 3.31 Hạt thóc và hạt gạo lật của các dòng/giống lúa - 116

3.32 Kết quả phân tích kiểu gen các cá thể của dòng lúa BC15.4.2

với chỉ thị RM224 liên kết gen kháng Pik-h - 117

3.33 Kết quả phân tích kiểu gen các cá thể của dòng lúa BC15.4.2

với chỉ thị pB8 liên kết chặt với gen Pi9(t) - 117

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Lúa gạo (Oryza sativa L.) là cây trồng chính cung cấp lương thực cho

hơn một phần ba dân số thế giới và là nguồn cung cấp lương thực đảm bảo an ninh lương thực toàn cầu [33] Ngành sản xuất lúa gạo vẫn cần được duy trì trong các thập kỷ tới Những ảnh hưởng của biến đổi khí hậu tạo điều kiện thuận lợi cho sự bùng phát dịch bệnh gây hại [90] Hàng năm có hàng triệu hecta trồng lúa trên khắp thế giới đã bị nhiễm sâu bệnh hại, làm ảnh hưởng nghiêm trọng đến năng suất và chất lượng lúa gạo Trong số các loại bệnh hại

trên cây lúa, bệnh đạo ôn do nấm Pyricularia oryzae Cavara gây ra là loại

bệnh hại nghiêm trọng nhất ở hầu hết các vùng trồng lúa trên thế giới, dẫn đến mất mùa lên tới 70 - 80% [97]

Nghiên cứu chọn tạo giống lúa kháng bệnh đạo ôn hiện đang là mục tiêu của nhiều chương trình chọn tạo giống lúa trên thế giới Việc sử dụng những gen kháng phổ rộng, quy tụ nhiều gen kháng vào cùng một giống bằng phương pháp chọn giống nhờ chỉ thị phân tử và lai trở lại sẽ giúp tạo ra các giống lúa kháng phổ rộng và kháng bền vững với bệnh đạo ôn [122] Kết quả phân tích cũng cho thấy việc tích hợp nhiều gen kháng sẽ giúp tăng hiệu quả kháng với nấm đạo ôn [88] Do vậy, việc lựa chọn tích hợp những gen kháng phù hợp vào nền di truyền của các giống lúa trồng phổ biến đã được nhiều nhà khoa học trên thế giới quan tâm Nhờ áp dụng các phương pháp chọn giống dựa vào chỉ thị phân tử (MAS, MABC), nhiều giống lúa năng suất, chất lượng đã được cải tiến thành công tính kháng đạo ôn [85], [103] những giống lúa cải tiến sẽ nhanh chóng được đưa vào sản xuất đại trà

Hiện nay, hầu hết các giống lúa trồng chủ lực ở các tỉnh phía Bắc nước

ta đều bị nhiễm đạo ôn với mức độ khác nhau Tuy nhiên, đại đa số nông dân vẫn coi thuốc hóa học là phương pháp hiệu quả để phòng trừ bệnh hại Việc

thay đổi tập quán canh tác, mở rộng diện tích gieo trồng các giống lúa kháng

sẽ giúp mang lại lợi ích kinh tế, bảo vệ sức khỏe cho người dân và bảo vệ môi trường sinh thái

Để có cơ sở cải tiến hiệu quả tính kháng bệnh đạo ôn cho cây lúa, việc nghiên cứu đánh giá độc tính của quần thể nấm gây bệnh đạo ôn, chọn lọc nguồn gen kháng bệnh còn hiệu lực và định hướng tích hợp nhiều gen kháng vào nền giống lúa trồng phổ biến chính là cách tiếp cận tối ưu nhất cho công tác chọn tạo giống lúa kháng bệnh đạo ôn bền vững trong nước

Giống lúa BC15 là giống lúa cho năng suất cao, thích ứng rộng, chất lượng cơm tốt Sau 10 năm tham gia vào cơ cấu sản xuất của miền Bắc, Nam Trung Bộ, Tây Nguyên và một số tỉnh Nam Bộ, giống lúa BC15 thể hiện nhiều ưu thế vượt trội, góp phần tăng năng suất lúa cả nước lên 8 - 10% so với năm 2008 [1] Mặc dù là giống lúa chủ lực, năng suất cao, chất lượng tốt, song giống lúa BC15 thường bị nhiễm đạo ôn, nhất là sản xuất ở vụ xuân, khi gặp thời tiết không thuận lợi thì năng suất và sản lượng bị ảnh hưởng rất

nhiều Chính vì vậy, chúng tôi tiến hành nghiên cứu đề tài: “Nghiên cứu ứng

dụng chỉ thị phân tử chọn tạo giống kháng bệnh đạo ôn trên nền di truyền của giống lúa BC15”

2 Mục tiêu nghiên cứu

- Thu thập, phân lập, đánh giá độc tính các nòi nấm bệnh đạo ôn lúa ở các tỉnh phía Bắc từ đó xác định được bộ nòi nấm đại diện sử dụng cho việc đánh giá kiểu hình tính kháng bệnh cho các dòng/giống lúa

- Xác định được các gen kháng hiệu quả với bệnh đạo ôn lúa và bộ chỉ thị phân tử liên kết với gen kháng phục vụ cho công tác chọn tạo giống lúa kháng bệnh đạo ôn tại các tỉnh phía Bắc

- Chọn tạo được dòng/giống lúa kháng bệnh đạo ôn mang nền di truyền của giống lúa BC15

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

3.1 Đối tượng nghiên cứu

Giống lúa BC15, các dòng lúa mang đơn gen kháng đạo ôn nhập nội từ IRRI, các mẫu bệnh đạo ôn cổ bông thu thập trên đồng ruộng, các gen kháng bệnh đạo ôn và các chỉ thị phân tử liên kết với gen kháng

- Tích hợp các gen kháng bệnh đạo ôn hữu hiệu vào giống lúa BC15

- Đánh giá dòng/giống lúa BC15 mang đa gen kháng đạo ôn trong điều kiện nhân tạo và ngoài đồng ruộng

- Các thí nghiệm được tiến hành từ năm 2012, thời gian thực hiện chính

từ năm 2016 đến năm 2020

4 Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn

- Ý nghĩa khoa học:

Kết quả nghiên cứu đã cung cấp các thông tin về các nòi nấm bệnh đạo

ôn gây độc tại các tỉnh phía Bắc Việt Nam, các gen kháng bệnh đạo ôn còn hiệu lực và chọn tạo được các dòng lúa tích hợp hai gen kháng bệnh đạo ôn

hữu hiệu Pik-h và Pi9(t)

- Ý nghĩa thực tiễn:

Chọn tạo được dòng BC15 tích hợp 2 gen kháng hữu hiệu Pik-h và

Pi9(t), mang các đặc điểm nông học tốt của giống BC15

Các dòng lúa tích hợp hai gen kháng bệnh đạo ôn Pik-h và Pi9(t) có thể

sử dụng làm nguồn vật liệu cho các chương trình chọn tạo giống kháng bệnh đạo ôn trong nước

5 Tính mới của đề tài nghiên cứu

- Đã xác định được bộ nòi nấm đạo ôn lúa đại diện cho các tỉnh phía Bắc phục vụ cho các thí nghiệm đánh giá kiểu hình tính kháng bệnh đạo ôn cho cây lúa

- Công trình đã bổ sung các kết quả nghiên cứu mới nhất về các gen kháng bệnh đạo ôn còn hiệu lực tại các tỉnh phía Bắc, xác định được bộ chỉ thị phân tử liên kết với gen kháng phục vụ trực tiếp cho công tác chọn tạo giống lúa kháng bệnh đạo ôn bền vững tại các tỉnh phía Bắc Việt Nam

- Đã chọn tạo thành công dòng lúa BC15 tích hợp hai gen kháng bệnh

đạo ôn hữu hiệu Pik-h và Pi9(t), đồng thời vẫn giữ được các đặc điểm nông

học tốt của giống gốc BC15

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 Tình hình sản xuất lúa gạo và ảnh hưởng của bệnh đạo ôn đến sản xuất lúa của Việt Nam

1.1.1 Tình hình sản xuất lúa gạo của Việt Nam

Lúa gạo vừa là nguồn lương thực quan trọng, vừa là mặt hàng xuất khẩu chiến lược của Việt Nam Xuất khẩu gạo có vai trò quan trọng đối với phát triển kinh tế - xã hội của Việt Nam Những năm gần đây, ngành gạo đã

có những bước phát triển vượt bậc và đạt được nhiều kết quả Hàng năm, lượng gạo của Việt Nam xuất khẩu chiếm khoảng 15% tổng lượng gạo xuất khẩu toàn thế giới Hạt gạo Việt đã có mặt trên 150 nước và vùng lãnh thổ Thị trường xuất khẩu chính là châu Á, trong đó, Trung Quốc và Philippines là hai thị trường chính của xuất khẩu gạo

Từ năm 2018 đến năm 2021 sản lượng lúa tăng mặc dù diện tích trồng lúa giảm (Hình 1.1) Tổng diện tích gieo trồng lúa cả năm 2021 đạt 7,24 triệu

ha, tuy giảm khoảng 40 nghìn ha so với năm trước nhưng sản lượng lúa đạt 43,8 triệu tấn, tăng 1,1 triệu tấn [19]

Hình 1.1 Diện tích và sản lượng lúa qua các năm tại Việt Nam [19]

Sản lượng lúa đáp ứng nhu cầu tiêu dùng trong nước, đảm bảo an ninh lương thực, phục vụ chế biến và xuất khẩu Sản xuất lúa gạo tiếp tục xu

hướng tăng tỷ lệ sử dụng giống lúa chất lượng cao để nâng cao giá trị

“Thương hiệu hạt gạo Việt”, xuất khẩu gạo giảm về khối lượng nhưng tăng về giá trị

Vụ đông xuân là vụ lúa cho tỷ trọng sản lượng lớn nhất trong năm, chiếm gần 47% sản lượng lúa sản xuất cả năm Diện tích gieo trồng lúa đông xuân 2021 cả nước đạt 3.006,8 nghìn ha, bằng 99,4% vụ đông xuân năm trước

do xu hướng đô thị hóa, chuyển dịch lao động và chuyển đổi cơ cấu sản xuất cây trồng Sản lượng đạt 20.629,5 nghìn tấn, tăng 755,1 nghìn tấn so với vụ đông xuân năm trước Trong đó các tỉnh phía Bắc, sản lượng đạt 7.004,1 nghìn tấn, tăng 128,7 nghìn tấn [19]

Năng suất lúa đã và đang được cải thiện một cách đáng kể, năm 2017 năng suất bình quân cả nước 5,5 tấn/ha, đến năm 2022 năng suất bình quân đạt 6,0 tấn/ha, điều này có được là nhờ việc áp dụng các tiến bộ khoa học kỹ thuật nông nghiệp vào sản xuất một cách rộng rãi hơn

Sản xuất thâm canh cao giúp năng suất và sản lượng tăng tuy nhiên vẫn còn rất nhiều khó khăn để tạo được sản xuất lúa gạo bền vững trước những thách thức biến đổi khí hậu và sâu bệnh hại, đặc biệt là bệnh đạo ôn lúa thường xảy ra vào vụ đông xuân

1.1.2 Ảnh hưởng của bệnh đạo ôn đến sản xuất lúa của Việt Nam

Một vài năm trở lại đây, trước những biến đổi bất lợi của điều kiện ngoại cảnh bệnh đạo ôn có nguy cơ bùng phát triển diện rộng và có thể phát triển thành dịch nếu không được phát hiện kịp thời Theo số liệu thống kê của Cục Bảo vệ thực vật, trong tuần 1 tháng 5/2021, diện tích lúa Đông Xuân bị nhiễm bệnh đạo ôn lá 9.401 ha (tăng 1.213 ha so với kỳ trước, tăng 2.048 ha

so với cùng kỳ năm trước), phòng trừ 8.622 ha, phân bố chủ yếu tại các tỉnh Kiên Giang, Long An, An Giang, Hậu Giang, Đồng Tháp, Bình Thuận, Gia Lai, Lâm Đồng… Diện tích lúa nhiễm bệnh đạo ôn cổ bông 2.107 ha (tăng

511 ha so với kỳ trước, giảm 416 ha với cùng kỳ năm trước) mất trắng 1,6 ha tại Hải Phòng, diện tích phòng trừ trong kỳ 80.564 ha, phân bố chủ yếu tại các tỉnh Kiên Giang, Tiền Giang, Cần Thơ, Điện Biên, Bắc Ninh, Hà Nội, Quảng Bình…[5]

Năm 2021, theo báo cáo của sở Nông nghiệp và Phát triển nông thôn thành phố Hà Nội, diện tích gieo cấy vụ Đông Xuân (85,1 nghìn ha) lớn nhất của vùng Đồng bằng sông Hồng, nhóm lúa thuần năng suất cao chiếm 32% diện tích gieo cấy là các giống BC15, Thiên Ưu 8, Khang Dân….[18] Theo báo cáo sơ kết công tác bảo vệ thực vật của chị cục trồng trọt và bảo vệ thực vật Hà Nội, diện tích lúa bị nhiễm đạo ôn lá 641,62 ha (nhiễm nặng 5 ha), đạo

ôn cổ bông nhiễm 181,286 ha (nhiễm nặng 11,2 ha), các giống lúa nhiễm nặng BC15, TBR225, J02, Nếp 9603, phân bố ở các huyện Ứng Hòa, Thạch Thất, Chương Mỹ….[3]

Năm 2021, Nghệ An có diện tích gieo cấy vụ Đông Xuân (91,7 nghìn ha) lớn thứ hai của vùng Bắc Trung bộ Theo báo cáo sơ kết công tác bảo vệ thực vật vụ Xuân 2021 của chi cục trồng trọt và bảo vệ thực vật tỉnh Nghệ

An, bệnh đạo ôn lá đã phát sinh gây hại trên diện rộng Toàn tỉnh có trên 1.777,63 ha lúa nhiễm bệnh, trong đó có 134,4 ha nhiễm nặng và 11,03 ha mất trắng So với năm 2020 diện tích nhiễm giảm 567,4 ha, diện tích nhiễm nặng giảm 129,6 ha và mất trắng giảm 13,57 ha Bệnh đạo ôn cổ bông đã phát sinh gây hại cục bộ song một số diện tích có mức độ gây hại khá cao Toàn tỉnh đã có trên 494,1 ha lúa nhiễm bệnh, trong đó có 45,9 ha nhiễm nặng So với năm 2020 diện tích nhiễm tăng 223,9 ha, nhiễm nặng tăng 2,15 ha Các địa phương có diện tích nhiễm lớn gồm: Yên Thành, TP.Vinh, Hưng Nguyên, Tân Kỳ, Nghi Lộc, Đô Lương, Các giống nhiễm nặng BC15, TBR225, AC5…[4]

Hàng năm, diện tích lúa bị nhiễm bệnh đạo ôn lá và đạo ôn cổ bông tăng lên nhanh chóng và mức độ tăng dần Giống lúa BC15 bị nhiễm nhiều ở

vụ Đông Xuân Nhiều giải pháp đã được áp dụng có hiệu quả trong hạn chế

sự gây hại của bệnh đạo ôn tuy nhiên việc sử dụng giống kháng bệnh đạo ôn bền vững vẫn là giải pháp hiệu quả nhất Do vậy việc nghiên cứu ứng dụng chỉ thị phân tử trong chọn tạo giống kháng bệnh đạo ôn trên nền giống lúa BC15 là rất cần thiết

1.2 Chỉ thị di truyền và ứng dụng chỉ thị di truyền trong chọn tạo giống cây trồng

đó cho biết sự có mặt hay vắng mặt của gen hoặc QTL quan tâm và không ảnh hưởng đến kiểu hình tính trạng Do vậy ứng dụng chỉ thị phân tử trong chọn giống có thể hiểu đơn giản là sử dụng các kỹ thuật ở các cấp độ phân tử ADN, kết hợp với bản đồ liên kết và hệ gen nhằm mục đích thay đổi hoặc cải tiến các tính trạng mong muốn ở cây trồng

1.2.2 Một số phương pháp ứng dụng chỉ thị di truyền trong chọn tạo giống cây trồng

1.2.2.1 Chọn giống nhờ chỉ thị phân tử (MAS)

Trước khi triển khai chương trình chọn giống nhờ chỉ thị phân tử cần đáp ứng một số yêu cầu sau: (a) Bản đồ di truyền với một số lượng hợp lý các chỉ thị đa hình tại các vùng tương đồng để định vị chính xác các gen hoặc QTL quan tâm; (b) Mối liên kết chặt giữa chỉ thị và gen/QTL nghiên cứu; (c)

Sự tái tổ hợp phù hợp giữa các chỉ thị và phần còn lại của bộ gen; (d) Khả năng đánh giá một số lượng lớn cá thể trong một không gian, thời gian và mức chi phí hợp lý [37]

Hai dạng chỉ thị mang lại những ứng dụng hiệu quả cho MAS gồm có: (1) loại chỉ thị được định vị ngay trên phạm vi gen/QTL quan tâm tại vị trí 0 cM, đây là trường hợp lý tưởng nhất cho MAS, nhưng rất khó tìm kiếm loại chỉ thị này; (2) nhóm chỉ thị có khuynh hướng di truyền cùng với gen/QTL quan tâm Mối liên kết chỉ thị - gen được nhận biết khi gen và chỉ thị có khoảng cách vật lý gần nhau Chọn lọc dựa trên loại chỉ thị này gọi là dựa trên liên kết không cân bằng (LD) Một số khía cạnh các nhà chọn giống cần quan tâm trước khi thực hiện chương trình chọn giống là: Giảm thiểu liên kết kéo theo bằng việc sử dụng các chỉ thị cận biên (flanking marker) liên kết chặt với gen mục tiêu; giảm thiểu kích thước quần thể, có nghĩa cần

ít nhất một cá thể tái tổ hợp giữa gen mục tiêu và chỉ thị cận biên trong khoảng cách < 5cM; số lượng gen chuyển, khoảng cách chỉ thị QTL và chỉ thị cận biên sử dụng; tần số các kiểu gen mong muốn; đánh giá kiểu gen và hiệu quả chọn lọc tính trạng quan tâm [45]

Như vậy, phương pháp MAS bước đầu tiên là xác định chỉ thị phân tử liên kết gen/locus gen quy định tính trạng mong muốn (lập bản đồ QTLs/gen) Bước 2 là sử dụng chỉ thị phân tử liên kết QTLs/gen sàng lọc

các cá thể mang gen/locus gen đích trong các quần thể phân ly trong chọn tạo giống (Hình 1.2) Phương pháp MAS mang lại nhiều thuận lợi như: đơn giản hơn nhiều so với phương pháp chọn giống truyền thống, đặc biệt đối với tính trạng khó, có thể tiết kiệm thời gian và kinh phí Chọn lọc cá thể mang gen tại giai đoạn cây con và các kiểu gen cây trồng không mong muốn

có thể nhanh chóng bị loại bỏ [59], có độ chính xác cao, không ảnh hưởng bởi tác nhân môi trường, có thể phân biệt được cá thể đồng hợp tử, dị hợp tử

và chọn lọc chính xác cá thể

Hình 1.2 Phương pháp chọn tạo giống bằng chỉ thị phân tử

1.2.2.2 Chọn giống nhờ chỉ thị phân tử kết hợp lai trở lại (MABC)

Với sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ sinh học, các nhà khoa học

đã ứng dụng nhiều phương pháp mới để hỗ trợ cho chọn tạo giống truyền thống (đột biến phân tử, chỉ thị phân tử, công nghệ chuyển gen ) Một trong những phương pháp hỗ trợ hiệu quả nhất cho chọn giống truyền thống và được ứng dụng rộng rãi trong chọn tạo giống cây trồng hiện nay là phương

pháp chọn giống nhờ chỉ thị phân tử kết hợp lai trở lại (Marker-Assisted Backcrossing - MABC) MABC là phương pháp thiết thực và rất hiệu quả trong việc cải tiến các nền di truyền ưu tú với một vài tính trạng mong muốn mới Nguyên lý của phương pháp MABC là chuyển một QTL/gen từ dòng cho gen vào dòng nhận gen đồng thời chọn lọc phần hệ gen còn lại bằng chỉ thị phân tử nhằm giữ được nền di truyền ưu tú của dòng nhận gen ban đầu [25], [91], [102] Việc sử dụng các chỉ thị phân tử cho phép khảo sát di truyền của con lai ở mỗi thế hệ đã đẩy nhanh tốc độ của quá trình chọn lọc

và tăng cường nền di truyền dòng gốc qua mỗi thế hệ [84]

Ba bước lựa chọn trong phương pháp MABC: Chọn lọc gen mục tiêu, chọn lọc tái tổ hợp và chọn lọc nền di truyền được mô tả như sau:

Chọn lọc gen mục tiêu: Thực hiện chỉ với các alen chỉ thị của cây cho gen tại locut mục tiêu để duy trì locut mục tiêu ở trạng thái dị hợp tử cho tới khi lai trở lại được thực hiện hoàn chỉnh Tiếp đó là quá trình tự thụ và tiếp tục chọn lọc những thế hệ con cái mang alen đồng hợp tử nhằm mục đích đánh giá tính ổn định và phát triển giống Hiệu quả của chọn lọc gen mục tiêu phụ thuộc vào số lượng các gen/QTL liên quan đến quá trình chọn lọc, mối liên hệ chỉ thị - gen/QTL hoặc khoảng cách liên kết và liên kết không mong muốn đối với gen/QTL mục tiêu [79]

Chọn lọc tái tổ hợp: Mục đích của chọn lọc tái tổ hợp là sàng lọc cá thể mang gen/QTL, để giảm thiểu tối đa những đoạn nhiễm sắc thể không mong muốn của dòng cho gen Đây là bước quan trọng để loại bỏ những đoạn mang các gen không mong muốn hay các liên kết kéo theo Dưới tác động của môi trường, các gen không mong muốn này có thể sẽ ảnh hưởng đến năng suất, hiệu quả cây trồng hoặc tạo liên kết với các gen mục tiêu Phương pháp MABC sử dụng các chỉ thị phân tử cận biên liên kết ở hai đầu locut gen mục tiêu (<5 cM về hai phía) để giảm thiểu tối đa những liên kết

không mong muốn Chọn lọc tái tổ hợp được thực hiện ít nhất hai thế hệ lai trở lại

Chọn lọc nền di truyền: Chọn lọc nền di truyền được thực hiện với các alen chỉ thị của cây nhận gen (RP) ở tất cả các vùng của hệ gen, ngoại trừ locut mục tiêu, hoặc chọn lọc đối với gen không mong muốn của từ cây cho gen (DP), nhằm đẩy nhanh sự phục hồi hay lấy lại hệ gen của cây nhận gen và loại bỏ các gen không mong muốn được đưa vào từ cây cho gen Quá trình khôi phục hệ gen RP phụ thuộc vào số lượng các chỉ thị được sử dụng trong chọn lọc nền di truyền Càng nhiều chỉ thị trải đều trên tất cả các nhiễm sắc thể được chọn lọc cho alen RP thì sự phục hồi hệ gen RP càng nhanh được nhưng đòi hỏi kích thước quần thể lớn hơn và đánh giá kiểu gen nhiều hơn Ngoài ra, chọn lọc nền di truyền sử dụng chỉ thị ADN có thể khắc phục hiệu quả hiện tượng liên kết kéo theo, trong khi điều này rất khó khắc phục bằng phương pháp lai trở lại truyền thống

Trên thực tế, cả chọn lọc gen mục tiêu và chọn lọc nền di truyền thường được thực hiện trong cùng một chương trình MABC, đồng thời hoặc liên tục Trong nhiều trường hợp, các bước này được thực hiện thay đổi nhau trong cùng một thế hệ Bước đầu tiên là chọn lọc các cá thể có các alen chỉ thị mong muốn đối với tính trạng mục tiêu Tiếp theo, các cá thể chọn lọc tiếp tục được sàng lọc bằng các chỉ thị alen khác để khôi phục lại bộ gen của RP Chọn lọc gen/QTL mục tiêu là rất cần thiết và quan trọng trong chương trình lai trở lại và các cá thể được chọn lọc không có gen mục tiêu

sẽ bị loại bỏ do đó không cần thiết đánh giá kiểu gen đối với các tính trạng khác Để tối ưu hóa nỗ lực đánh giá kiểu gen (ví dụ chi phí cho chương trình chọn giống), quan trọng là xác định kích thước quần thể tối thiểu để đảm bảo có thể thu được các kiểu gen mong muốn

Hiệu quả của MABC phụ thuộc vào một số yếu tố như kích thước

quần thể của mỗi thế hệ lai trở lại, mối liên quan giữa gen - chỉ thị hoặc khoảng cách chỉ thị - locut mục tiêu, số lượng chỉ thị được sử dụng đối với tính trạng nghiên cứu và nền di truyền RP và liên kết kéo theo không mong muốn Dựa trên nghiên cứu mô phỏng của 1000 lần nhắc lại, Hospital (2003) [49] công bố kết quả dự kiến của một chương trình MABC điển hình trong đó các cá thể dị hợp tử được chọn lọc cho gen mục tiêu ở mỗi thế hệ

và alen RP được lựa chọn bằng hai chỉ thị cận biên trên nhiễm sắc thể mục tiêu, mỗi chỉ thị định vị khoảng cách 2 cM từ locut mục tiêu và ba chỉ thị trên các nhiễm sắc thể không phải mục tiêu Hệ gen RP có thể được khôi phục nhanh chóng bằng việc kết hợp chọn lọc gen mục tiêu và chọn lọc nền

di truyền kết hợp với phương pháp lai trở lại truyền thống (Bảng 1.1)

Bảng 1.1 Kết quả dự kiến của phương pháp MABC

locut gen mục tiêu

Tất cả NST

Lai trở lại truyền thống

chu kỳ chọn lọc

Tóm lại, việc ứng dụng phương pháp MAS và MABC trong nghiên cứu

và chọn tạo giống rất hiệu quả và ngày càng được ứng dụng rộng rãi với những ưu điểm sau: Tăng hiệu quả sàng lọc trong các chương trình chọn giống (sàng lọc ngay từ giai đoạn nẩy mầm, giai đoạn cây con; có khả năng sàng lọc những tính trạng khó đánh giá bằng kiểu hình); phân biệt được trạng thái đồng hợp tử/ dị hợp tử của nhiều locut trong cùng một thế hệ; chọn lọc được đồng thời nhiều tính trạng trong cùng một thời gian; có thể chọn lọc ngay ở thời kỳ cây non, chọn ở thế hệ phân ly F 2 hoặc F 3 do đó tiết kiệm thời gian và nguồn lực Phương pháp MABC được ứng dụng để tích hợp gen quý

từ loài hoang dại sang các giống gieo trồng phổ biến, hiệu quả trong việc chuyển locut gen quy định tính trạng di truyền số lượng (QTL) hay nhiều gen vào giống mới và rút ngắn quá trình chọn lọc Chính vì vậy, MABC là phương pháp hỗ trợ hiệu quả cho chọn giống truyền thống và quyết định sự thành

công trong quá trình chọn tạo giống

1.3 Bệnh đạo ôn và nghiên cứu quản lý bệnh đạo ôn hại lúa

1.3.1 Nấm đạo ôn

Nấm đạo ôn Pyricularia oryzae Cavara có cành bào tử phân sinh hình

trụ, đa bào không phân nhánh, đầu cành thon, hơi gấp khúc Nấm thường sinh

ra các cụm cành từ 3 - 5 chiếc Bào tử phân sinh sinh hình quả lê hoặc hình nụ sen, thường có từ 2 - 3 ngăn ngang, bào tử không màu, kích thước trung bình của bào tử nấm 19 - 23 x 10 -12 µm Kích thước của bào tử nấm biến động tùy vào các isolate, điều kiện ngoại cảnh khác nhau cũng như trên các giống lúa khác nhau

Nấm đạo ôn sinh trưởng thích hợp ở nhiệt độ 25 - 28oC và ẩm độ không khí là 92 - 96% [24] Phạm vi nhiệt độ nấm sinh bào tử từ 10 - 30oC Ở 28o

C cường độ sinh bào tử nhanh và mạnh nhưng sức sinh sản giảm dần sau 9

ngày, trong khi đó ở 16o

C, 20oC và 24oC sức sinh sản bào tử tăng và kéo dài tới 15 ngày sau đó mới giảm xuồng Điều kiện ánh sang âm u có tác động thúc đẩy quá trình sinh sản bào tử của nấm Bào tử nấm nảy mầm tốt nhất ở nhiệt độ 24 - 28oC và có giọt nước

Nấm bệnh đạo ôn xâm nhiễm vào cây lúa ở tất cả các giai đoạn phát triển và lây nhiễm trên lá, thân, đốt, chùy và rễ Quá trình lây nhiễm bắt đầu khi một bào tử bám vào lớp biểu bì của lá lúa Chất nhày từ bào tử giúp bào tử bám dính vào lớp biểu bì Gặp điều kiện thuận lợi, bào tử nảy mầm để tạo ra ống mầm, tiếp tục phân biệt thành vòi áp (apppressorium) Vòi áp có thành tế bào biệt hóa và lớp hắc tố riêng biệt giữa thành tế bào và màng tế bào Lớp này giúp tạo ra áp suất turgor, sau đó được chuyển thành lực cơ học thông qua chốt xuyên thấu và giúp xuyên qua lớp biểu bì của lá Khi đã ở trong tế bào, sợi nấm được nhân lên nhanh chóng, dẫn đến sự phát triển của bệnh và các triệu chứng bệnh đạo ôn có thể nhìn thấy được (Hình 1.3) [33]

Hình 1.3 Chu kỳ xâm nhiễm của nấm đạo ôn trên lá lúa [33]

Nấm đạo ôn có khả năng biến dị cao, tạo ra nhiều nòi, nhóm nòi sinh học Nguồn nấm bệnh đạo ôn tồn tại ở dạng sợi nấm và bào tử trong rơm rạ và hạt bị bệnh, ngoài ra nấm còn tồn tại trên một số cây cỏ dại khác Ở điều kiện khô ráo trong phòng bào tử nấm có thể sống được hơn một năm và sợi nấm

sống được gần ba năm, nhưng trong điều kiện ẩm ướt chúng không sống sót được sang vụ sau Tuy nhiên, ở vùng nhiệt đới, bào tử nấm có thể tồn tại quanh năm đồng thời nấm chuyển ký chủ từ cây lúa bị bệnh sang các cây ký chủ phụ sinh trưởng phát triển quanh năm

1.3.2 Bệnh đạo ôn hại lúa

Bệnh đạo ôn do nấm Pyricularia oryzae Cavara là một trong số các loại

bệnh phổ biến và nguy hại nhất đối với lúa [91] Đến nay đã có hơn 85 quốc gia trồng lúa trên thế giới phát hiện dịch bệnh [94] Năng suất lúa bị giảm do bệnh đạo ôn gây ra có thể lên tới 70-80% ở vùng dịch [87]

Ở nước ta, bệnh đạo ôn được phát hiện vào năm 1921 ở các tỉnh phía Nam Năm 1951, Roger (người Pháp) đã xác định sự xuất hiện và gây hại của bệnh ở các tỉnh phía Bắc Bệnh đạo ôn có khả năng thích nghi cao với các điều kiện của môi trường, nơi có khí hậu ôn hòa, độ ẩm cao, hay ở những vùng đất thấp và những vùng núi cao nhiệt đới Bệnh đạo ôn có thể phát sinh

từ thời kỳ mạ đến lúa chín và có thể gây hại ở bẹ lá, lá, lóng thân, cổ bông, gié

và hạt [9] Bệnh có thể làm cho cây lúa cháy rụi hoàn toàn nếu bị nhiễm bệnh sớm ở giai đoạn mạ Nếu nhiễm muộn ở giai đoạn trổ, bệnh làm thối đốt thân, thối cổ gié làm cây đổ gãy, hạt lép hay làm giảm trọng lượng hạt (Hình 1.4)

Hình 1.4 Triệu chứng bệnh đạo ôn trên các bộ phận của cây lúa (IRRI

Rice Knowledge Bank) [125]

(a) Nấm bệnh đạo ôn gây hại trên lá; (b) Nấm bệnh đạo ôn gây hại trên cổ lá; (c) Nấm bệnh đạo ôn gây hại trên cổ bông; (d) Nấm bệnh đạo ôn gây hại trên hạt

1.3.3 Phân loại nấm bệnh đạo ôn hại lúa

1.3.3.1 Phân loại dựa trên phương pháp isozyme

Phương pháp này dựa trên các dạng hình thái khác nhau của một loại enzyme có cùng chức năng xúc tác, enzyme này có trong các tổ chức sinh vật khác nhau Nói một cách khác isozyme là “các dạng cấu trúc sinh hoá khác nhau” của một loại enzyme

Do enzyme là những protein được mã hoá bởi các gen Bởi vậy phân tích cấu trúc của protein cũng phản ánh gián tiếp cấu trúc của gen Số lượng băng đa hình phụ thuộc rất nhiều vào số lượng các locut, số lượng các alen trên một locut và cấu trúc bậc hai của protein Năm 1986, Leung và cs đã sử dụng phương pháp isozyme để phân tích quần thể nấm gây bệnh đạo ôn 18 loại enzyme khác nhau đã được sử dụng để nghiên cứu 135 dòng phân lập bệnh đạo ôn thu từ 12 vùng trồng lúa trên thế giới Trong số 18 loại enzyme chỉ có 2 loại enzyme là cho đa hình Sáu trong số 12 vùng thu mẫu đã không cho đa hình cao giữa các dòng phân lập Trong khi đó các dòng phân lập nấm nhiễm vào cỏ lại cho đa hình enzyme cao hơn những dòng phân lập nhiễm vào lúa [68]

Do kết quả nhận được khi sử dụng phương pháp này là thiếu sự đa hình

ở hầu hết các dòng phân lập bệnh [68] Do vậy phương pháp isozyme không thích hợp để phân tích đa dạng di truyền quần thể bệnh đạo ôn

1.3.3.2 Phân loại dựa trên chỉ thị phân tử

Sự phát triển mạnh mẽ của sinh học phân tử đã mở ra con đường mới

trong phân tích quần thể nấm đạo ôn Pyricularia oryzae ở mức độ phân tử

Nghiên cứu đa dạng di truyền quần thể nấm đạo ôn đã được thực hiện bằng việc sử dụng các chỉ thị phân tử RFLP (mẫu dò MGR586), RAPD; kỹ thuật Pot2 rep-PCR (Pot2 Repititive Polymerase Chain Reaction) sử dụng cặp mồi

được tổng hợp dựa trên các yếu tố lặp lại Pot2 có trong hệ gen của nấm đạo

ôn Các kỹ thuật này đã cho phép phân tích trực tiếp kiểu gen của nấm bệnh

Kỹ thuật sinh học phân tử cũng đã được sử dụng trong nghiên cứu đa dạng di truyền quần thể nấm đạo ôn ở Việt Nam Khi nghiên cứu về đa dạng

di truyền quần thể nấm bệnh đạo ôn miền Bắc và miền Trung Việt Nam, Lã Tuấn Nghĩa và cs (2005) đưa ra kết luận là 825 dòng phân lập nấm đạo ôn được phân thành 24 nhóm và 88 haplotype Sự đa dạng di truyền của nấm bệnh cao (> 0,92) Vùng đồng bằng sông Hồng có đa dạng cao nhất, vùng ven biển Nam Trung bộ có đa dạng thấp nhất Sự khác nhau về đa dạng di truyền giữa nấm bệnh trong các vùng và các tỉnh là không lớn Sự khác nhau giữa đa dạng di truyền của nấm bệnh trên mỗi cây chủ rất khác nhau [12] Nghiên cứu

đa hình ADN của 181 isolates nấm gây bệnh đạo ôn ở đồng bằng sông Cửu Long cũng đã được ghi nhận, với 181 kiểu gen tương ứng với 181 haplotype

nấm Các gen Pi-1, Pi-5(t), Pi-3, Pi-4(t) kháng tốt với các nòi nấm ở miền

Bắc Trong khi đó trong 24 gen kháng thử nghiệm với 158 isolates của 3 nhóm nấm gây bệnh hại chính L1, L2 và L4; không có gen nào kháng hoàn toàn vơi các nòi nấm ở vùng đồng bằng sông Cửu Long Trong đó, hai gen

Pi-z, Pik-m có tỷ lệ isolates nấm gây bệnh đạo ôn gây bệnh thấp nhất [7]

Kỹ thuật PCR dùng mồi thiết kế trên các chuỗi lặp (Rep-PCR, repetitive sequence primed PCR) với 3 bộ mồi được thiết kế trên các chuỗi lặp của vi khuẩn gồm chuỗi lặp đối song vùng không mã hóa (REP, repetitive extragenic palindromic), chuỗi lặp bảo thủ vùng liên gen (ERIC, enterobacterial repetitive intergenic consensus) và chuỗi BOX đã được sử dụng để đánh giá mức độ đa dạng di truyền của 22 mẫu nấm đạo ôn

(Pyricularia oryzae) thu thập trên lúa vụ xuân năm 2012 tại Đồng bằng sông

Hồng Phản ứng PCR dùng bộ mồi REP đã tạo nhiều băng sản phẩm đa hình Phân tích Rep-PCR đã chứng tỏ quần thể nấm đạo ôn Đồng bằng sông Hồng

rất đa dạng về di truyền giống như các công bố trước đây Không có mối liên

hệ rõ rệt giữa các nhóm nấm được xác định dựa trên phân tích Rep-PCR và các đặc điểm khác của nấm như màu sắc tản nấm, địa điểm thu thập và nòi nấm [6]

Đoàn Thị Hòa và cs (2016) đã sử dụng kỹ thuật PCR với cặp mồi chuyên biệt Pot2 transposon trong việc xác định nấm đạo ôn Kết quả đã chỉ

ra được tính chuyên biệt của Pot2 transposon trong việc phát hiện nấm đạo ôn trên lá/cổ bông nhiễm đạo ôn trên lúa nhưng không phát hiện trên các mẫu nấm bệnh khác Chính vì vậy phương pháp PCR được xem là phương pháp thay thế trong chẩn đoán, đặc biệt là việc phát hiện bệnh đạo ôn trên đồng ruộng [8]

1.3.3.3 Phân loại bằng bộ dòng chỉ thị

Do tính chất biến đổi nhanh chóng về nòi gây bệnh của nấm bệnh đạo

ôn, các nhà khoa học Nhật Bản đã đưa ra các bộ dòng chỉ thị để xác định nòi nấm gây bệnh đạo ôn, mỗi giống mang một gen kháng chống lại nòi nấm có mang gen độc vir (gen gây bệnh tương ứng) [63]

Noda và cs (1999) sử dụng bộ 12 dòng lúa mang các gen Pia, Pik-s,

Pii, Pik, Pik-m, Piz, Pita, Pita-2, Piz-t, Pik-p, Pib và Pit, đã xác định được 12

nòi nấm đạo ôn đại diện cho 129 mẫu bệnh đạo ôn thu thập ở đồng bằng sông Cửu Long của Việt Nam [81]

Mekwatanakarn và cs (2000) sử dụng bộ chỉ thị gồm các dòng lúa

NILs mang các gen Pi1, Pi1-LAC(t), Pi1-TTP(t), Piz-5, Pi3, Pi4a, Pi4b(t)

(Pita), Pi4a-PKT(t), Pi4a-TTP(t) và Pia trên nền giống lúa CO39 và các dòng

NILs mang các gen Pik-m, Pita, Pita-2, Pib, Pik-p và Pik trên nền giống lúa

LTH để phân loại 527 mẫu nấm bệnh đạo ôn được thu thập ở Thái Lan, kết quả đã xác định được 175 nòi nấm đạo ôn [76] 792 mẫu nấm bệnh đạo ôn được thu thập tại Trung Quốc cũng được phân loại thành 344 nòi nấm đạo ôn

dựa vào kết quả đánh giá kiểu hình tính kháng của các dòng NILs (LTH)

mang các gen Pita-2, Pib, Pik, Pik-m, Pita và Pik-p và các dòng NILs (CO39) mang các gen Pita, Piz-5, Pi3 và Pi1 [28]

Yanoria và cs (2008) sử dụng 18 dòng lúa mang các gen Pia, Pib, Pii,

Pit, Pita, Pish, Piz-t, Pi3, Piz-5, Pik, Pik-h, Pik-m, Pik-p, Pik-s, Pita-2, Piz, Pi1 và Pi20(t) để phân loại 119 mẫu nấm đạo ôn thu thập từ Philippines và

thu được 70 nòi nấm đạo ôn [118]

Mạng lưới “Nghiên cứu bệnh đạo ôn phục vụ sản xuất lúa gạo bền vững” đã được Trung tâm Nghiên cứu Khoa học Nông nghiệp Quốc tế Nhật Bản (JIRCAS) phát triển từ năm 2006 và đến nay đã có hơn 15 nước tham gia, trong đó có Việt Nam Bộ dòng lúa chỉ thị mang đơn gen kháng bệnh đạo

ôn gồm 25 dòng lúa mang 23 loại gen kháng chính Pish, Pib, Pit, Pia, Pii,

Pi3, Pi5(t), Pik-s, Pik-m, Pi1, Pik-h, Pik, Pik-p, Pi7(t), Pi9, Piz, Piz-5, Piz-t, Pita-2, Pita, Pi12(t), Pi19(t) và Pi20(t) trên nền giống lúa LTH đã được các

quốc gia trong mạng lưới sử dụng hiệu quả trong phân tích di truyền tính kháng bệnh và chọn giống lúa kháng bệnh đạo ôn Dựa vào bộ dòng lúa chỉ thị này có thể xác định được các nòi nấm gây bệnh đạo ôn cũng như dự đoán được sự xuất hiện của các nòi nấm đạo ôn mới (Bảng 1.2) [42]

Bảng 1.2 Bộ dòng lúa chỉ thị mang đơn gen kháng đạo ôn (LTH

Stt Tên dòng Gen kháng Giống cho gen kháng

21 IRBL12-M Pi12(t) RIL10 (Moroberekan)

Nguồn: Tsunematsu và cs., 2000, Fukuta và cs., 2014 [42], [105]

Những kết quả nghiên cứu đa dạng di truyền và sự phân bố của các nòi nấm bệnh đạo ôn dựa trên phân tích kiểu phản ứng bệnh với cùng bộ 25 dòng lúa chỉ thị mang đơn gen kháng và giống nhiễm chuẩn LTH ở nhiều quốc gia trong mạng lưới đã được công bố Tổng số 310 nòi nấm bệnh tại Nhật Bản,

331 nòi nấm bệnh tại Băng-la-đét, 122 nòi nấm tại Campuchia và 96 nòi nấm

từ Tây Phi đã được đánh giá (Tanaka và cs., 2016; Khan và cs., 2016; Fukuta

và cs., 2014; Odjo và cs., 2014) [99, 60, 42, 82] Tại Nhật Bản, tỷ lệ cao các

nòi nấm kháng với 7 dòng lúa chỉ thị mang đơn gen kháng Pish, Pia, Pii, Pi3,

Pi5(t), Pik-s, Pi19(t) và LTH (từ 82,9 đến 100%), chỉ rất ít nòi nấm gây độc

với các dòng lúa mang gen kháng Piz, Piz-5, Piz-t, Pita-2(Pi), Pita- (Re),

Pita(K1), Pi20(t) (< 10%) và không nòi nấm nào gây độc cho dòng mang đơn

gen kháng Pit [99] Tại Băng-la-đét, phần lớn các nòi nấm gây độc với 8 dòng lúa mang gen Pia, Pib, Pit, Pik-s, Piz-t, Pi12(t), Pi19(t), Pi20(t) (> 60%), một

số ít nòi nấm gây độc với 4 dòng lúa chỉ thị mang gen Pish, Pi9, Pita-2 và

Pita [60] Tại Campuchia, trên 60% nòi nấm gây độc với 6 dòng lúa mang

gen Pib, Pit, Pia, Piz-t, Pi19(t), Pi20(t) và chỉ dưới 20% nòi nấm gây độc với

11 dòng lúa mang gen Pish, Pik-m, Pi1, Pik-h, Pik, Pik-p, Pi7(t), Pi9, Piz,

Pita-2 và Pita [42] Tại Tây Phi, trên 60% nòi nấm gây độc với 8 dòng lúa

mang gen Pia, Pik-s, Pi19(t), Pi12(t), Pit, Pii, Pi3, Pi5(t) và dưới 20% nòi nấm gây độc với 6 dòng lúa mang gen Pish, Pi9, Piz, Piz-5, Piz-t và Pita-2

tỷ lệ cao các nòi nấm (86% - 95,3%) có khả năng gây độc với các dòng lúa

chỉ thị mang đơn gen kháng Pit, Pia và Pik-s; 38% nòi nấm có khả năng gây độc với các dòng lúa chỉ thị mang đơn gen kháng Pita và Pii; không có nòi nấm nào gây độc trên các dòng lúa chỉ thị mang đơn gen kháng Piz-t, Pik-p và

Pish [81]

Tác giả Thuy và cs (2015) cũng đã công bố phần lớn các nòi nấm đạo

ôn thu thập ở các tỉnh duyên hải Nam Trung bộ có khả năng gây độc trên các

giống lúa chỉ thị mang đơn gen kháng Pia, Pit, Pib, Pii, Pi3, Pi5(t), Pik-s, Piz,

Piz-t, Piz-5, Pita-2, Pi12(t), Pi19(t) và Pi20(t) [104]

Võ Thị Thu Ngân và cs (2018) đã nghiên cứu đánh giá hiệu lực của gen kháng bệnh đạo ôn trên lúa tại Đồng bằng sông Cửu Long trong điều kiện lây nhiễm nhân tạo Kết quả cho thấy các dòng đơn gen mang các gen kháng

Pii, Pik-s,Pik-p, Pik-h, Piz, Piz5, Pita, Pi-sh và Pi9(t) còn khả năng kháng

bệnh đạo ôn Các gen này được đưa vào công tác chọn tao giống lúa kháng bệnh đạo ôn trong tương lai [10]

1.3.4 Các biện pháp quản lý bệnh đạo ôn

Bệnh đạo ôn là loại bệnh gây hại nghiêm trọng và dễ phát triển nhanh trên diện rộng Để phòng ngừa và khống chế bệnh gây hại, cần thiết phải áp dụng đồng bộ một hệ thống các biện pháp tổng hợp trong đó bao gồm hệ thống các biện pháp kỹ thuật trồng trọt, sử dụng giống kháng bệnh, cơ cấu theo mùa vụ thích hợp với các biện pháp hóa học nhằm chủ động phòng ngừa bệnh và ngăn chặn sự phát triển bệnh dịch, đảm bảo được năng suất ổn định của các giống lúa [9]

Ngày nay, để đáp ứng nhu cầu phát triển chung của xã hội, nền nông nghiệp phải luôn chịu áp lực của thâm canh, tăng vụ, tăng năng suất… Do vậy

ở các nước đang phát triển biện pháp phòng trừ hóa học luôn được xem là giải pháp tối ưu nhất Để phòng trừ bệnh đạo ôn, phần lớn nông dân thường sử dụng thuốc hóa học như một phương thức hữu hiệu, ở một số nơi khác nông dân thường tiến hành phun nhiều lần và trộn nhiều loại thuốc với nhau, điều này đã gây ảnh hưởng nghiêm trọng tới sức khỏe của chính người nông dân đồng thời môi trường xung quanh cũng bị ảnh hưởng Trong công tác phòng chống bệnh đạo ôn, việc sử dụng các giống lúa kháng đang rất được quan tâm

nhờ hiệu quả kinh tế của chúng và điều này cũng giúp giảm bớt được việc sử dụng thuốc hóa học tràn lan trong nông nghiệp

Trong những năm qua, nhiều giống lúa kháng bệnh đạo ôn đã được đưa vào sản xuất Tuy nhiên, các giống lúa kháng bệnh được tạo ra bằng phương pháp truyền thống thường bị mất tính kháng khi trồng trên diện rộng

từ 1 đến 5 năm Sự xuất hiện những nòi nấm gây bệnh mới ở Nhật đã bẻ gẫy tính kháng của các giống lúa và gây ra thiệt hại 20 - 100% năng suất mặc dù

đã sử dụng nhiều gen kháng bệnh đạo ôn ở các giống lúa địa phương [62]

Do đó, nhiều nhà chọn giống đã rất nỗ lực để phát triển những giống lúa kháng bền vững Công tác chọn tạo giống lúa kháng đạo ôn có thể được tiến hành theo hướng chọn tạo truyền thống theo kiểu hình hoặc chọn tạo giống có

sự trợ giúp của chỉ thị phân tử Việc phát triển các công nghệ chỉ thị phân tử

từ vài thập kỷ trước đã là một cuộc cách mạng trong việc phân tích di truyền của cây trồng, đặc biệt là đối với những tính trạng phức tạp.Với sự tiến bộ vượt bậc của các kỹ thuật sinh học phân tử và sự hiểu biết về cơ chế gây bệnh của nấm bệnh đạo ôn, những chiến lược tạo ra tính kháng phổ rộng với nấm bệnh đạo ôn sẽ mang lại kết quả khả quan trong tương lai gần [24, 96]

Các nhà khoa học cũng nhận định rằng phương pháp tốt nhất để kiểm soát bệnh hại cây trồng là kết hợp cả hai loại gen kháng định tính và gen kháng định lượng trong cùng một giống Thông qua chọn giống truyền thống

và chọn giống phân tử, nhiều giống lúa kháng bệnh đạo ôn đã được phát triển Nếu chỉ sử dụng chọn giống truyền thống cho tính kháng bệnh sẽ tốn nhiều thời gian, công sức và phụ thuộc nhiều vào môi trường, trong khi đó, chọn giống có sự trợ giúp của chỉ thị phân tử (MAS) sẽ giúp cho quá trình chọn giống dễ dàng, hiệu quả cao và chính xác hơn Để quản lý có hiệu quả bệnh đạo ôn, chiến lược chọn giống nên chú trọng đến việc tận dụng những gen kháng phổ rộng và quy tụ nhiều gen kháng và cả các QTL vào cùng một