Ứng dụng chỉ thị phân tử trong chọn tạo giống lúa kháng rầy nâu pdf

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 có rất ít công trình tiến hành theo hướng

MỞ ĐẦU

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)

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

Comment [ok1]:

Comment [ok2]:

Comment [ok3]: Bharathi M ADN Chelliah S (1991), Genetics of rice resistance to brown planthopper (Nilapavata lungens Stal) ADN relative contribution of genes to resistanve mechanisms Rice Genetics

II Proceedings of Second International Rice Genetics Symposium 14-18 May 1990 IRRI, Philipin, pp 255-261

Comment [ok4]: Ryoichi IKEDA, Duncan A VAUGHAN, 2006, The distribution of resistance genes to the brown planthopper in rice germplasm Rice Rgn Vol 8 1-3 Link:

http:www.shigen.nig.ac.jp/rice/rgn/vol 8/v8pl/v9p125.html

Comment [ok5]: Banerjee P.K (1996), Insecticide application at early stage of rice cropping season may cause brown planthopper resurgence Environment ADN Ecology 14, pp 985-986

Comment [ok6]: Ngô Cường Lực, Lương Thị Phương, Phan Thị Bền, Lương Minh Châu và Cohen M (1997), Anhr hưởng của giống và thuốc đối với biến động quần thể ràynaauvaf năng suất lúa Kết quả nghiên cứu khoa học 1977-1997, Viện Lúa ĐBSCL Nxb Nông nghiệp TP Hồ Chí Minh, tr 110-

116

Comment [ok7]:

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

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

Comment [ok8]: K K Jena ặ J U Jeung ặ J H Lee

H C Choi ặ D S Brar (2005) High-resolution mapping of a new brown planthopper (BPH) resistance gene, Bph18(t), ADN marker-assisted selection for BPH resistance

in rice ( Oryza sativaL.) Theor Appl Genet (2006) 112: 288–297

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,

Comment [ok9]: Cục Bảo vệ Thực vật Tư liệu về rầy nâu, tập 1, (1980) Viện Bảo vệ Thực vật

Comment [ok10]: Ooi P.A.C (1992), Biology of the brown planthopper in Malaysia Jouranal of Plant Protection in the Tropics 9 (2),

pp 111-115

Comment [ok11]:

Comment [ok12]: Nguyễn Công

Thuật, (1996), Phòng trừ tổng hợp sâu bệnh hại cây trồng nghiên cứu và ứng dụng, tr: 136-412

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

Comment [ok13]: Situation of Rice Plant Hopper in the North Vietnam, Cục

Bảo vệ thực vật, Hội thảo rầy nâu, 2005

Comment [ok14]:

tích lúa bị cháy rầy (cháy từng chòm và cháy rộng) là 335ha

Vụ Đông Xuân vừa qua, các tỉnh phía Nam sản xuất trong điều kiện

không thuận lợi, sâu bệnh gây hại trên diện rộng Theo Cục Bảo vệ thực vật,

vụ Hè Thu năm 2006, các tỉnh ĐBSCL đã xuống giống được 428.000 ha

nhưng đã có 13.500ha bị nhiễm rầy, trong đó có 581ha bị nhiễm rầy nặng

(Báo điện tử VNam net)

Ngoài tác hại trực tiếp, rầy nâu còn là môi giới truyền bệnh virus nguy

hiểm cho cây lúa như bệnh vàng lùn và xoắn lá (Tư liệu rầy nâu, (1980))

Diễn biến của dịch rầy nâu và bệnh vàng lùn xoăn lá trong 2 năm 2005 –

2006 rất phức tạp Theo báo cáo của Bộ trưỏng Bộ Nông nghiệp và Phát

triển Nông thôn, vụ Đông Xuân năm 2006 vừa qua, sản lượng lúa ở ĐBSCL

đã bị thụt giảm 660 nghìn tấn do dịch vàng lùn và xoắn lá được lây truyền do

rầy nâu bùng phát (Báo điện tử VNam net) Trong vụ Hè Thu năm 2006, đã

có 73.000ha bị nhiễm bệnh, chiếm 12% tổng diện tích xuống giống ở 22 tỉnh

thành phía Nam (Nguyễn Hữu Huân, (2006))

Do sự thiệt hại do rầy nâu gây ra lớn như vậy, nên từ hơn 40 trước

đây, trên thế giới đã có rất nhiều công trình nghiên cứu về đặc điểm sinh học

của rầy nâu ở Nhật Bản (Harukava, (1951); Hirao (1952); Kisimoto (1965);

Mochida (1964); Suenaga và Nakatsuda (1958), ở Phlipin (Bae và Pathak

(1970)) và ở Đài Loan (Tao (1965))

1.1.2 Đặc điểm hình thái, sinh vật học của rầy nâu

Các giai đoạn sinh trưởng và phát triển của rầy nâu

Pha trứng:

Trứng thường được đẻ trên các phần gốc của cây lúa, chủ yếu ở trong

các bẹ lá khi cây lúa còn xanh, và ở các phiến lá, giữa gân chính chỗ dày

nhất, khi lúa đã vàng Trứng xếp thành hàng 10-15 quả (tư liệu rầy nâu) Độ

Comment [ok15]: Nguyễn Hữu Huân 2006 Dịch vàng lùn xoăn lá - Nguy

cơ gây thiếu gạo Báo điện tử VNam net

ra ngày 25/10/2006 Comment [ok16]: Harukawa, C (1951), Effects of environmental temperature upon rice leafhoppers Botyu-kagayu 16 (1), pp: 1-11 Comment [ok17]: Hirao, J (1952), ionomics of the two injurios planthoppers in a paddy field ADN suitable timing of insecticide application Bull Chugoku National Agr Expt Sta Ser E 7: pp: 19-48 Comment [ok18]: Kisimoto, R (1960), The hopperburn injury formation of the brown planthopper, Jap J, Plant Prot, 14, pp: 377-382 Comment [ok19]: Mochida, O (1964), Oviposition in the brown planthopper, Nilaparvata lungens (Stal) (Hom: Auchenorrhycha), 1, Oviposition ADN environmental factors with special reference to temperature ADN rice plant, Bull Kyushu Agr Expt Stal, 10, pp: 257-

285

Comment [ok20]: Suenaga, H ADN Nakatsuka (1958), Review of forecasting theoccurrences of rice planthopper ADN leafhoppers in Japan , Byogaityu-Haseiyoustu- Tokubetu Hokuku, p: 1-453 Comment [ok21]: Bae, S.H., ADN M.D pathak (1970), Life history of Nilaparvata lungens (Homoptera: Delphacidae) ADN susceptibility of rice varieties to its attacks, Amm Entom Soc, Amer, 63, p: 149-155 Comment [ok22]: Tao, C.H (1965), Studies on biology of brown planthopper (Nilaparvata lungens) Stal ADN its chemical control measures (in Chinese) Ann Rpt

lớn của trứng phụ thuộc vào các giai đoạn sinh trưởng của cây lúa Khi mật

độ rầy lên cao, chúng sẽ đẻ trứng trên các phần phía trên của cây lúa

ống hơi cong Trứng mới đẻ có màutrắng đục Về sau những mô trứng sẽ

khô di và có màu vàng nâu (Cục Bảo vệ Thực vật,)

Pha ấu trùng

Có 5 tuổi ấu trùng đã được phân biệt bởi kích thước và hình dạng ngực

(ngực trứoc và ngực sau)(Mochida, 1977) Giai đoạn phát triển của ấu trùng

kéo dài từ 10-15 ngày (Nguyễn Công Thuật, 1989) Rầy non (rầy cám)

thường tập trung gần gốc lúa, ít di động, khi thấy động bò quanh gốc lúa (Tư

liệu rầy nâu) Rầy non thích hợp rộng với các môi trường khác nhau ở các

vùng ôn đới và nhiệt đới Rầy duy trì hoạt động ở nhiệt độ từ 10-32oC

(Suenaga, 1963)

Pha trưởng thành

Ở dạng trưởng thành, rầy có màu nâu, rầy cái to hơn rầy đực Rầy cái

có đuôi nhọn, có ống đẻ trứng trên mặt bụng, màu sắc ở phần bụng nhạt hơn

phần trước Rầy đực có thân hình trụ, đuôi bằng, cánh hơi trong mờ Chúng

có hai dạng hình thái là cánh dài (Macopterous) và cánh ngắn

(Brachypterous)

Chế độ ăn uống quyết định dạng cánh của rầy nâu Rầy cánh dài

thường xuất hiện ở những điều kiện sinh sống không thích hợp và rầy cánh

ngắn thường xuất hở những nơi có điều kiện thuận lợi (Rầy nâu và biện

pháp phòng trừ)

Ngoài ra, rầy nâu còn là vectơ truyền bệnh vàng lùn và xoắn lá thông

qua con đường chích hút

Vòng đời

Vòng đời của một lứa rầy nâu từ 20-30 ngày, tuỳ thuộc vào thời vụ

Comment [ok23]: Mochida, O (1977), Taxonomy ADN biology of Nilaparvata lungens (Hom

Delphacidae), In Brown Planthopper Symposium, International Rice Res Conf April 18-22, 1997 at IRRI Los Banos, Philipines, p: 55

Comment [ok24]: Cục Bảo Vệ Thực vật ()Rầy nâu và Biện pháp phòng trừ

Comment [ok25]: Nguyễn Công Thuật (1989), Một số kết quả nghiên cứu rầy nâu Nilẩpvât lingén và tuyển chọn giống lúa kháng rầy nâu, Luận văn Tiến

sỹ Viện KHKTNN Việt Nam

Comment [ok26]: Suenaga, H (1963), Analytical studies on the ecology of two species of planthopper, the whitebacked planthopper (Sogatella furcifara, Horvath) ADN brown planthopper (Nilaparvata lungens Stal) with special reference to their outbreaks Bull Kyushu Agr., Seatica (8), 1-152

phát sinh Trong vụ xuân, vòng đời rầy nâu khoảng 25 - 30 ngày, trong vụ

thể kéo dài tới 50-55 ngày (Nguyễn Công Thuật (1989) Rầy nâu sau khi trở

thành trưởng thành 3 - 5 ngày sau sẽ đẻ trứng Giai đoạn đẻ trứng từ 6 - 8

ngày Trứng phát dục từ 7 đến 11 ngày Thời gian rầy non từ 12 - 14 ngày

Tuổi 1 của rầy non là 2 – 3 ngày (Cục Bảo vệ Thực vật, 1982 )

Phạm vi hoạt động của rầy trong khoảng từ 9oC đến 30 oC đối với con

đực cánh dài và 10-30oC đối với con cái cánh dài (Mochida và Okada

(1979))

Ở nhiệt độ 33oC tỷ lệ chết của ấu trùng tăng (Nguyễn Công Thuật,

1989, Suenaga (1963); Bae và Pathak (1970)) Ở nhiệt độ không thích hợp sẽ

ảnh hưởng đến sự đẻ trứng và tuổi thọ của rầy cái trưởng thành Trong năm,

trung bình có 7 lứa rầy nâu Sự xuất hiện của rầy nâu phụ thuộc vào điều

kiện thời tiết và sự sinh trưởng của cây trồng

1.1.3 Cách thức gây hại của rầy nâu

Rầy nâu có quanh năm trên đồng ruộng nhưng thường hại đáng kể ở

thời kỳ lúa con gái và thời kỳ đòng (Cục Bảo vệ Thực vật, 1982) Rầy nâu

gây haị chủ yếu ở các phần phía dưới của cây lúa bằng cách chích hút nhựa

cây và ăn các phần libe của bẹ lá lúa Cả hai pha trưởng thành và ấu trùng

đều tấn công cây lúa ở bất kỳ giai đoạn sinh trưởng nào Rầy phá hại nhẹ sẽ

làm giảm chiều cao cây, sức sống của cây, số nhánh trên cây và số hạt chắc

trên bông Ở mật độ cao, chúng có thể làm lúa chết từng đám, thường gọi là

“cháy rầy” (Athwal và Pathak (1972); Hinckley (1963); Kisimoto (1960)…)

Triệu chứng cháy rầy trên cây lúa biểu hiện ở các lá phía dưới ngả màu vàng,

sau đó lan rộng ra tất cả các phần khác của cây, làm cho cây lúa chuyển màu

vàng nâu và chết Sự phát triển của rễ và những hoạt động về sinh lý của bộ

Comment [ok27]: Mochida, O (1977), Taxanomy ADN biology of Nilaparvata lungens (Hom Delphacidae), In Brown planthopper Symposium International Rice Res Conf April 18-22, IRRI, Los Banos, Philippines, p 55

Comment [ok28]: Bae S.H., ADN M.D Pathak (1970), Life history of Nilaparvata lungens (Homoptera: Delphacidae) ADN susceptibility of rice varieties to its attacks Amm Entom Soc, Amer, 63: 149-155

rễ cũng bị giảm xuống đột ngột ở những cây bị hại (Cagambang và ctv

(1974))

Rầy nâu có đặc điểm phân bố không đồng đều trong ruộng lúa theo

kiểu co cụm, các ổ rầy khá riêng biệt (Trần Huy Thọ và Nguyễn Công Thuật

(1989) Rầy trưởng thành và rầy non bám vào bẹ lá phần gốc lúa, khi mật độ

cao, chúng có thể tập trung lên cả phần lá đòng và cổ bông lúa (Nguyễn

Công Thuật và Nguyễn Văn Hành (1980)

1.1.4 Các biotype của rầy nâu

Theo Trần Đình Long và ctv (1997)[], các chủng khác nhau của một

loài côn trùng được gọi là kiểu sinh học (biotyp) Mặc dù sự phát sinh các

biotype mới ở côn trùng có tần số 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 biotype rầy nâu mới đã hình thành và kèm

theo đó là sự thay đổi độc tính của các quần thể rầy nâu đã làm cho nhiều

giống lúa kháng rầy trước đây trở nên nhiễm Đến nay các nhà khoa học đã

phân lập được 4 biotyp rầy phân bố tại các vùng trồng lúa trên thế giới

- Biotyp 1: Là loại rầy nâu phổ biến trên đồng ruộng tại Viện Nghiên

cứu Lúa Quốc tế, chỉ có thể sống và gây hại trên các giống lúa không mang

gen kháng rầy

- Biotyp 2: Có thể sống và gây hại trên những giống lúa mang gen

Bph1 hoặc không mang gen kháng, nhưng không phá hại được trên những

giống mang gen bph2

- Biotyp 3: Sống và phá hại được trên những giống lúa mang gen

bph2, nhưng không phá hại được trên giống mang Bph1 hoặc Bph3

- Biotyp 4: Là loại rầy nâu chỉ thấy ở khu vực Nam Á (Ấn Độ,

Comment [ok29]: Cagmpang, G.B., M.D Pathak, ADN B O Juliano (1974) Metabolic changes in the rice plants during infestation by brown planthopper, Nilaparvata lungens (Homoptera: Dephacidae), App 1 Entom Zool (9), 174-184

Comment [ok30]:

Comment [ok31]: Trần Huy Thọ, Nguyễn Công Thuật (1989), Nghiên cứu sinh học, sinh thái của rầy nâu Nillaparvata lungens ở Đồng Bằng, Trung Du Bắc Bộ, Kết quả nghiên cứu KHKT, Viện Bảo vệ Thực vật 1979-

1989, Nxb Nông nghiệp, 9-14 Comment [ok32]: Nguyễn Công Thuật và Nguyễn Văn Hành., (1980), Một số kết quả nghiên cứu rầy nâu hại lúa các tỉnh phía Nam (1977-1979), Kếtquả nghiên cứu BVTV, Viện BVTV, Nxb Nongnghiệp, 78-102,

Comment [ok33]: Trần Đình Lon, Mai Thạch Hoành, Hoàng Tuyết Minh, Phùng Bá Tạo và Nguyễn Thị Trâm (1997) Gióa trình “Chọn giống cây trồng” Nxb Nông nghiệp, 276 tr

Comment [ok34]:

Srilanka và Bangladesh) có độc tính cao hơn so với các biotype rầy nâu ở

khu vực Đông Nam Á (Lưu Thị Ngọc Huyền, 2001) (Ryoichi, 2006)

Như vậy, các biotype rầy nâu được phân biệt chủ yếu bởi phản ứng

khác nhau giữa chúng với các giống lúa kháng Ngoài sự khác biệt trên, theo

đánh giá của các tác giả Hàn Quốc, các biotype rầy còn khác nhau còn khác

nhau về hình thái chân và thuỳ bên ở bụng (Goh và ctv, 1993) Tuy nhiên,

sự khác biệt rất nhỏ về biến động alen qua khảo sát 20 locut enzyme Ngoài

ra, những nghiên cứu về đa dạng di truyền các biotype rầy nâu dựa trên cơ sở

chỉ thị phân tử RAPD cũng cho thấy: mặc dù tồn tại sự đa dạng di truyền

giữa các cá thể rầy nâu với nhau, nhưng không có băng ADN nào đặc thù

cho từng biotype Hay nói một cách khác, theo kết quả phân tích đa dạng di

truyền trên cơ sở chỉ thị phân tử RADP, các biotype rầy nâu hoàn toàn đồng

nhất với nhau (Shufran và Whalon, 1995)

Nghiên cứu đặc điểm của các biotype rầy nâu di chuyển từ vùng này

sang cùng khác cho thấy độc tính của chúng không ổn định (Xiao, 1998)

Những nghiên cứu về khả năng gây độc ở rầy hoang dại trên hai giống lúa

Thai Col (mang gen kháng rầy bph8) và Pokkali (mang gen kháng rầy

Bph9) cho thấy chúng trở nên có khả năng gây độc tính khi được nuôi liên

tục từ 9 – 15 thế hệ trên chính các cây chủ mang gen kháng đặc hiệu

(Ketipearachi và ctv, (1998))

Biến động độc tính của quần thể rầy nâu ở Việt Nam là đáng lo

ngại Trong những năm 1976 - 1977, quần thể rầy nâu ở ĐBSCL đã

chuyển từ biotype 1 sang biotype 2 Còn ở Đồng Bằng Sông Hồng, quân

thể rầy nâu cũng đã chuyển dịch từ biotype 1 sang biotype 2 vào năm

1987 – 1988 (Nguyễn Công Thuật và ctv, (1996) Do vậy, các giống lúa

Comment [ok35]: Goh H.G., Saxena R.C., Barion A.A., Choi K.M ADN Kim J.Ư (1993) Variations in leg characters among three biotypes of the brown planthopper, Nilaparvata lungens Stal in Korea Korean Journal of Applied Entomology 32, pp 68-75

Comment [ok36]: Saxena R.C., Demayo C.G ADN Barion D.a (1991), Allozyme variation among biotypes of the brown planthopper, Nilaparvata lungens (Stal), in the Philippines Biochem Genet 29, 115-123

Comment [ok37]: Shufran K.A ADN Whalon M.E (1995), Genetic analysis of brown planthopper biotypes using rADNom amplified polymorphic DAN ADN polymerase chain reaction (RAPD-PCR), Insect Science ADN its Application 16, 27-33 Comment [ok38]: Xiao Y.F., Gu Z.Y., Qiu G., Lu B ADN Wang Y.Q (1998), Track monitorinf of the biotype of brown planthopper (Nilaparvata lungens) immigrating into rice field in Jiang Huai region Acta Entomologica Sinica 41, 275-279

Comment [ok39]: Ketipearachi Y., Kaneda C ADN nakamura C (1998), Adaption of brown planthopper (BPH), Nilaparvata lungens (Stal) (Homoptera: Delphacidae), to BPH resistant rice cultivars carrying bph8

or Bph9 Applied Entomology ADN Zoology 33, 497-505

Comment [ok40]: Nguyễn Công Thuật, Hoàng Phú Thịn và Đăcngj Thị Bình (1996), Kết quả nghiên cứu biotype rầy nâu ở Đồng Bằng Song Cửu Long và Đồng Bằng Sông Hồng 1990-

mang gen kháng Bph1 như IR26, IR28, IR30, CR104, NN1A… vốn kháng

được rầy biotype 1 nay lại trở nên nhiễm Trong những năm 1996-1997,

quần thể rầy nâu ở ĐBSCL đã chuyển thành một biotype mới rất khác

biệt, không giống với các biotype đã biết ở Viện nghiên cứu Lúa Quốc tế

(Nguyễn Công Thuật và ctv, 1996) Các nhà khoa học của Viện Lúa Đồng

bằng Sông Cửu Long cho rằng quần thể này thực chất là hỗn hợp cuả

biotype 2 và biotype 3 (Lương Minh Châu và Nguyễn Văn Luật, 1998,

Nguyễn Thị Lang và Bùi Chí Bửu, (2002)) Tuy nhiên theo một nghiên

cứu của Thiều Văn Đường và ctv, (2000), quần thể rầy nâu ĐBSCL có độc

tính mạnh hơn hỗn hợp hai loại biotyp trên

Sự chuyển dịch biotype rầy như vậy và kèm theo đó là sự thay đổi độc

tính theo hướng tăng lên đã làm đổ vỡ tính kháng của các giống lúa mang

gen kháng Bph1 và bph2 ở ĐBSCL, làm cho nhiều giống kháng trước đây

trở nên nhiễm (Nguyễn Công Thuật và ctv, (1993))

1.2 TÍNH KHÁNG RẦY NÂU Ở LÚA

1.2.1 Khái niệm tính kháng của cây chủ

Theo S Palaniswamy, tính kháng của cây chủ là kết quả của sự tác

động qua lại giữa cây và côn trùng Tính kháng đối với sâu hại là tính trạng

tương đối, không hoàn toàn là tính trạng số lượng Tính kháng có thể được di

truyền và ngăn chặn sự phát triển của quần thể sâu hại hay làm giảm thiệt hại

gây ra do côn trùng Mức độ kháng biến thiên từ kháng rất ít cho đến kháng

rộng, phản ứng của cây biến động từ nhiễm nặng đến miễn dịch Mức độ

kháng và phản ứng của cây phản ánh qua biểu hiện kiểu hình bị hại bởi côn

trùng (Host plant resistance)

Painter (1951) đã mô tả tính kháng là những đặc tính di truyền tương

đối có ảnh hưởng đến mức độ thiệt hại cuối cùng do côn trùng gây ra Trong

Comment [ok41]: Thị Lang và Bùi Chí Bửu, Chọn giống lúa kháng rầy nâu có gen Bph10 nhờ marker phân tử, Cơ sở

di truyền tính kháng sâu bệnh hịa cây trồng, NXB NN, 169-195

thực tế sản xuất nông nghiệp, tính kháng đại diện cho khả năng của một

giống cụ thể cho thu hoạch nhiều hơn so với giống ban đầu trong cùng điều

kiện bị gây hại bởi côn trùng

1.2.2 Các kiểu tính kháng

Hai thuật ngữ tính kháng dọc và tính kháng ngang được dùng trong

kháng bệnh cây được đề xuất đầu tiên bởi Van der Plank (1963) Nhưng

những thuật ngữ này cũng có ý nghĩa tương tự trong tính kháng côn trùng

(Raveendran & M Kumar138) Bra và Khush G (1997) đã đề xuất tính

kháng dọc là tính kháng được điều khiển bằng gen chính (major gene), và

tính kháng ngang là tính kháng do nhiều gen kiểm soát và được coi là bền

vững hơn tính kháng dọc Nhưng tính kháng ngang thường biểu hiện mức độ

kháng thấp, khó di truyền và khó thực hiện trong chọn giống (Raveendran &

M Kumar138)

Một vài tác giả, nổi bật là Robinson (1976), đã đưa ra những lý lẽ để

phủ nhận vai trò của tính kháng dọc trong chọn giống kháng và ủng hộ việc

sử dụng tính kháng ngang Tuy nhiên, theo Raveendran & M Kumar138

(200.), tính kháng dọc cũng đã được sử dụng rất thành công để kiểm soát côn

trùng trong nhiều chương trình Bên cạnh đó, tính kháng dọc dễ được đưa

vào giống mới và thường cho mức độ tính kháng cao Nhưng nhược điểm

của tính kháng dọc là dễ gây ra chọn lọc biotype mới có thể tấn công các

giống kháng

1.2.3 Cơ chế tính kháng rầy nâu ở lúa

Theo S Palaniswamy (Host plant res.), khả năng tự vệ và các cơ chế

của cây trồng kháng sâu hại có thể được xem xét dưới 4 góc độ khác nhau:

cơ sở sinh lý và hoá sinh, vi sinh học, hình thái học hay lý học và vật hậu

học Cây chủ sản xuất ra các chất hoá học để xua đuổi và cũng có khi để hấp

Comment [ok42]: Van der Plank, J.E 1963 Plant Diseases: Epidemics ADN Control Academic Press, Inc., New

York, 349 pp

Van der Plank, J.E 1968 Disease Resistance in Plants.Academic Press, Inc., New York, 216 pp

Comment [ok43]: Raveendran & M

Kumar138Breeding approaches for elvolving insect resistant crop varieties

T.S Comment [ok44]: Bra D S ADN Khush GS (1997),Alien introgression

in rice, Plant Molecular Biology 35: 1-2; 35-47

Comment [ok45]: Breeding

approaches for elvolving insect resistant crop varieties

T.S Raveendran & M Kumar138 Comment [ok46]: Breeding

approaches for elvolving insect resistant crop varieties

T.S Raveendran & M Kumar138

dẫn côn trùng Các chất chuyển hoá tạo thành và tình trạng dinh dưỡng của

cây chủ sau đó tạo điều kiện thuận lợi cho hệ vi sinh vật cũng góp phần tạo

nên tính kháng

Painter (1951) đã đề xuất 3 cơ chế của tính kháng côn trùng: không

tương thích , kháng sinh và chống chịu (tolerance)

- Không tương thích: là phản ứng của côn trùng đối với những đặc

tính của cây chủ không hấp dẫn đối với côn trùng cắn phá, để trứng hay làm

tổ Bởi vì khái niệm không tương thích liên quan đến côn trùng chứ không

liên quan đến cây chủ, sau này Kogan và Ortman (1978) đã đề xuất thuật ngữ

“antixenosis” để mô tả khả năng biến đổi để tạo nên sự không tương thích

của cây đối với côn trùng, có thể là những đặc tính hình thái cụ thể hay sự

xuất hiện của các chất hoá học tương ứng trong cây Những đặc tính mới này

tác động lên sự chọn lọc cây chủ, tập quán cắn phá, tập quán gây hại bầy

đàn, cơ chế ăn và tiêu hoá thức ăn, giao phối và làm tổ của côn trùng Sự

thích nghi về cấu tạo, hình dáng, màu sắc của các bộ phận của cây như tạo

thành một lớp sáp lá, tạo lông bề mặt lá … tạo thành vật ngăn cản hay lớp

bảo vệ cây đối với sâu hại

- Cơ chế kháng hoá sinh: Đây là cơ chế thường xuyên được phát hiện

đối với tính kháng sâu Những hợp chất chuyển hoá thứ cấp hay những đồng

phân hoá học trong cây chủ là yếu tố chính trong cơ chế kháng hoá sinh

- Cơ chế chống chịu: Cơ chế chống chịu đề cập đến khả năng của cây

chủ có thể chống lại một quần thể côn trùng có thể gây hại nặng đối với các

giống nhiễm Những giống chống chịu không làm suy yếu quần thể sâu hại

hay không gây bất kỳ một sức ép chọn lọc nào lên quần thể sâu hại

Painter (1951) cho rằng những yếu tố hoá sinh quan trọng hơn sự khác

biệt về hình thái trong việc hình thành mức độ kháng đối với một loại côn

Comment [ok47]: Painter,R.H 1951 Insect resistance in crop plants The Mac

Millan Co., New York

trùng gây hại

Về cơ sở phân tử tính kháng rầy nâu ở lúa, theo Saxena, (1986), tính

kháng rầy nâu có được ở cây lúa là do thiếu các chất kích thích, mời mọc côn

trùng hoặc do sự xuất hiện của các chất ngăn cản côn trùng (K

Gunathilagaraj, 200.) Nồng độ amino axit thấp, đặc biệt là chất kích thích

chích hút, asparagin, được xem là yếu tố dẫn đến tính kháng rầy nâu ở giống

Mudgo (Sogawa ADN Pathak, 1970)) Sau đó, Yoshihara et al (1979, 1980)

đã công bố axit Silic hoà tan trong các giống lúa kháng là yếu tố kìm hãm sự

chích hút của rầy nâu Nhưng công bố này gây tranh cãi vì thực tế là cả hai

loại axit này đều ở dạng nước hoà tan và chúng không có mặt trong thành

phần của nhựa libe Silic ở dạng axit silicic và có mặt trong đất và có nhiều

khả năng được vận chuyển qua mạch gỗ Mặt khác, axit oxalic, một sản

phẩm trao đổi chất của tế bào thực vật, là một chất có tính gây độc cao thậm

chí đối với cả các mô thực vật Vì thế, chất này ít có khả năng có mặt trong

nhựa libe (K Gunathilagaraj) Theo Uthamasamy và ctv (1971), sự tăng

hàm lượng aminoacid và protein và sự giảm hàm lượng muối khoáng trong

các giống mẫn cảm khuyến khích sự phát triển của rầy nâu Những chất này

ảnh hưởng đến sự đồng hoá dinh dưỡng và chuyển hoá thức ăn, làm giảm số

lượng quần thể sâu hại do gây chết hay giảm tỷ lệ sinh sôi phát triển hay khả

năng sinh nở

Khi nghiên cứu các dòng lúa Nhật Bản kháng rầy nâu, Shigematsu et

al (1982) đã phát hiện ra ò-sitosterol và một số sterol khác trong nhựa libe

ò-sitosterol là một chất xua đuổi mạnh đối với rầy chích hút Cùng năm đó,

Kaneda (1982) báo cáo rằng nồng độ asparagines thấp làm tăng tác dụng

xua duổi của ò-sitosterol

Vai trò của các chất này đối với tính kháng ở lúa sau này đã được

Sadasivam ADN Thayumanavan (2003) làm sáng tỏ Tính kháng rầy nâu ở

Comment [ok48]: Saxena, R C (1986) Biochemical bases of insect resistance in rice varieties In: Natural Resistance of Plants to Pests: Roles of Allelochemicals (Green, B ADN Hedin, P.A eds.)

ACS Symposium Series 296: 142 – 159

Comment [ok49]: HOSTPLANT RESISTANCE IN RICE TO THE PLANTHOPPERS chuong 2 Comment [ok50]: Sogawa, K ADN Pathak, M.D (1970) Mechanisms of brown planthopper resistance in Mudgo variety of rice (Heimptera :

Delphacidae) Appl Ent Zool., 5: 145 –

158

Comment [ok51]: HOSTPLANT RESISTANCE IN RICE TO THE PLANTHOPPERS chuong 2 Comment [ok52]: Uthamasamy.S., Jayaraj.S ADN Subramaniam.T.R

1971 Studies on the varietal resistance

of bhendi,

Abelmoschus esculentus (L) Moench, to

the leafhopper Amrasca devastans

ADN asparagines in the rice plant, endogenous factors related to resistance against the

brown planthopper, Nilaparvata lugens

J Agric Boil Chem., 46: 2877 – 2896

Comment [ok54]: Kaneda, C (1982) Breeding approaches for resistance to BPH in Japan Paper presented at the

International Rice Research Conference,

April, 12, International Rice Research Institute,

Los Banos, Laguna, Philippines

Comment [ok55]: Sadasivam, S ADN B Thayumanavan 2003 Molecular host plant resistance to pests Marcel Dekker,

Inc New York pp 496

lúa Nilaparvata lugens (Stal.) có liên quan đến hàm lượng thấp của acid

aspartic, asparagines, valine, alanine và glutamic, các chất này đóng vai trò

như là các chất kích thích chích hút của rầy Các chất dễ bay hơi là các sản

phẩm chưng cất (các chất dầu, terpenoid, aldehyt, các axit béo, este, chất

sáp ) có biểu hiện ảnh hưởng đến tập tính và đặc điểm sinh vật học của rầy

nâu (Saxena ADN Okech, 1985), mặc dù chưa có nghiên cứu nào xác định

được chính xác những đồng phân hóa học này trong cây (K Gunathilagaraj,

200.)

Về cơ sở hình thái và giải phẫu đối với tính kháng rầy nâu, cũng có

nhiều nghiên cứu được tiến hành trong nhiều năm qua Cook và ctv (1987)

cho rằng bề mặt của cây lúa đóng vai trò quan trọng trong việc chọn cây chủ

phá hại của rầy nâu Những lớp sáp trên bề mặt có biểu hiện ảnh hưởng đến

tập tính sinh hoạt của rầy nâu Nghiên cứu cho thấy, các tín hiệu từ các hợp

chất ancan hoặc cacboxyl trong lớp sáp là nguyên nhân dẫn đến sự giảm cư

trú và hoạt động thăm dò của rầy nâu trên cây lúa Những hợp chất này thay

đổi tùy thuộc vào giống lúa khác nhau Những số liệu thống kê đã chỉ ra

rằng, sự khác biệt giữa các chất sáp là nguyên nhân gây ra tỷ lệ cao hơn của

các hợp chất cacbon dạng mạch dài hay ngắn trong các giống kháng Trên

thực tế, nhờ được cải tiến về những đặc tính bên ngoài, giống IR 45 đã có

tính kháng rầy trên đồng ruộng (Woodhead ADN Padjaham, 1988)

Những nghiên cứu về cơ sở phân tử có liên quan đến những cơ chế

kháng rầy nâu ở lúa chưa được công bố nhiều Tuy nhiên, cho đến nay,

người ta tin rằng các gen kháng chi phối tính kháng rầy nâu ở lúa, mặc dù

không có quan hệ gen đối gen giữa một gen đơn (a single gene) trong

biotype rầy nâu và bất kỳ một gen nào về tính kháng trong cây chủ

(Claridge, Den HollADNer (1982)); K Gunathilagaraj- chương 2, Host plant

resistance)

Comment [ok56]: Saxena, R.C ADN Okech, S H (1985) Role of plant volaties in resistance of selected rice varieties

to brown planthopper, Nilaparvata

lugens (Stal.) (Homoptera:

Delphacidae) J Chem

Ecol., 11: 1601 – 1616

Comment [ok57]: HOSTPLANT RESISTANCE IN RICE TO THE PLANTHOPPERS chuong 2 Comment [ok58]: Cook, A.G., Woodhead, S., Magalit, V.F ADN Heinrichs, E.A (1987) Variation in the feeding

behaviour of Nilaparvata lugens on

resistant ADN susceptible rice varieties

Ent exp appl.,

of rice to the brown planthopper,

Nilaparvata lugens Ent exp appl., 47:

15 – 22

Comment [ok60]: Claridge, M F ADN Den HollADNer, J (1982) Virulence to rice cultivars ADN selection for virulence in populations of the rice brown

planthopper Nilaparvata lugens, Ent

exp appl., 32: 213 – 221

1.2.4 Di truyền tính kháng rầy nâu ở lúa:

Di truyền tính kháng rầy nâu đã được nghiên cứu nhiều và cho đến

nay đã có báo cáo về 18 gen kháng chính (Yang và ctv, (2004); K K Jena

và ctv (2006) và một số gen kháng phụ (minor gene hay QTLs) Những gen

quy định tính kháng đối với biotype ở Nam và Đông Nam Á phần lớn là

những gen di truyền trội: Bph1, Bph3, Bph6, Bph9 và Bph10, (Sharmavà cvt

(2003)), Bph14, Bph15 Trong số 8 gen lặn, bph2 và bph4 lần lượt có liên kết

chặt với gen trội Bph1 và Bph3, nhưng lại độc lập với nhau (Kawaguchi et

al 2001) Gen trội Bph1 và gen lặn bph2 đã được Athwal và ctv (1971) phát

hiện lần lượt ở các giống Mudgo và ASD 7 (Ryoichi Ikeda và Duncan A

Vaughan (2006)) Gen Bph3 và bph4 được phát hiện ở 2 giống Srilankalần

lượt là Rathu Heenati và Babaw (Lakshminarayana và Kush (1997)) Gen lặn

bph5 được tìm thấy ở giống ARC 10550 quy định tính kháng với biotype 4

Những phân tích tiếp theo đã phát hiện ra gen trội Bph6 ở giống Swarnalata

Gen di truyền lặn bph7 được phát hiện ở giống T12 (PADNa ADN Khush,

1995)

Ryoichi Ikeda và Duncan A Vaughan (2006) đã chia các giống kháng

làm 4 nhóm: Nhóm Bph1: kháng được biotype 1 và 3, nhưng nhiễm với biotype

2 Nhóm bph2: kháng với biotype 1 và 2 nhưng lại nhiễm với biotype 3, và

nhóm 3: gồm Bph3, bph4, bph8, bph9: kháng được cả 3 nhóm biotype Còn 3

gen khác: bph5, Bph6 và bph7 chỉ quy định tính kháng đối với biotype 4

Hai gen trội, Bph14 và Bph15, quy định tính kháng rất cao đối với

biotype rầy nâu ở Trung Quốc ((Ren et al 2004;Yang et al 2004)) Gen trội

Bph17 được xác định ở giống lúa indica Rathu Heenati, Liuhong Sun (2005)

cũng Giống lúa mang gen này có khả năng kháng cao đối với cả 4 biotyp

rầy nâu Gen Bph18 được xác định ở dòng lai IR65482-7-216-1-2, mang gen

Comment [ok61]: K K Jena ặ J U Jeung ặ J H Lee

H C Choi ặ D S Brar (2005) High-resolution mapping of a new brown planthopper (BPH) resistance gene, Bph18(t), ADN marker-assisted selection for BPH resistance

in rice ( Oryza sativaL.) Theor Appl Genet (2006) 112: 288–297

Comment [ok62]:

Sharma PN, Ketipearachchi Y, Murata

K, Torii A, Takumi S, Mori N, Nakamura C (2003) RFLP/AFLP mapping of a brown planthopper (Nilaparvata lugens Stal) resistance gene Bph1 in

rice Euphytica 129(1):109–117

Comment [ok63]: Kawaguchi M, Murata K, Ishii T, Takumi S, Mori N, Nakamura

C (2001) Assignment of a brown planthopper (Nilaparvata lugens Stal) resistance gene bph4 to rice chromosome 6 Breed Sci

Comment [ok64]: Ryoichi Ikeda và Duncan A Vaughan (2006) The distribution ò resisstance genes to the brown plant hoppẻ in rice germplasm Vol 8: 1-3 Link:

http://ww.shigen.nig.ac.ip/rice/rgn/vol Comment [ok65]: Lakshminarayan

a, A., ADN G.S Kush 1997 New genes for resistance to the brown plant hopper in rice Crop Sci 17:96-

100

Comment [ok66]: PADNa, N ADN Khush, G.S (1995) Host Plant Resistance to Insects CABI,

Wallingford, UK, 431 pp

Comment [ok67]: Ryoichi Ikeda và Duncan A Vaughan (2006) The distribution ò resisstance genes to the brown plant hoppẻ in rice germplasm Vol 8: 1-3 Link:

http://ww.shigen.nig.ac.ip/rice/rgn/vol Comment [ok68]: Ren X, Weng

QM, ZhuLL, He GC (2004) Dynamic mapping of

quantitative trait loci for resistance to brown planthopper in

rice Cereal Res Commun 32:31–38

- Comment [ok69]: Lihong Sun, Changchao Su, Chuming Wang, Huqui Zhai, Jianmin Wang, (2005) Maping of resistance gene to Brown plant hopper in Rathu Heenati cultivar Breeding Science 55: 391 -

[2]

[3] [1]

[4]

[5]

kháng từ dòng lúa hoang Oryza Dòng lúa mang gen kháng này biểu hiện

mức kháng cao đối với biotype rầy nâu Hàn Quốc (K K Jena và ctv

(2006))

Cho đến nay, trong số 18 gen kháng rầy nâu được công bố, gần một

nửa các gen kháng được tìm thấy có nguồn gốc từ 4 loài có họ hàng xa với

loài lúa hoang Oryza (Yang et al 2004; K K Jena và ctv (2006)) Bph10

được tìm thấy ở loài lúa hoang O australiensis, bph11, bph12, Bph13,

Bph14, Bph15 được tìm thấy ở loài lúa hoang O O fficinalis và Bph12 ở loài

lúa hoang O latifolia (Ishii et al 1994; Ranganayaki và ctv 2002; Ren và

ctv 2004; Yang và ctv 2004) Những gen kháng này đã được xác định cùng

với các chỉ thị phân tử (K K Jena và ctv (2006))

Các locut tính trạng số lượng quy định tính kháng rầy nâu cũng được

xác định và những QTL chính liên quan đến tính kháng rầy nâu biotype 1 và

biotyp 2 cũng đã được báo cáo ((Alam ADN Cohen 1998; Soundararajan và

ctv 2004; Xu và ctv (2002))

Ngoài ra, tính kháng rầy nâu do gen tế bào kiểm soát cũng đã được

phát hiện ở một số giống lúa trong tự nhiên (Rao, 1993)

Việc xác định các gen kháng rầy nâu ở nước ta cũng chỉ mới bắt đầu

từ 10 năm gần đây, và phần lớn được tiến hành trong khuôn khổ các dự án

hợp tác với nước ngoài Năm 1997, Bùi Chí Bửu và ctv đã tìm thấy hai gen

mới kháng rầy nâu ở loài lúa hoang O officinalis định vị trên nhiễm sắc thể

kháng rầy nâu bphX trên nhiễm sắc thể số 4 ở giống lúa CR203, đây là giống

lúa có tính kháng bền đối với các biotype rầy nâu ở Việt nam (Power point)

Gần đây nhất, năm 2003, Thiều Văn Đường (2003) đã xác định được 2 locut

gen kháng rầy mới bphY (ở dòng DG5) và BphZ (ở dòng GC9) định vị trên

Comment [ok70]: Rao V.L.V.P (1993), Cytoplasmic inheritance of tolerance to insect pests in rice Current Science 64, p 280

Comment [ok71]: Bùi Chí Bửu, Renganauaki K và Redy A.S (1997), Phân tích di truyền tính kháng rầy nâu của giống lúa hoang nhờ Marker phân

tử, Kết quả nghiên cứu khoa học

1977-1997, Viện lúa Đồng Bằng Sông Cửu Long Nxb Nông nghiệp

nhiễm sắc thể số 4 của lúa Đây là các dòng lúa có phản ứng kháng khá tốt

đối với quần thể rầy nâu mới phân lập ở Ô Môn, Cần Thơ (Thiều Văn

Đường và ctv (2003)

1.3 CHỌN GIỐNG KHÁNG RẦY NÂU:

1.3.1 Chiến lược chọn tạo giống lúa kháng rầy nâu:

Sự thay đổi liên tục của các quần thể rầy nâu và đổ vỡ tính kháng ở

các giống lúa kháng là những thách thức to lớn đối với các nhà chọn tạo

giống lúa Nhiều chiến lược chọn tạo và quản lý giống lúa mang gen kháng

đã được thực hiện trên các khu vực trồng lúa trên thế giới nhằm phát triển

tính kháng và ổn định quần thể rầy nâu

(Khush, (1978)) đã đề xuất hai chiến lược quản lý gen kháng dọc:

- Liên tục cho ra đời những giống mới có tính kháng đơn gen: Chiến

lược này không chỉ được tiến hành đối với chọn tạo giống kháng lúa rầy nâu

mà còn thành công đối với chương trình chọn giống lúa mỳ kháng ruồi

Hessian Một gen kháng đơn được đưa vào một giống được thương mại hóa

và được trồng phổ biến trong vòng một vài năm Khi xuất hiện độc tính của

các biotype đối với giống này, lúc đó người ta lại thay thế bằng một giống

khác

- Quy tụ một vài gen kháng đơn: Chiến lược này nhằm quy tụ hai hay

nhiều hơn các gen kháng vào cùng một giống Đây là chiến lược phát triển

chọn giống kháng rầy nâu cho đến nay

Trong những năm sau này, các nhà chọn giống ở IRRI đã đưa ra một

chiến lược chọn tạo giống lúa kháng rầy nâu là sự kết hợp giữa tính kháng

dọc và tính kháng ngang Khush (1984); Slavko (1990); Verma và ctv (1999)

[109]; [157]; [170]: Khi tính kháng dọc bị phá hủy thì tính kháng ngang sẽ

Comment [ok72]: Khush, G.S 1978 Disease ADN insect resistance in rice

Adv Agron., 29: 265 – 341

Comment [ok73]: Kush, G.S (1984)Breeding rics for resistance to insects Pro Eco, (7),147-165 Comment [ok74]: Slavko Borojevic (1990), Selection principles ADN methods of plant breeding, Amsterdam – Oxford – Nework – Tokyo, 94-107

Comment [ok75]: Verma V K, D.J Pophaly R K, Mishra, ADN R K Suhu Indira GADNhi Agricultural University (IGAU), Raipur, Madhya Pradesh India (1999), Genetics of resistance to BPH in rice, p 12, IRRI

tiếp tục giữ năng suất được ổn định, đặc biệt trong những trường hợp giống

có khả năng chống chịu tốt

Ngày nay, các nhà chọn giống đang có hướng tăng cường tính chống

chịu trong các chương trình lai tạo giống kháng với mong muốn hạn chế sự

phát triển của các biotype rầy nâu mới (Phạm Thị Mùi, 2001)

Trong thực tế, người ta đã kết hợp một gen kháng đơn với các gen phụ

khác với nhau để làm tăng khả năng chống chịu của giống Giống IR46 là

một thí dụ điển hình Giống này mang gen kháng đơn Bph1 cung cấp tính

kháng dọc đối với rầy nâu biotype 1 và các gen kháng phụ cung cấp tính

chống chịu đồng ruộng với rầy nâu biotype 2 Cũng nhờ chiến lược này,

Giống Mudgo được tạo ra ở IRRI mang tính kháng rầy nâu cao trong các thí

nghiệm nhà lưới và ngoài đồng ruộng ( Phạm Thị Mùi, 2001)) Điều này đã

chỉ ra rằng hướng chọn lọc quy tụ các gen kháng chính trong một nền gen

kháng phụ có đặc tính tốt có thể phát triển tính kháng bền ở các giống lúa

1.3.2 Các phương pháp chọn tạo giống kháng rầy nâu:

1.3.2.1 Phương pháp cổ điển:

Là phương pháp tạo giống mới từ tổ hợp lai giữa giống cho năng suất

cao với giống có tính kháng nhằm nâng cao năng suất cây trồng đồng thời

tăng khả năng chống chịu với sâu bệnh Chọn lọc trong phương pháp cổ điển

chủ yếu dựa trên đánh giá kiểu hình và các chỉ thị hình thái

Ở nước ta, chọn tạo giống lúa kháng rầy nâu theo phương pháp cổ

điển đã thu được nhiều thành công Năm 1999, Viện nghiên cứu và phát triển

hệ thống canh tác trường Đại học Cần thơ trong năm 1996-1998 đã chọn

được nhiều giống lúa có triển vọng kháng rầy nâu như MTL56

(IR54742-145), MTL (IR54742-27) (Tạ Minh Sơn, 2001)

Comment [ok76]: Phạm Thị Mùi,

2001, Nghiên cứu chọn tạo giống lúa khágn rầy nâu cho vùng đồng bằng sông cửu Long, Luận văn tiến sỹ Hà nội 19-

24

Comment [ok77]: Phạm Thị Mùi,

2001, Nghiên cứu chọn tạo giống lúa khágn rầy nâu cho vùng đồng bằng sông cửu Long, Luận văn tiến sỹ Hà nội 19-

24

Comment [ok78]: Tạ Minh Sơn, Tạ Comment [ok79]: Tạ Minh Sơn, Tạ Minh Trường và ctv (2001) Chọn tạo giống lúa NX30 Tuyển tập các công trình cghiên cứu khoa học kỹ thuật

Năm 2001, Tạ Minh Sơn và ctv đã chọn tạo giống lúa NX30 có năng

suất cao ổn định, chống chịu tốt vớibạc lá, đạo ôn, rầy nâu Phạm Thị Mùi đã

chọn được 20 giống kháng rầy nâu cấp 3, 62 giống kháng trung bình và 6

giống nhiễm cấp 7 Trong đó, giốngOM2073-17 kháng rầy nâu đã được phát

triển trong sản xuất và được công nhận khu vực hóa năm 2003

1.3.2.2 Phương pháp chọn giống kháng rầy nâu bằng kỹ thuật nuôi

cấy mô:

Từ năm 1975, kỹ thuật nuôi cấy mô thực vật đã được nghiên cứu ở Việt nam

Từ biến dị soma đơn lẻ hoặc có kết hợp với tác nhân gây đột biến đã tạo ra

những dòng lúa có nhiều đặc tính tốt trong đó có đặc tính chống chịu sâu

bệnh khá và vẫn giữ nguyên được đặc tính của giống lúa gốc (Tạ Minh Sơn,

2001)

Bằng kỹ thuật nuôi cấy túi phấn, Phạm Thị Mùi (2001) đã chọn được

6 giống lúa kháng rầy nâu có triển vọng là OM3241-2-63, OM3237-1-18,

OM3237-4-14, OM3237-5-15, OM3237-3-10 và OM3240-9-29 Trong đó,

hai giống OM3241-2-63, OM3240-9-29 đã được đưa vào sản xuất thử ở vụ

Đông Xuân và Hè Thu năm (Nguyễn Văn Luật, 2002)

1.3.2.3 Chọn tạo giống kháng đạo ôn bằng phương pháp gây đột biến

Phương pháp này có thể giúp các nhà chọn giống tạo nên một vài biến

đổi đặc hiệu ở một vài tính trạng riêng rẽ, nhằm khắc phục được một vài

nhược điểm của giống mà không làm thay đổi những đặc tính quý của giống

như năng suất cao, phẩm chất thơm ngon của giống cổ truyền trước đây

Viện Di truyền Nông nghiệp phối hợp với Trường Đại học Sư phạm I

Hà nội đã sử dụng phương pháp chiếu xạ và xử lý hóa chất để tạo ra giống

nếp ĐV2, giống lúa tám thơm trồng được 2 vụ trong năm nhưng vẫn giữ

Comment [ok80]: Nguyễn Văn Luật (2002), Cây lúa Việt nam thế kỷ 20 Nxb Nông nghiệp

được phẩm chất thơm ngon của giống (Trần Duy Quý, 1997)

Tại Viện lúa ĐBSCL đã tạo ra hai giống đột biến THĐB và TNĐB

bằng phương pháp gây đột biến bằng tia gamma từ các nguồn giống địa

phương Hai giống này cho năng suất cao, kháng rầy nâu và đạo ôn, phẩm

chất tốt

1.3.2.4 Phương pháp chọn tạo giống lúa kháng rầy nâu nhờ chỉ thị

phân tử:

Ngày nay, với sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ chỉ thị phân tử,

các nhà chọn giống bắt đầu quan tâm nhiều hơn đến vấn đề vấn đề chọn giống

phân tử Trong chọn giống nhờ chỉ thị phân tử, quá trình chọn lọc được dựa

trên cơ sở các chỉ thị phân tử liên kết với các gen quy định tính trạng cần quan

tâm

Chọn lọc nhờ thị phân tử trong chọn giống đã trở nên hữu hiệu không

chỉ đối với các tính trạng được điều khiển bởi các gen chính mà đối với cả

những tính trạng số lượng được điều khiển bởi các gen phụ hay các QTLs

(Robert Koebner (2003)) Hiệu quả cải tiến cây trồng sẽ gia tăng gấp nhiều

lần so với chọn giống cổ điển, nhờ thực hiện chọn lọc không cần trực tiếp

trên tính trạng mong muốn, mà thông qua chỉ thị phân tử liên kết với tính

trạng đó (Bùi Chí Bửu, Nguyễn Thị Lang (2004)) Phương pháp này cho

phép thanh lọc kiểu hình với một khối lượng quần thể lớn Thông qua chọn

lọc nhờ chỉ thị phân tử, người ta có thể xác định được kiểu hình kháng nhiễm

ở ngay thế hệ phân ly đầu tiên ở F2, F3 Như vậy, các nhà chọn giống có thể

rút ngắn thời gian đánh giá kiểu hình, tập trung chọn lọc những mục tiêu

quan trọng khác có giá trị về mặt kinh tế (Nguyễn Thị Lang, Bùi Chí Bửu,

(2002)) Nếu so sánh với chọn lọc kiểu hình, MAS có thể giúp các nhà chọn

giống tiết kiệm từ 1 đến 16,7 lần trong chọn lọc quần thể (Knap (1998))

Comment [ok81]: Trần Duy Quý,

1997, các phương pháp mới trong chọn tạo giống câyt rang Nxb Nông nghiệp

Hà nội tr: 255-258

Comment [ok82]: MAS in cereals: green for maize, amber fỏ rice, still red for ưheat ADN barley (2003) Marker Asssisted selection: a fast track to encrease gêntic gain in plant ADN âniml breeding Page: 12-17 Link:…

Comment [ok83]: Bùi Chí Bửu, Nguyễn Thị Lang (2004) Di truyền phân tử (288-305) NXBNN, TP HCM

Comment [ok84]: Nguyễn Thị Lang, Bùi Chí Bửu (2002)Chọn tạo giống lúa có gen kháng bệnh đạo ôn nhờ Marker phân tử Cơ sở di truyền tính khágn sâu bệnh hại cây trồng NXB Nông nghệp Trang 183-195

Chọn lọc nhờ chỉ thị phân tử còn là phương tiện hữu hiệu trợ giúp đắc

lực cho chọn giống truyền thống nhằm khắc phục những trở ngại mà công

tác chọn giống truyền thống rất khó giải quyết nhờ chọn lọc loại bỏ được các

tác động gây nhiễu do các tương tác trong cùng alen hay giữa các alen gây ra

– những tương tác này thường không thể phát hiện được bằng các phân tích

kiều hình Phương pháp này còn đặc biệt hiệu quả trong trường hợp cần đưa

gen lặn hoặc thậm chí đưa nhiều gen khác nhau vào một nền gen ưu việt

1.4 MỘT SỐ CHỈ THỊ PHÂN TỬ THÔNG DỤNG ĐƯỢC SỬ

DỤNG TRONG NGHIÊN CỨU GENOME VÀ CHỌN GIỐNG THỰC

VẬT

1.4.1.Chỉ thị phân tử

Số lượng các chỉ thị ADN là rất lớn Cây trồng có khỏang 108 - 1010

nucleotit trong ADN tổng số Thậm chí, nếu chỉ tính một sai khác rất nhỏ

giữa hai cá thể thể đã dẫn đến một số lượng khổng lồ các chỉ thị ADN giữa 2

cá thể đó Về nguyên tắc, một chỉ thị ADN lý tưởng là chỉ thị thỏa mãn các

yêu cầu sau: Bản chất cho đa hình cao, di truyền đồng trội, xuất hiện nhiều

trong genome, tập tính chọn lọc trung tính (trình tự ADN của cơ thể nào

cũng là trung tính với các điều kiện môi trừơng), dễ tiếp cận, phân tích nhanh

và dễ dàng Tuy nhiên, gần như không thể tìm thấy một CTPT nào có thể

thỏa mãn tất cả những điều kiện trên Tùy thuộc vào những nghiên cứu mà

người ta sử dụng một hệ thống chỉ thị thỏa mãn được một số điều kiện trên

(Nguyen Duy Bay va ctv., 2001)

Chỉ thị phân tử thường được phân thành chỉ thị dựa trên cơ sở phép lai

ADN và các chỉ thị dựa trên cơ sở phản ứng PCR

1.4.1.1 Chỉ thị dựa trên cơ sở lai ADN

a Chỉ thị RFLP (Restriction Fragment Length Polymorphism - Đa

Comment [ok86]: Nguyen Duy Bay, Nguyn H.T., Bui Chi Buu ADN Bui Ba Bong (2001), Genetic markers in genome research ADN plant breeding, Chọn gióngnhowf Marker và Phân tích QTL, Viện lúa Đồng Bằng Sông Cửu Long, tr: 44-58

hình chiều dai đoạn phân cắt)

Chỉ thị RFLP được di truyền đơn giản theo quy luật Menden Trong

kỹ thuật RFLP, enzyme giới hạn được sử dụng để cắt ADN genome thành

nhiều mảnh ADN có độ dài khác nhau Qua quá trình tiến hóa, trong phạm vi

trình tự nhận biết của một loại enzym giới hạn có thể xảy ra sự tái sắp xếp

ADN, các đột biến đểm, sự thêm hoặc mất đoạn ADN, điều này tạo nên sự

đa hình giữa các cá thể và có thể phát hiện được đa hình này khi sử dụng kỹ

thuật RFLP Sau khi xử lý bằng enzyme giới hạn, các đoạn ADN được phân

tích bằng điện di trên gen agarose và đưa lên màng lai Những băng đặc hiệu

được nhận biết bằng phương pháp lai ADN với các ADN mẫu dò đã được

đánh dấu Các ADN mẫu dò có độ dài khoảng 0,5-3,0kb, được tổng hợp từ

cADN hoặc ngân hàng ADN genome Các chỉ thị RFLP được sử dụng đầu

tiên trong việc lập bản đồ di truyền và đến nay vẫn được sử dụng rộng rãi

trong nghiên cứu về genome nhờ những ưu điểm của nó Là 1 chỉ thị đồng

trội, RFLP rất đáng tin cậy trong phân tích mối liên kết và chọn giống Ưu

điểm của phương pháp này là không những phát hiện được các cá thể dị hợp

tử và đồng hợp tử mà còn phát hiện được cá thể đồng hợp tử trội và đồng

hợp tử lặn Tuy nhiên, chỉ thị RFLP có một hạn chế: kỹ thuật RFLP đòi hỏi

khối lượng ADN lớn của mỗi cá thể trong mỗi thí nghiệm (Paterson, 1996),

phương pháp tốn nhiều thời gian, công sức và tỷ lệ số băng cho đa hình thấp,

điều này rất bất tiện khi lai giữa các loài có quan hệ gần gũi (Lê Duy Thành,

2000)

b Chỉ thị SNP (Single nucleotide polymorphism - Đa hình của các

nucleotit đơn)

SNP là những biến dạng của chuỗi trình tự ADN được tìm thấy với tần

suất cao nhất trong genome người Theo phân tích chi tiết chuỗi trình tự cuả

Comment [ok87]: Paterson C.M ADN Kisdore G M (2000), Exploiting the full potential of disease – resistance to blast disease in rice within a conventional breeding progam, Rice Blast Disease, Wallingfors, United Kingdom, CAB, International, pp 245-265

Comment [ok88]: Lê Duy Thành (2000), Cơ sở di truyền chọn giống thực vật, Nxb DHQG Hà nội, Hà nội

những phần nào đó trong genome, ADN từ hai các thể khác nhau phần lớn

đều giống nhau với số cặp base khác biệt nhau nằm ở trong khoảng cho phép

500-1000bp Một cặp base ở một vị trí nào đó sẽ biểu thị sự khác nhau của

cá thể có tính chất phổ biến, và một cặp base khác là biến dị, ít phổ biến hơn

ở cùng một vị trí Nếu cặp base ít phổ biến hơn xuất hiện nhỏ hơn 1% trong

quần thể, người ta định nghĩa vị trí cặp base đó là một SNP Hiện nay, người

ta đã công bố 3 triệu SNP trong genome người (Russell 2002) [Di truyền

phân tử, tr180], nhiều hơn bất cứ chỉ thị phân tử nào đã được công bố trước

đó Kỹ thuật SNP được áp dụng vào đầu những năm 2000, từ genome người

cho đến genome các sinh vật khác như cây Arabidopsis, cây lúa…

Các alen của một SNP có thể dễ dàng được xem xét bởi phân tích lai

với phân tử oligonucleotit nào đó Trong quy trình này, một đoạn ngắn

oligonucleotit được tổng hợp sao cho nó sẽ bổ sung vào alen phổ biến nhất

tại locut SNP Phân tử oligo này được trộn với ADN mục tiêu, và mức độ lai

ADN được hoàn chỉnh ở mức độ cực kỳ chính xác

SNP có những ưu điểm nổi bật sau:

-SNP có tính chất “diallelic” trong quần thể và tần suất alen của nó có

thể được ước đoán dễ dàng trong bất cứ quần thể nào, thông qua một loại xét

nghiệm kỹ thuật

- SNP là những chỉ thị phân tử có tính ổn định rất cao về mặt di

truyền

- Nhiều kỹ thuật đã được nghiên cứu để tạo ra SNP theo kiểu tự động

hóa với sự giúp đỡ của máy tính (Bùi Chí Bửu, Nguyễn Thị Lang., 2004)

1.4.1.2 Chỉ thị dựa trên cơ sở nhân bản ADN bằng các kỹ thuật

PCR

Comment [ok89]: Bùi Chí Bửu, Nguyễn Thị Lang, 2004 Di truyền Phân

tử

a Chỉ thị RAPD (RADNom Amplified Polymophic DNA - Tính đa

hình các đoạn ADN được nhân bản ngẫu nhiên)

Chỉ thị RAPD là sự khuyếch đại ngẫu nhiên các đoạn ADN genome

với những nhóm mồi đơn (khỏang 6-10nu) (William và ctv., 1990) Trong

phản ứng này, một mồi đơn gắn vào ADN genome ở 2 vị trí khác nhau trên

sợi bổ trợ của ADN khuôn Sự đa hình phát hiện đựơc khi sử dụng kỹ thuật

RAPD có thể là do sự thay đổi bazơ nucleotit ở vị trí gắn mồi, hoặc sự thêm

hay mất nucleotit nằm trong vùng khuyếch đại Do đó, đa hình RAPD

thường là trội, biểu hiện sự có mặt hay vắng mặt của 1 sản phẩm khuyếch

đại từ một locut đơn Ưu điểm chính của chỉ thị này là không đòi hỏi

thông tin về trình tự ADN, kỹ thuật đơn giản, chi phí thấp và nhiều chỉ thị

có thể được phân tích trong một thời gian ngắn Do vậy, kỹ thuật này được

sử rộng rãi trong việc lập bản đồ di truyền, phân tích và xác định mối quan

hệ thân thuộc giữa các thứ cây trồng hay giữa các cá thể để phục vụ trong

công tác lai tạo hoặc phân loại Chúng được sử dụng như những CTPT để

xác định những gen kiểm soát hoặc có liên quan đến một tính trạng nào đó

ở cây trồng Nhược điểm của phương pháp này là RAPD thường là các chỉ

thị trội cho nên khi các sản phẩm được khuyếch đại có kiểu dị hợp tử thì

không thể phân biệt đựơc và do đó nó không có ưu điểm như RAPD là chỉ

thị đồng trội Ngoài ra, độ nhạy và độ tin cậy của RAPD còn phụ thuộc

vào điều kiện phản ứng (Nguyen Duy Bay và ctv., 2001)

b Chỉ thị AFLP (Aplified Fragment Length Polymorphism - Đa hình

chiều dài các đoạn ADN được nhân bản chọn lọc)

Phương pháp AFLP là sự kết hợp việc sử dụng enzyme giới hạn với

khuyếch đại PRC và phát hiện đa hình, được phát minh bởi Zabeau và Vos

(1993) (Nguyen Duy Bay và ctv., 2001) Nguyên tắc của kỹ thuật như sau:

Comment [ok90]: William J.G, et

al (1990), DNA polimophism amplified

by arbitrary primers ate useful aas genetic marker, Nucleic Acid Research, 18, 6531-6535

ADN genome được cắt đồng thời với 2 loại enzyme khác nhau thành các

đoạn có kích thước không giống nhau, trong số đó sẽ có một số đoạn mang

một số phân đoạn mang các đầu mút giống nhau Nếu ta sử dụng một số

đoạn nối (adaptor) như nhau có gắn thêm 1 hoặc một số oligonucleoitit được

chọn lọc trứớc để định hướng cho việc gắn của các cặp mồi PCR thì tất cả

những đoạn ADN có đầu mút giống nhau sẽ đựơc nhân bản Khi thay đổi số

lượng và trình tự các oligonucleoitit được chọn lọc ở các đầu nối ta có thể

nhận lại được những đoạn ADN đựơc nhân bản khác nhau Kỹ thuật này

được đánh giá là nhanh chóng và có hiệu quả trong việc xác định tính đa

dạng ở cây trồng, tách dòng và lập bản đồ phân tử Tuy nhiên, đa hình AFLP

là do sự có mặt hay vắng mặt của vị trí gắn mồi và là chỉ thị có bản chất trội

nên nó không có lợi khi dùng để lập bản đồ các quần thể phân ly (Nguyen

Duy Bay và ctv., 2001) (Lê Duy Thành, 2000)

c Chỉ thị SSR (Simple Sequence Repeats – Sự lặp lại của trình tự

đơn giản)

SSR là những đoạn lặp lại, đơn vị lặp lại gồm từ 2 đến 6 nucleotit,

kích thước mỗi locut là 20-100bp Ở thực vật, trình tự AT/TA được nhắc lại

nhiều nhất, sau đó là GA/CT, trong khi đó thì trình tự CA/GT lại phổ biến ở

động vật Chúng được sử dụng như những chỉ thị ADN trong lập bản đồ di

truyền Đa hình vi vệ tinh được phát hiện thông qua sự nhân bội ADN hệ gen

nhờ sử dụng 2 đoạn mồi bổ trợ với trình tự gần kề hai đầu của vùng lặp lại

Microsatllites, phương pháp vi vệ tinh hay còn gọi là kỹ thuật SSR là

phương pháp tốt nhất để nghiên cứu ADN fingerpringting bởi vì sự đa dạng

ở mức độ cao từ rất nhiều vùng tương ứng, bao phủ rộng khắp hệ gen của

chúng và là chỉ thị đồng trội Khi nghiên cứu các chỉ thị vi vệ tinh, người ta

có thể xác định được vị trí cuả chúng trên nhiễm sắc thể nào của loài nghiên

Comment [ok91]: Lê Duy Thành (2000), Cơ sở di truyền chọn giống thực vật, Nxb DHQG Hà nội, Hà nội

cứu Do chỉ thị vi vệ tinh có thể dễ dàng phân tích bằng PCR, nên kỹ thuật

này chỉ cần một lượng nhỏ mẫu và không tốn kém Đến nay, hơn 2500 cặp

mồi SSR của lúa đã được phổ biến

Nhược điểm cơ bản của chỉ thị này là quá trình thiết kế mồi rất tốn

kém mà mỗi loại mồi chỉ đặc trưng cho một loài

d Chỉ thị STS (Sequence Tagged Site – Vùng đã biết trước trình tự)

STS là một đoạn ADN ngắn gồm khoảng 60-1000bp và có thể phát

hiện đựơc bằng kỹ thuật PCR Hai đoạn mồi được thiết kế dựa trên các trình

tự nucleotit đã biết giúp ta xác định được vùng ADN cần tìm kiếm

Các đoạn mồi STS thường chứa khoảng 20 nuleotit (dài hơn mồi của

RAPD) nên có tính đặc hiệu cao Mỗi một STS được xác định tại một điểm

trên bản đồ như là một mốc trong genome Ở cây lúa, các STS được coi như

là mốc chuẩn Kỹ thuật này cũng rất thuận lợi cho việc nghiên cứu mối quan

hệ họ hàng giữa các loài ((Lê Duy Thành, 2000))

e Chỉ thị RGA (Resistance Gene Analog – Vùng tương đồng gen kháng)

Khi so sánh trình tự ADN của những gen kháng đã phân lập từ nhiều

loài thực vật khác nhau, các nhà khoa học đã thấy rằng những gen này có

chung những vùng lặp lại, ví dụ như vùng nhắc lại giàu leucin (Leucine Rich

Repeat: LRR), vùng vị trí liên kết nucleotit (Nucleotit Binding Site: NBS) và

vùng protein Kinaza (PK) (Grant và ctv., 1995) Những vùng này đã được sử

dụng trong việc xây dựng một kỹ thuật dựa trên PCR, đó là kỹ thuật RGA

Bản chất cuả kỹ thuật RGA là những cặp mồi ADN được xây dựng dựa vào

những vùng bảo tồn nằm trong gen kháng Bởi vậy, sản phẩm “nhận dạng”

ADN có thể là một vùng hoặc toàn bộ gen kháng Kỹ thuật RGA đã được

dùng để tách, lập bản đồ gen kháng và mô tả đa dạng di truyền (Chen và ctv.,

1998)

Comment [ok92]: Lê Duy Thành (2000), Cơ sở di truyền chọn giống thực vật, Nxb DHQG Hà nội, Hà nội

Comment [ok93]: Grant M R., et

al (1995), Structure of the Arabidopsis RPM1 gene enabling dual specificity disease resistance, Science,

269, 269, 843-846

Comment [ok94]: Chen D., Dela Vina M., et al (1999), Molecular mapping of the blast resistance gene, Pi-44(t), in a line derived from a durably resistance rice cultivar,

1.4.2 Ứng dụng của chỉ thị phân tử trong chọn giống

1.4.2.1 Chọn lọc nhờ chỉ thị phân tử trong chọn giống (MAS)

Với sự ra đời của chỉ thị phân tử, phương pháp chọn lọc bằng chỉ thị

phân tử là một cách tiếp cận mới giúp tránh được những vấn đề gặp phải ở

chọn giống truyền thống, bằng cách thay đổi hình thức chọn lọc từ kiểu hình

sang chọn lọc kiểu gen một cách trực tiếp hay gián tiếp

Ưu điểm của chỉ thị phân tử so với chỉ thị hình thái

Chỉ thị phân tử rõ ràng không bị ảnh hưởng bởi tác động môi trường

và điều kiện sống của cây trong tất cả các giai đoạn sinh trưởng E Franci

và ctv (2005) So với chỉ thị hình thái, chọn lọc bằng chỉ thị phân tử có

những ưu thế sau:

1 Kiểu gen của các locut chỉ thị phân tử có thể được xác định tại bất

kỳ giai đoạn nào và ở bất cứ mức độ nào: tế bào, mô hay toàn bộ cơ thể

2 Số lượng các chỉ thị phân tử là cực kỳ lớn, trong khi số lượng của

chị thị hình thái là hạn chế

3 Các alen khác nhau của chị thị phân tử thường không liên kết với

những hiệu ứng có hại, trong khi sự đánh giá của chỉ thị hình thái thường hay

đi kèm với hiệu ứng kiểu hình không mong muốn

4 Các alen của các chỉ thị phân tử phần lớn là đồng trội, vì thế cho

phép phân biệt mọi kiểu gen ở bất kỳ thế hệ phân ly nào, còn các alen của

các chỉ thị hình thái thường tương tác theo kiểu trội-lặn, do đó bị hạn chế sử

dụng trong nhiều tổ hơp lai

5 Đối với chỉ thị hình thái, các hiệu ứng lấn át thường làm sai lệch

việc đánh giá các cá thể phân ly ở trong cùng một quần thể phân ly, còn đối

với chỉ thị phân tử, hiệu ứng lấn át hoặc cộng tính rất hiếm gặp

Comment [ok95]: E Francia, G Taccomi, C Crosatti, D Barabschi, D Bulgarelli, E Dall’Aglio& G Vale (2005) Marker assisted selection in crop plants Plant Cell, Tissue ADN Orrgan Culture 82: 317-342

Điều kiện để ứng dụng MAS

Theo E Franci và ctv (2005) và R Babu1 và ctv (2004), sự thành

công của hệ thống chọn giống nhờ MAS phụ thuộc vào 3 yếu tố chính:

vùng tương đồng (uniformly-spaced polymorphic markers)) để định vị chính

xác QTLs hay gen quan tâm

- Sự tái tổ hợp thích hợp giữa các chỉ thị và phần còn lại của bộ gen

(Adequate recombination between the markers and rest of the genome) (R

Babu1 và ctv (2004))

- Khả năng đánh giá một số lượng lớn cá thể trong một thời gian và

giá thành hiệu quả (E Franci và ctv (2005))

Thành công của MAS còn phụ thuộc vào vị trí cuả chỉ thị so với gen

quan tâm Có 3 kiểu quan hệ giữa chỉ thị và gen quan tâm cần phải được làm

rõ (R Babu1 và ctv (2004)):

là trường hợp lý tưởng nhất cho MAS, nhưng rất khó tìm thấy loại chỉ thị

này

(ii) Chỉ thị linkage disequilibrium (LD) với gen quan tâm Đây là

nhóm chỉ thị có khuynh hướng di truyền cùng nhau Mối quan hệ này tìm

thấy khi gen và chỉ thị có khoảng cách vật lý gần nhau Chọn lọc dựa trên chỉ

thị này gọi là LD-MAS

(iii) Chỉ thị có mối cân bằng liên kết (linkage equilibrium (LE)) với

gen quan tâm Đây là trường hợp khó tiến hành ứng dụng trong MAS

Comment [ok96]: E Francia, G Taccomi, C Crosatti, D Barabschi, D Bulgarelli, E Dall’Aglio& G Vale (2005) Marker assisted selection in crop plants Plant Cell, Tissue ADN Orrgan Culture 82: 317-342

Comment [ok97]: E Francia, G Taccomi, C Crosatti, D Barabschi, D Bulgarelli, E Dall’Aglio& G Vale (2005) Marker assisted selection in crop plants Plant Cell, Tissue ADN Orrgan Culture 82: 317-342

Khi đề cập đến ứng dụng chỉ thị PCR trong chọn giống, Kangle Zheng

(1995) cũng cho rằng mức chính xác của MAS phu thuộc vào mối liên kết

chặt giữa gen quan tâm và chỉ thị phân tử Mặc dù chỉ thị và gen có mối liên

hệ về di truyền, nhưng mối liên kết này có thể bị phá vỡ do có sự tái tổ hợp

giữa chúng Khoảng cách di truyền phản ánh tỷ lệ tái tổ hợp giữa gen quan

tâm và chỉ thị Vì thế, để có độ tin cậy cao, làm giảm sự tái tổ hợp giữa gen

quan tâm và chỉ thị là điều cần thiết Điều này có thể thực hiện khi áp dụng

MAS với những chỉ thị cách gen quan tâm không quá 5cM và với những

nhóm marker nằm về cả 2 phía của gen Theo lý thuyết, với những chỉ thị

cách gen trong khoảng 5cM, độ chính xác thu được khi sử dụng MAS là

99.75% hoặc có thể cao hơn

Tuy nhên, trong đa số các trường hợp, dặc biệt đối với các tính trạng

đa gen, các gen hay QTL quan tâm đa phần chưa được nhận dạng chi tiết ở

mức độ phân tử Vì thế, những vùng gen được chọn để ứng dụng MAS

thường là các đoạn nhiễm sắc thể chứa gen hay QTL Hiệu quả chọn lọc sẽ

tốt hơn nếu có 2 chỉ thị đa hình flanking với gen quan tâm , hoặc chỉ thị nằm

trong QTL (nếu đoạn nhiễm sắc thể có kích thước lớn hơn 20cM) để hạn chế

khả năng tái tổ hợp hai lần giữa hai chỉ thị flanking

Ứng dụng của MAS

Đối với các nhà chọn giống, ứng dụng quan trọng nhất của MAS là sử dụng

những chỉ thị phân tử cho 3 mục đích sau:

- Phát hiện gen quan tâm trong các quần thể

- Phân lập nhanh các cá thể cần quan tâm trong các quần thể dựa trên

thành phần của gen hay các chỉ thị liên kết với các alen quan tâm đối với các

locut mong muốn

Comment [ok98]: Kangle Zheng, Ning Huang, John Bennett, ADN Gudev S Khush, 1995, PCR-based marker-assisted selection in rice breeding, IRRI discussion paper series No.12, IRRI, Philippines., 14-21

Comment [ok99]: E Francia, G Taccomi, C Crosatti, D Barabschi, D Bulgarelli, E Dall’Aglio& G Vale (2005) Marker assisted selection in crop plants Plant Cell, Tissue ADN Orrgan Culture 82: 317-342

- Chuyển một vùng gen, đối với những tính trạng quan tâm được quy đinh bởi đơn gen hay bởi một gen chịu trách nhiệm phần lớn việc biểu hiện kiểu hình của tính trạng

Trong chọn giống lúa, MAS ngày càng được sử dụng rộng rãi để rút ngắn các quá trình phục hồi các dòng bố mẹ tái tục trong các chương trình lai trở lại Khi so sánh với lai trở lại trong chọn giống truyền thống, vai trò trợ giúp của chỉ thị phân tử có thể cải thiện hiệu quả chọn giống ở 3 điểm sau:

- Đối với các tính trạng khó đánh giá kiểu hình, chọn lọc đối với một chỉ thị alen cây bố mẹ cho gen tại vị trí locut gần với gen quan tâm có thể làm tăng hiệu quả và độ chính xác của chọn lọc

- Sử dụng chỉ thị để chọn lọc quần thể lai trở lại nhằm hạn chế số lượng gen nằm ngoài vùng quan tâm và để chọn lọc quần thể lai hiếm tạo ra

từ việc taí tổ hợp gần gen quan tâm, vì thế hạn chế đối đa tác động của các yếu tố cản trở có liên quan

- Chuyển các gen lặn bằng phương pháp truyền thống và chọn lọc trong các quần thể tự phối sau mỗi lần lai trở lại (Chuyển các gen lặn trong chọn giống truyền thống đòi hỏi phải có các thế hệ tự phối sau mỗi lần lai trở lại, quá trình này làm kéo dài thời gian chọn giống và ảnh hưởng đến mục đích thương mại cuả chọn giống Với sự trợ giúp của MAS, quá trình này đã được rút ngắn lại nhờ kiểm tra được sự có mặt của alen lặn trong con lai)

Các giả thuyết mô hình MAS

Trong những năm gần đây, một vài mô hình MAS đã được các nhà khoa học đưa ra và được phân tích cặn kẽ (Frisch và ctv., 1999a, 1999b, Hospital, Charcosset, 1997; Visscher và ctv., 1996; Xie và Xu, 1998) Theo một số mô hình, chỉ cần tiến hành lai trở lại qua 4 thế hệ, chứ không cần đến

6 thế hệ, ngay cả khi quần thể chọn lọc có kích thước nhỏ và các giữ liệu về chỉ thị phân tử bị hạn chế (Frisch và ctv., 1999b, Hospital, 1992) Trong một

số trường hợp thuận lợi, đôi khi các nhà chọn giống chỉ cần lai trở lại 3 thế

hệ là có thể đạt được mục tiêu của mình Hơn thế nữa, Frisch và ctv., (1999b) đã đưa ra chiến lược “chọn lọc hai giai đoạn” để áp dụng trong trường hợp chưa biết các thông tin về bản đồ liên kết của các chỉ thị phân tử Theo R Babu1 và ctv (2004), những tính toán dựa trên cơ sở máy tính

để so sánh các chiến lược chọn lọc 2 bước, 3 bước và 4 bước (stage) về tỷ lệ kiểu gen bố mẹ phục hồi (recurrent parent genotype) cho thấy:

- Với chiến lược lấy mẫu 4 bước và quần thể từ 50-100 cá thể, tỷ lệ kiểu gen giống bố mẹ (RPG) có thể đạt 96% với độ tin cậy 90% Trong khi chọn giống truyền thóng phải cần tới 6 thế hệ và với rủi ro lớn hơn

- Việc tăng số lượng chỉ thị để đánh giá kiểu gen ở mỗi thế hệ có rất ít tác dụng Khi ngưỡng 1 chỉ thị / 20cM đạt được, việc thêm chỉ thị nữa là không cần thiết (ngoại trừ các chỉ thị xung quanh locut quan tâm) Tỷ lệ tái

tổ hợp chứ không phải số lượng chỉ thị là yếu tố hạn chế trong việc giảm các cản trở liên kết Điều đó cho thấy rằng, việc lấy mẫu quần thể lớn hơn với ít chỉ thị hơn có nghĩa hơn việc làm ngược lại

1.4.2.2 Ứng dụng chỉ thị phân tử trong quy tụ gen kháng ở lúa

Cho đến nay, MAS tỏ ra có hiệu quả đối với các tính trạng đơn giản được điều khiển bởi một số lượng hạn chế các gen như các tính kháng sâu, bệnh…(E Franci và ctv, 2006) Trong chọn giống kháng ở lúa, MAS có thể cung cấp những lợi thế: cho phép có phản ứng nhanh hơn với sự đổ vỡ tính kháng, dồn nhanh nhiều gen từ các nguồn kháng đa dạng, quy tụ gen kháng,

và chọn lọc những tổ hợp gen kháng có liên kết chặt (Michelmore, 2003) Chọn lọc nhờ chỉ thị phân tử đã trở thành chiến lược chọn giống của

nhiều quốc gia và được tiến hành ở nhiều phòng thí nghiệm trên thế giới (P

Kaushal và ctv (2004)) (MADNy Christopher và ctv (2004) Cho đến nay,

nhiều chương trình trong chiến lược chọn giống bằng MAS ở lúa tập trung

vào quy tụ gen kháng bệnh, đặc biệt là các gen kháng bệnh bạc lá và đạo ôn

(Robert Koebner (2003))

Triển vọng to lớn khi ứng dụng MAS trong chọn giống đa gen kháng

đã được chứng minh khi các nhà khoa học Nhật Bản cho ra đời hai giống lúa

Indonesia được quy tụ gen kháng xa5 vào giống có nền gen xa4 (Toennissen

và ctv 2003) Trước đó, cũng đã có những báo cáo về quy tụ gen kháng bạc

lá xa4,xa5, xa13 và xa21(HUANG và ctv (1997); Sanchez và ctv (2000);

Sing và ctv (2001) và quy tụ 3 gen kháng đạo ôn Pi1, Piz-5 và Pita;

(Hittalmant và ctv (2000)) MAS cũng đã được ứng dụng thành công trong

tạo các dòng lúa kháng bạc lá, sâu đục thân vàng và sheath blight (Datta và

ctv (2002))

Trong hội nghị lúa Quốc tế lần thứ 5 tại IRRI,2005, Các nhà khoa học

Trung Quốc đã báo cáo quy tụ thành công các gen kháng đạo ôn và bạc lá

trong chọn giống lúa lai Li-yong Cao và ctv (2005) ) đã chuyển thành công

gen kháng đạo ôn Pi25 (t) vào dòng lúa lai R8006 mang gen kháng bạc lá

Xa21 nhờ chỉ thị phân tử, dòng lúa này cho khả năng kháng đạo ôn, kháng

bạc lá tốt và đang được trồng thử nghiệm Feng Wang và ctv (2005) đã ứng

dụng chọn lọc nhờ các chỉ thị SSR trong quy tụ thành công 2 gen kháng đạo

ôn Pi-1 và Pi-2 vào dòng lúa khử đực mẫn cảm nhiệt độ BL122

1.5 NHỮNG NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH CHỈ THỊ PHÂN TỬ LIÊN

KẾT GEN KHÁNG RẦY NÂU VÀ ỨNG DỤNG TRONG CHỌN TẠO

GIỐNG KHÁNG RẦY NÂU

Comment [ok100]: P Kaushal, D

R Malaviya ADN A K Roy 2004 Prospects for breeding apomictic rice:

A reassessment Current Science, Vol 87, NO 3, pp: 292-296

Comment [ok101]: MAS in cereals: green for maize, amber fỏ rice, still red for ưheat ADN barley (2003) Marker Asssisted selection: a fast track to encrease gêntic gain in plant ADN âniml breeding Page: 12-17 Link:…

Comment [ok102]: Toenniesssen G.H., O’Toole J.C., DeVries j 2003 Advances in plant biôtechnology ADN its adôptin in developing coủnties Curr Opin Plant Biol 6: 191-198

Comment [ok103]: Li-yong Cao, Zhuang Jie-yun, Zhan Xiao-deng, Zhou Hai-peng, Cheng Shi-hua 2005 Pyramiding of bacterial blight ADN blast resistance genes in rice by molecular marker-assisted selection

5 th

International Rice Genetics Symposium ADN 3 rd International Rice Functional Genomics Symposium IRRI

Cho đến năm 2004, có khoảng 4000 chỉ thị phân tử ở lúa được phát

hiện (P Kaushal và ctv (2004) Tuy nhiên, những nghiên cứu chỉ thị phân tử

liên kết gen kháng rầy nâu ở lúa mới chỉ được bắt đầu chưa đầy một thập kỷ

và vẫn đang được tiến hành

Năm 1994, Ishii và ctv đã tiến hành nghiên cứu xác định chỉ thị liên

kết gen kháng rầy nâu được đưa từ loài lúa hoang O australiensis vào lúa

trồng O sativa (IR65482-4-136-2-2), kháng với rầy nâu biotype 1, 2 và 3, đã

được chọn lọc từ quần thể BC2F1 của tổ hợp lai trên Phân tích RFLP sử

dụng mẫu dò trên NST số 10 và 12 cho thấy gen kháng liên kết với chỉ thị

RG457 trên NST số 12 với khỏang cách là 3,68 ±1,29cM (Ishii và ctv.,

1995) [21]

Năm 1995, Hirabayashi và Ogawa bằng cách phân tích RFLP đã xác

định rằng gen Bph1 liên kết với chỉ thị XNpb248 trên NST số 12, với tần số

tái tổ hợp là 10,7% (Hirabayashi và Ogawa, 1995)[8].Đây là một trong

những báo cáo đầu tiên về xác định chỉ thị liên kết kháng rầy nâu

Năm 1998, Murata và ctv đã báo cáo về việc lập bản đồ RFLP gen

kháng rầy nâu bph2 đưa từ 1 giống lúa Indica IR1154-243 vào 1 giống lúa

Japonica Norin-PL4 Kết quả cho thấy 6 chỉ thị RFLP đưa vào là đồng phân

ly với gen bph2 Khoảng cách giữa chỉ thị gần nhất và gen này là 3,5cM

(Marata và ctv., 1998) []26]

Đến năm 2000, tại hội nghị Lúa Quốc tế, một số tác giả Nhật Bản đã

báo cáo kết quả nghiên cứu lập bản đồ liên kết gen kháng rầy nâu ở quần thể

lúa “Tsukushibare x Pl4” Kết quả chỉ ra rằng gen Bph1, bph2, Bph9 đều

nằm trên nhiễm sắc thể số 12 và một chỉ thị AFLP gần với Bph1 nhất nằm

cách gen này với khoảng cách 3,1cM Ngoài ra còn có 9 chỉ thị AFLP liên

kết với gen bph2 trong khoảng cách 3,2cM, trong đó có 2 chỉ thị hầu như

Comment [ok104]: P Kaushal, D

R Malaviya ADN A K Roy 2004 Prospects for breeding apomictic rice:

A reassessment Current Science, Vol 87, NO 3, pp: 292-296

đồng phân ly với gen này (Murai và ctv., 2001)[25]

Khi nghiên cứu các chỉ thị RAPD có liên kết với gen Bhp13 ở quần

thể lai giữa IR50 và IR54745-2-21-12-17-6, K Renganayaki và ctv (2002)

đã phát hiện ra một đoạn có liên kết chặt với chỉ thị RAPD và đã chuyển

đoạn này sang chỉ thị đồng trội STS, có thể sử dụng trong chọn giống nhờ

MAS Chỉ thị này được định vị trên nhiễm sắc thể số 3 của dòng lai

IR64/Azucena và nằm cách gen Bph13 1,3cM

Cho đến nay, 18 gen kháng rầy nâu đẫ đã được lập bản đồ cùng với

các chỉ thị phân tử Các gen kháng Bph1, bph2, Bph9 và Bph10 được định vị

trên nhiễm sắc thể số 12; Bph3 và bph12 được định vị trên nhiễm sắc thể số

4; bph4 trên nhiễm sắc thể số 6; Bph6 trên nhiễm sắc thể số 11 và bph11,

Bph13 trên nhiễm sắc thể số 3 (Hirabayashivà ctv (1999); Ishii và ctv

(1994); Jena và ctv (2003b); Renganayakivà ctv (2002); Sharmavà ctv

(2003)) Hai gen trội, Bph14 và Bph15, quy định tính kháng rất cao đối với

biotype rầy nâu ở Trung Quốc đã lần lượt được định vị ở vai dài của nhiễm

sắc thể số 3 và vai ngắn của nhiễm sắc thể số 4 ((Ren et al 2004;Yang et al

2004)) Trên vai dài của nhiễm sắc thể số 4 của giống lúa indica Rathu

Heenati, Liuhong Sun (2005) cũng đã xác định được gen trội Bph17 Giống

lúa mang gen này có khả năng kháng cao đối với cả 4 biotyp rầy nâu

Gen Bph18 được xác định ở dòng lai IR65482-7-216-1-2, là dòng

mang gen kháng từ dòng lúa hoang Oryza Dòng lúa mang gen kháng này

biểu hiện mức kháng cao đối với biotype rầy nâu Hàn Quốc Gen Bph18

được định vị tại vùng tận cùng trên vai dài của nhiễm sắc thể số 12 Gen này

được phát hiện cùng với BAC clone kẹp giữa 2 chỉ thị RM6869 và R10289S

Những nghiên cứu sâu hơn của tác giả đã chỉ ra rằng gen Bph18 nằm trong

vùng gen 0,843Mb, vùng này bao gồm 3 BAC clone, kẹp giữa chỉ thị

Comment [ok105]: K

Renganayaki*,a, Allan K Fritzb, S Sadasivame, Sujata Pammic, SADNra

E Harringtond, Susan R McCouchd,

S Mohan Kumare ADN Avutu Sam Reddyc 2002 Mapping ADN Progress toward Map-Based Cloning of Brown Planthopper Biotype-4 Resistance Gene Introgressed from Oryza officinalis into Cultivated Rice, O

sativa Crop Science 42:2112-2117

Comment [ok106]: Hirabayashi H, Kaji R, Angeles ER, Ogawa T, Brar DS, Khush

GS (1999) RFLP analysis of a new gene for resistance to brown

planthopper derived from O o.cinalis on rice chromosome 4

(abstract in Japanese) Breed Res 1(Suppl 1):48

- Ishii T, Brar DS, Multani DS, Khush

GS (1994) Molecular tagging

of genes for brown planthopper resistance ADN earliness introgressed from Oryza australiensis into cultivated rice, Oryza

sativa Genome 37:217–221

- Jena KK, Pasalu IC, Rao YK, Varalaxmi Y, Krishnaiah K, Khush

GS, Kochert G (2003b) Molecular tagging of a gene for resistance

to brown planthopper in rice (Oryza sativa L.) Euphytica

129:81–88

- Renganayaki K, Friz AK, Sadasivam S,

Pammi S, Harrington SE, McCouch SR, Kumar SM, Reddy AS (2002) Mapping ADN

progress toward map-based cloning of brown planthopper

biotype-4 resistance gene introgressed

Comment [ok107]: Ren X, Weng

QM, ZhuLL, He GC (2004) Dynamic mapping of

quantitative trait loci for resistance to brown planthopper in

rice Cereal Res Commun 32:31–38

- Yang HY, You AQ, Yang ZF, Zhang F,

He RF, Zhu LL, He GG (2004) High resolution genetic mapping

at the Bph15 locus for brown planthopper resistance in rice (Oryza sativa L.) Theor

Appl Genet 110:182–191

Comment [ok108]: Lihong Sun, Changchao Su, Chuming Wang, Huqui Zhai, Jianmin Wang, (2005) Maping of resistance gene to Brown plant hopper in Rathu Heenati cultivar Breeding Science 55: 391 -

[7]

R10289 and RM6869 và được xác định nằm trong BAC clone

OSJNBa0028L05 Thông tin trình tự được dùng để thiết lập mồi STS

7312.T4A Allen chỉ thị cho băng 1,078bp đồng phân ly hoàn toàn với tính

trạng kháng rầy nâu, và được giả định rằng đây chính là vị trí của gen kháng

rầy nâu có nguồn gốc từ lúa hoang O australiensis Primer STS 7312.T4A

cũng được tác giả khuyến cáo sử dụng trong MAS (K K Jena và ctv

(2006))

Theo Khush and Brar (2001), sự có mặt của 5 gen Bph (Bph1, bph2,

Bph9, Bph10, Bph18) trên vai dài của nhiễm sắc thể số 12 đã cho thấy một

nhóm locut gen kháng, tương tự như nhóm locut gen kháng đạo ôn ở lúa (K

K Jena và ctv (2006))

Bên cạnh những nghiên cứu về gen chính khágn rầy nâu, nhiều nghiên

cứu xác định các QTL kháng rầy nâu đã được báo cáo

Cohen và ctv đã tìm thấy 7 QTL liên quan đến tính trạng rầy nâu với

mức độ đóng góp đo được từ 5,1 đến 16,6% trên các nhiễm sắc thể 1, 2, 3, 4,

6, và 8 khi sử dụng 175 chỉ thị phân tử Trong đó có hai QTL ảnh hưởng lớn

đến cơ chế kháng đơn: một QTL liên quan đến tính kháng không tương thích

và một QTL liên quan dến tính chống chịu Hầu hết các QTL này đều có

nguồn gốc từ giống IR64 là một giống lúa kháng khá ổn định với rầy nâu

(Alam và Cohen, 1998)

Khi sử dụng 105 chỉ thị phân tử để tiến hành lập bản đồ ở quần thể tạo

ra từ cặp lai IR64/Azucena, Ramalingam et al (2003) cũng đã có báo cáo về

4 QTL trên nhiễm sắc thể số 11 và 3 QTL trên nhiễm sắc thể số 12 có liên

quan đến tính kháng rầy nâu với mức độ biến động từ 5,6 đến 16,6%,

R P Soundarajana và ctv (2004) khi nghiên cứu lập bản đồ locut

tính trạng số lượng (QTL) liên quan đến tính kháng rầy nâu ở quần thể lưỡng

Comment [ok109]: Ramalingam, J., C.M Vera Cruz, K Kukreja, J.M Chittoor, J.-L Wu, S.W Lee, M Baraoidan, M.L George, M.B Cohen, S.H Hulbert, J.E Leach, ADN H Leung 2003 CADNidate defense genes from rice, barley ADN maize ADN their association with qualitative ADN quantitative resistance in rice Mol Plant Microb Interact 16:14–24.[ISI][Medline] Comment [ok110]: R P Soundararajana, P Kadirvelb, K Gunathilagaraja ADN M

Maheswaranc 2004 Mapping of Quantitative Trait Loci Associated with Resistance to Brown Planthopper in Rice by Means of a Doubled Haploid Population Crop

bội kép (DH population) do cặp lai IR64/Azucena đã phát hiện ra 6 QTL

cùng với các chỉ thị phân tử trên nhiễm sắc thể 1, 2, 6, 7 có liên quan đến

tính kháng rầy nâu Các chỉ thị phân tử liên kết cũng đã đựơc xác định

Tuy nhiên, cho đến nay, chưa có một gen kháng rầy nâu nào được đọc

trình tự Ngoại trừ gen Bph1, bph2, Bph13 (K.Renganyaki, 2001) và Bph15,

phần lớn các chỉ thị đều liên kết không chặt với các gen kháng khác Do vậy,

những chỉ thị này khó được sử dụng trong chọn tạo phân tử giống kháng rầy

nâu Các gen kháng Bph1, bph2, Bph9, ADN Bph10 được gắn với các loại

chỉ thị ADN khác nhau như RFLP và AFLP mà không sử dụng thông tin

trình tự trước (prior sequence information) Do đó, những ứng dụng của các

chỉ thị này trong chọn giống kháng rầy cũng không đáng tin cậy (K K Jena

và ctv (2006))

Vì vậy, cho đến nay, những nghiên cứu về chỉ thị phân tử và ứng dụng

của chúng vẫn đang được tiến hành một cách khẩn trương ở nhiều phòng thí

nghiệm sinh học phân tử của nhiều nước

chọn giống trên thế giới ứng dụng trong quy tụ gen kháng rầy nâu và đã đạt

đươc một số kết quả bước đầu

Nhờ ứng dụng MAS, các nhà khoa học Thái Lan đã tạo ra được những

dòng lai mới, mang các QTLs kháng rầy nâu, mang gen kháng bạc lá Xa21

và có khả năng chống chịu ngập được cải thiện dựa trên nền gen của dòng

KDML 105 (Theerayut Toojinda và ctv (2004))

Ở Nhật Bản, các nhà khoa học cũng đã thành công trong việc quy tụ

các gen kháng rầy nâu Bph1 và Bph2 vào các dòng lai nhờ chọn lọc bằng chỉ

thị phân tử Các dòng lai này biểu hiện tính kháng tương đương đối với các

giống mang một gen Bph1 và biểu hiện tính kháng hơn hẳn so với các dòng

chỉ mang một gen Bph2 (Prem N Sharma và ctv (2004))

Comment [ok111]: K K Jena ặ J

U Jeung ặ J H Lee

H C Choi ặ D S Brar (2005) High-resolution mapping of a new brown planthopper (BPH) resistance gene, Bph18(t), ADN marker-assisted selection for BPH resistance

in rice ( Oryza sativaL.) Theor Appl Genet (2006) 112: 288–297

Comment [ok112]: Theerayut Toojinda, Somvong Tragoonrung, Apichart Vânvichit, Jonaliza L Siangli Jantaboon, Meechai Siangliư ADN Shu Fukai (2004) Molercular breeding for rainfed lowlADN rice in Mekong Region.Proceeding of the 4 th

Internation Rice Conference…Link… Comment [ok113]: Prem N Sharma, Akihide Torri, Shigeo Takumi, Naoki Mori ADN Chiharu Nakamura (204) Arker-assissted pyramiding of brown planthopper

(Nilaparvata lungens Starl) resistance genes Bph1 ADN Bph2 on rice

Nhờ sử dụng phương pháp lai trở lại kết hợp với chọn lọc bằng chỉ thị

phân tử SSR, Huaxiong Qi và ctv (2005) đã thu được 6 dòng lúa mang hai

gen kháng rầy nâu Bph14 và Bph15 khi lai dòng lúa B5 mang 2 gen kháng

này và các dòng phục hồi 9311 ADN 1826 Các dòng lúa thu được biểu hiện

tính kháng cao đối với rầy nâu và đang được thử nghiệm

1.6 MỘT SỐ NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG CHỈ CHỊ PHÂN TỬ VÀ

ỨNG DỤNG TRONG CHỌN GIỐNG Ở VIỆT NAM

Ở Việt nam, những nghiên cứu về chỉ thị phân tử liên kết với tính

kháng rầy nâu cũng chỉ mới bắt đầu từ 10 năm gần đây nhưng cũng đã thu

đựơc những kết quả đáng kể

Năm 1997, Bùi Chí Bửu và ctv đã sử dụng chỉ thị RFLP để phân lập

bản đồ gen kháng rầy nâu ở tổ hợp lai giữa dòng lúa hoang O australiensis

và giống lúa trồng Oryza sativa Phân tích dòng đồng gen cho thấy: gen

kháng rầy nâu nằm trên nhiễm sắc thể 12 và cho đa hình với chỉ thị RG457

Lê Thị Lan Oanh và ctv (1999) bằng kỹ thuật PCR-RAPD đã tìm

được 3 chỉ thị RAPD H3 – 2,7Kb, N11 – 0,85Kb và N11 – 1,1Kb có liên

quan đến gen kháng rầy nâu ở hai giống Phalguna và ARA6650 Kết quả tiến

hành RFLP với các chỉ thị trên cho thấy gen Bph1có mối quan hệ với chỉ thị

RG182 và RG13 nằm trên nhiễm sắc thể số 5

Lưu Thị Ngọc Huyền (2001) đã tiến hành lập bản đồ gen kháng rầy

nâu bphX trên nhiễm sắc thể số 4 của lúa CR203 với 3 chỉ thị SSR là

RM335, RM261, RM185 phân bố đều 2 bên của gen với khoảng cách gần

nhất là 6,2cM và 18 chỉ thị AFLP với khoảng cách liên kết gần nhất là

0,3cM Những chỉ thị này cũng đã được nghiên cứu để ứng dụng trong chọn

tạo giống lúa kháng rầy nâu Tác giả đã đưa ra sơ đồ thử nghiệm quy trình

chọn giống nhờ chỉ thị phân tử đối với gen kháng rầy nâu (Lưu Thị Ngọc

Comment [ok114]: Huaxiong Qi, Jin-bo Li, Ming-yuan Xia, Guang-cun

He, Bing-liang Wan, Zhong-ping Zha

2005 Marker-assisted selection for brown planthopper (Nilaparvata lugens Stồl) resistance genes Bph14 ADN Bph15 in rice 5 th

International Rice Genetics Symposium ADN 3 rd

International Rice Functional Genomics Symposium IRRI

Comment [ok115]: Lưu THị Ngọc Huyền, Lưu Minh CUcs, Nguyễn Thị Tân Phương, Trần Duy Quý, Vũ Đức Quang (2001) Lập bản đồ phân tử gen kháng rầy nâu ở giống lúa CR203, sử dụng chỉ thị vi vệ tinh Tạp chí thông tin Công nghệ Sinh học ứng dụng Số 4/2001, tr29-33