Luận văn thạc sĩ nghiên cứu khả năng kháng bệnh bạc lá của các dòng bố mẹ lúa lai

2.2 Hệ thống lúa lai 2.2.1 H ệ thống lúa lai hai dòng 2.2.1.1 Khái ni ệm về hệ thống lúa lai hai dòng Lúa lai hai dòng là hệ thống lúa lai khi sản xuất hạt lai F1 phải sử dụng hai loạ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ðÀO TẠO TRƯỜNG ðẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

-

NGUYỄN CHÍ THÀNH

NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG KHÁNG BỆNH BẠC LÁ

CỦA CÁC DÒNG BỐ MẸ LÚA LAI

LUẬN VĂN THẠC SĨ NÔNG NGHIỆP

Chuyên ngành: Di truyền và Chọn giống cây trồng

Mã số : 60.62.05 Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS PHAN HỮU TÔN

HÀ NỘI - 2010

LỜI CAM ðOAN

Tôi xin cam ñoan số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn này là trung thực và chưa hề ñược sử dụng ñể bảo vệ một học vị nào

Tôi xin cam ñoan mọi sự giúp ñỡ cho việc thực hiện luận văn này ñã ñược cảm ơn và thông tin trích dẫn ñã ñược chỉ rõ nguồn gốc

Nguyễn Chí Thành

LỜI CẢM ƠN

Tôi xin bày tỏ lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc tới thầy giáo hướng dẫn PGS.TS Phan Hữu Tôn, người ñã tận tình chỉ bảo tôi trong suốt quá trình thực hiện luận văn

Tôi cũng xin chân thành cảm ơn tới KS Tống Văn Hải và nhóm

nghiên cứu lúa ñã giúp ñỡ tôi trong quá trình thực tập

Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo Bộ môn Công nghệ sinh học ứng dụng và các thầy cô giáo Bộ môn Di truyền chọn giống cây trồng, khoa Nông học, trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội ñã tạo ñiều kiện thuận lợi giúp ñỡ tôi hoàn thành luận văn

Cuối cùng tôi xin ñược gửi lời cảm ơn ñến gia ñình và bạn bè ñã luôn ủng hộ, khuyến khích tôi trong suốt quá trình học tập

Hà nội, ngày 17 tháng 9 năm 2010 Tác giả luận văn

Nguyễn Chí Thành

2.3 Chỉ thị phân tử và ứng dụng trong chọn tạo giống lúa lai 24 2.4 Tình hình nghiên cứu và kết quả chọn tạo lúa lai trong và ngoài nước 31

4.1.4 Số nhánh tối ña và số nhánh hữu hiệu 59

4.2 Nghiên cứu khả năng kháng bệnh bạc lá lúa của các dòng bố mẹ với

các chủng vi khuẩn ñang gây bệnh phổ biến ở miền bắc Việt Nam 61 4.2.1 Phản ứng của các dòng ñẳng gen với các chủng vi khuẩn lây nhiễm 62 4.2.2 Phản ứng của các dòng bố mẹ với các chủng vi khuẩn lây nhiễm 62 4.3 Kết quả tiến hành phản ứng PCR xác ñịnh gen TMS 65

4.3.2 Chọn lọc cá thể chứa gen tms2 trên quần thể phân ly F2 70 4.4 Kết quả tiến hành phản ứng PCR xác ñịnh gen Xa4 VÀ Xa7 76

4.5 Khảo sát ƯTL thực một số tính trạng chủ yếu của con lai F1 so

4.5.1 Khảo sát ƯTL thực về chiều cao cây cuối cùng của con lai F1 so

4.5.3 Khảo sát ƯTL thực về các yếu tố cấu thành năng suất 82 4.6 Một số cá thể F2 chứa gen tms2 kháng bệnh bạc lá và tổ hợp lai

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU

AFLP Amplified Fragment Length Polymorphism

BLT Biological Lower Temperature

BUT Biological Upper Temperature

ðHNN HN ðai học Nông Nghiệp Hà Nội

EGMS Enviroment Sensitive Genic Male Sterile

IRRI International research rice instute

NSTN N ăng suất tiềm năng

PCR Polymerase chain reaction

PGMS Photoperoid sensitive Genic Male Sterile

RFLP Restriction Fragment Length Polymorphism

TGMS Thermosensitive Genic Male Sterile

TGST Th ời gian sinh trưởng

Viện DTNN Vi ện di truyền Nông Nghiệp

Viện KHKTNNVN Viện Khoa Học Kỹ Thuật Nông Nghiệp Việt Nam

3.2 Danh sách các chủng vi khuẩn ñược sử dụng ñể lây nhiễm nhân tạo 51

4.2 Các ñặc ñiểm nông sinh học của dòng duy trì tương ứng với các

4.4 Phản ứng của các dòng ñẳng gen với các chủng vi khuẩn 62 4.5 Phản ứng của các dòng bố mẹ với các chủng vi khuẩn 63 4.6 Khảo sát ƯTL thực về chiều cao cây của các tổ hợp lai F1 so với

4.13 Khảo sát ƯTL thực của các dòng F1 so với bố tưong ứng về

4.14 Các cá thể F2 chứa gen tms2 và kháng bệnh bạc lá 89

DANH MỤC HÌNH

4.1 Kết quả lây nhiễm nhân nhân tạo trên ñối chứng IR24 65 4.2 Kết quả lây nhiễm nhân tạo trên ñối chứng IRBB4 65 4.3 Kết quả lây nhiễm nhân tạo trên ñối chứng IRBB5 65 4.4 Kết quả lây nhiễm nhân tạo trên ñối chứng IRBB7 65 4.5 Ảnh ñiện di phát hiện gen tms2 sử dụng mồi RM11 66 4.6 Ảnh ñiện di phát hiện gen tms2 ở các dòng TGMS với mồi RM2 67 4.7 Ảnh ñiện di phát hiện gen tms4 ở các dòng TGMS với mồi RM257 68 4.8 Ảnh ñiện di phát hiện gen tms5 ở các dòng TGMS với mồi G227-1 69 4.9 Ảnh ñiện di phát hiện gen tms5 ở các dòng TGMS với mồi

1 MỞ đẦU

1.1 đặt vấn ựề

Ngày nay, biến ựổi khắ hậu cùng với sự gia tăng mạnh mẽ về dân số và quá trình ựô thị hoá ngày càng cao ựã làm cho diện tắch ựất nông nghiệp ngày càng giảm Trước thực trạng ựó, vấn ựề an ninh lương thực ựược ựặt ra hàng ựầu Nhưng ựể ựảm bảo an ninh lương thực cho hiện tại và tương lai thì phải tăng năng suất lúa gạo Một trong những hướng ựể tăng năng suất lúa gạo là

sử dụng ưu thế lai

Hiện nay chúng ta ựang sử dụng hai hệ thống lúa lai: hệ thống lúa lai 2 dòng sử dụng hiện tượng bất dục ựực di truyền nhân và lúa lai 3 dòng sử dụng hiện tượng bất dục ựực tế bào chất và nhân Muốn chọn tạo lúa lai thành công thì phải có nhiều dòng bố mẹ ựể từ ựó tạo ra ựược tổ hợp cho ưu thế lai cao Hiện nay, các nhà khoa học trên thế giới ựã xác ựịnh ựược nhiều dạng bất dục ựực tế bào chất, trong ựó bất dục ựực dạng dại ỘWAỢ (Wild Abortion) ựược sử dụng rộng rãi và thành công nhất trong các chương trình sản xuất lúa lai ở Trung Quốc (theo Nguyễn Thị Trâm) Tuy nhiên, do việc sử dụng rộng rãi bất dục ựực tế bào chất dạng dại WA nên dẫn tới hiệu ứng ựồng tế bào chất, dễ bị sâu hại Mặt khác phải sử dụng tới ba dòng trong sản xuất hạt lai F1 nên giá thành hạt lai cao Trước thực trạng ựó, các nhà khoa học ựã phát hiện ra hiện tượng bất dục ựực di truyền nhân ở lúa và ứng dụng trong sản xuất đó là hệ thống lúa lai hai dòng

để chọn tạo lúa lai hai dòng thành công, trước hết cần phải có nhiều dòng TGMS, từ ựó mới tạo ra ựược tổ hợp cho ưu thế lai cao đồng thời phải

xác ựịnh ựược các dòng TGMS này mang gen tms gì Hiện nay, các nhà khoa học ựã tìm ựược 6 gen TGMS (tms1, tms2, tms3, tms4, tms5 và tms6) mỗi gen

có ngưỡng nhiệt ựộ chuyển hoá hữu dục và bất dục khác nhau trong ựó gen

tms2 có ngưỡng chuyển hóa hữu dục ổn ñịnh ( theo Chen R Z et al Chinese Science Bulletin, July 2009, Vol 54, no 14)) Nhiều nhà chọn giống ñã sử dụng các gen TGMS này lai chuyển vào các dòng, giống lúa có triển vọng ñể tạo ra các dòng TGMS mới, có khả năng phối hợp cao, tạo ra nhiều tổ hợp lai mới cho ưu thế lai cao

Tuy nhiên, chỉ nâng cao năng suất là chưa ñủ, nhu cầu về giống lúa lai hiện nay phải là những giống không những cho năng suất cao, chất lượng tốt

mà còn kháng ñược nhiều loài sâu bệnh cao Mặt khác, nước ta có khí hậu nhiệt ñới là ñiều kiện thuận lợi cho nhiều loại sâu bệnh hại phát triển Trong

ñó, bệnh bạc lá nguyên nhân do vi khuẩn Xanthomonas oryzae gây nên, là một bệnh ñặc biệt nguy hiểm ñối với cây lúa, ñặc biệt là ñối với lúa lai Do vậy, công tác chọn tạo giống lúa lai kháng bệnh bạc lá ñã trở thành mối quan tâm của nhiều nhà khoa học hiện nay

ðể tạo giống lúa lai kháng bệnh bạc lá thì việc ñầu tiên cần phân biệt ñược dòng bố mẹ lúa lai nào có khả năng kháng ñược bao nhiêu chủng và xác ñịnh khả năng chứa các gen kháng bệnh ðể xác ñịnh ñược gen kháng bệnh

có thể sử dụng phương pháp lây nhiễm nhân tạo sử dụng những chủng vi khuẩn ñặc trưng hoặc bằng kỹ thuật chỉ thị phân tử ADN

Hiện nay các nhà khoa học ñã tìm ra ñược 29 gen ñơn kháng các

chủng (Races) vi khuẩn Xanthomonas oryzae gây bệnh bạc lá khác nhau, kí hiệu từ Xa1 ñến Xa29 ðồng thời ñã xác ñịnh ñược các gen kháng Xa7, Xa21 (trội) và xa5 (lặn) ñều có tính kháng cao ñối với hầu hết các nhóm chủng vi khuẩn Xanthomonas oryzae gây bệnh bạc lá Do ñó cần chuyển các gen

kháng này vào các dòng bố mẹ nhằm tạo ra các tổ hợp lai kháng bệnh bạc lá bền vững

Mặt khác, nhờ sự phát triển của Công nghệ sinh học người ta ñã ñịnh vị lập bản ñồ các gen trên từng nhiễm sắc thể và xác ñịnh các chỉ thị phân tử liên

quan ñến gen Các chỉ thị liên kết chặt với các tính trạng kiểu hình nên có thể xác ñịnh ñược các tính trạng dựa trên sự có mặt của các gen mong muốn với

ñộ chính xác cao Tác giả M.T.Lopez và Cs (2003) ñã sử dụng chỉ thị PCR xác ñịnh ñược marker RM11 liên kết chặt với gen tms2 là 5 cM… Nhờ ñó ñã rút ngắn ñược thời gian cũng như công sức ñể chọn tạo giống lúa lai kháng bệnh

bạc lá Từ thực tiến trên, chúng tôi tiến hành ñể tài: “Nghiên cứu khả năng kháng b ệnh bạc lá của các dòng bố mẹ lúa lai.”

- Sàng lọc gen tms2 ở các quần thể phân ly F2 bằng PCR

- Sàng lọc gen kháng bệnh bạc lá Xa4 và Xa7 ở các cá thể F2 mang gen tms2

- Khảo sát ƯTL thực của con lai F1 so với dòng bố tương ứng

2 TỔNG QUAN TÀI LIỆU

2.1 Hiện tượng ƯTL

2.1.1 Khái ni ệm về ƯTL

ƯTL (heterosis) là một thuật ngữ dùng ñể chỉ tính hơn hẳn của con lai F1

so với bố mẹ chúng về các tính trạng hình thái khả năng sinh trưởng, sức sống, sức sinh sản, khả năng chống chịu và thích nghi, năng suất chất lượng hạt và các ñặc tính khác Việc sử dụng rộng rãi giống lai F1 vào sản xuất ñã góp phần làm tăng năng suất nhiều loại cây trồng, ñặc biệt là các cây lương thực, thực phẩm làm tăng thu nhập cho người nông dân, tăng hiệu quả sản xuất nông nghiệp( trích theo Nguyễn Công Tạn, 2002) [14]

2.1.2 C ơ sở di truyền của ƯTL

Cơ sở di truyền của hiện tượng ƯTL vẫn ñang là vấn ñề gây tranh cãi trong suốt quá trình phát triển lịch sử của di truyền học Một số giả thuyết ñã ñược nêu

ra trong thế kỷ XX ñể giải thích hiện tượng ƯTL và ñã ñược nhiều người thừa nhận như:

Gi ả thuyết tính trội:

Theo giả thuyết này thì tính trội ñược hình thành trong quá trình tiến hoá của sinh vật Các gen trội có lợi lấn át gen lặn có hại gây hậu quả xấu Có nghĩa là gen trội át chế tác ñộng của gen lặn tương ứng cùng locus trên NST tương ñồng Ví dụ: Khi lai AABBCC với aabbcc con lai F1 có kiểu gen AaBbCc nên có ƯTL rõ rệt

Gi ả thuyết siêu trội:

Giả thuyết này cho rằng nhiều tính trạng có lợi cho sự sinh trưởng do gen trội kiểm soát còn gen lặn tương ứng có tác dụng ngược lại Tính dị hợp tử của một allen ở một vị trí nhất ñịnh sẽ sản sinh ra các vật chất có ảnh hưởng ñến sức sống vượt xa của các loài mang allen ñồng hợp tử và do tác ñộng

tương hỗ của các allen khác nhau trên cùng một vị trắ locus Theo giả thuyết này thì cá thể có kiểu gen Aa sẽ có sức sống cao hơn hẳn cơ thể mang kiểu gen

AA và aa Mô hình toán học tổng quát của giả thuyết này là AA < Aa > aa

Gi ả thuyết cân bằng di truyền:

Theo giả thuyết này thì mỗi cơ thể sinh vật ở trạng thái cân bằng di truyền nhất ựịnh, ựảm bảo cho sự hình thành một kiểu hình thái ứng với ựiều kiện sống Khi lai các cá thể có kiểu cân bằng di truyền khác nhau, sẽ hình thành cơ thể mới có trạng thái cân bằng di truyền mới khác cân bằng di truyền

cũ do vậy con lai xuất hiện những tắnh trạng mới tốt hơn ở bố mẹ (trắch theo Hoàng Tuyết Minh, 2002) [9]

Vắ dụ: Ở lúa là hệ thống lúa lai hai dòng, ba dòng và một dòng

Các giống nhân giống bằng vô tắnh thì ƯTL cơ bản ựược duy trì qua các thế hệ Tuy nhiên, hay xảy ra hiện tượng lan truyền virus, thoái hoá do ựó cần phải làm sạch và chọn lọc

Cũng có thể duy trì ƯTL thông qua vô phối Phương pháp này tỏ ra có

ưu thế hơn cả ( trắch theo Nguyễn Hồng Minh, 2004) [10]

2.1.4 đánh giá ƯTL

ƯTL là hiện tượng phổ biến trong trồng trọt và chăn nuôi Ở cây lúa, người ựi tiên phong trong lĩnh vực ƯTL là J W.Jones (1926) (Nhà di truyền học người Mỹ) lần ựầu tiên báo cáo về sự xuất hiện ƯTL trên những tắnh trạng số lượng và năng suất (Anomymous, 1997; Li, 1977) về tắch luỹ chất khô (Rao, 1965; Jenning,1967,Ầ) ; về sự phát triển của bộ rễ (Anomymous, 1974); về

cường ñộ quang hợp, diện tích lá (Lin và Yuan, 1980; MC Donal và CS, 1971;

Trong ñó: MP (mid parents) là giá trị trung bình của hai bố mẹ

ƯTL trung bình là biểu hiện sự hơn hẳn của một tính trạng nào ñó ở con lai F1 so với giá trị trung bình của tính trạng ñó của hai bố mẹ

ƯTL thực:

HBP% =

Trong ñó BP (best parents) là bố hoặc mẹ tốt nhất

ƯTL thực là biểu hiện sự hơn hẳn ở một tính trạng nào ñó của con lai

F1 so với giá trị ñó của bố hoặc mẹ tốt nhất (Hoàng Tuyết Minh, 2002) [9]

Nói chung, sức sống của con lai F1 có thể biểu hiện tăng hơn so với bố

mẹ ở một tính trạng nhất ñịnh gọi là ƯTL dương, và nếu có hiện tượng giảm

ñi thì ñược gọi là ƯTL âm (Trần Duy Quý, 2000) [12]

2.2 Hệ thống lúa lai

2.2.1 H ệ thống lúa lai hai dòng

2.2.1.1 Khái ni ệm về hệ thống lúa lai hai dòng

Lúa lai hai dòng là hệ thống lúa lai khi sản xuất hạt lai F1 phải sử dụng hai loại dòng có bản chất di truyền khác nhau: một dòng là TGMS hoặc PGMS, hai

là dòng cho phấn (dòng bố trong sản xuất hạt lai) Thực chất là không cần ñến gen duy trì bất dục cũng như dòng B Trong khi chọn dòng cho phấn cũng không cần quan tâm ñến gen phục hồi hữu dục (như ở hệ thống lúa lai 3 dòng) Muốn sản xuất hạt của dòng mẹ chỉ cần ñiều chỉnh thời vụ gieo cấy ñể chúng trải qua

F1- MP

MP x 100

F1- BP

BP x 100

giai ñoạn phân bào giảm nhiễm vào lúc có thời gian chiếu sáng ngày ngắn (với dòng PGMS) và nhiệt ñộ dưới 24oC (với dòng TGMS) là có thể thu hạt tự thụ (Hoàng Tuyết Minh, 2002) [9]

2.2.1.2 Tình hình nghiên c ứu và phát triển lúa lai dòng

Các nhà khoa học Trung Quốc, Nhật Bản, Viện Lúa quốc tế (IRRI) và

Ấn ðộ,… ñã xác ñịnh ñược 6 kiểu gen kiểm soát tính trạng bất dục ñực mẫn cảm với nhiệt ñộ - TGMS lần lượt là:

- Gen tms1 thu ñược từ ñột biến tự nhiên từ giống IR54 Theo các tác giả Sun và Cs, 1996; Yang và Cs, 1992; Wang và Cs, 1995, 1996 thì gen tms1

nằm trên NST số 8 ( Nguyễn Công Tạn, 2002) [14]

- Gen tms2 do Maruyama và Cs (1991) phát hiện thông qua ñột biến bằng tia gamma, nằm trên NST số 7 [36]

- Gen tms3 do Virmani, 1993; Sabudi, 1995 tạo ra bằng ñột biến ñược

xác ñịnh nằm trên NST số 6 (Nguyễn Công Tạn, 2002) [14]

- Gen tms4 do Nguyễn Văn ðồng (1999) và Cs xác ñịnh ñược từ dòng

TGMS - VN1 nằm trên NST số 2 (Nguyễn Văn ðồng, 1995) [2]

- Gen tms5 do Luxing Gui và Cs xác ñịnh ñược nằm trên NST số 9

(Luxing Gui, et al, 2002) [34]

- Gen tms6 do Hak Soo Suh và Cs phát hiện nằm trên NST số 5 (Hak

Soo Suh, et al, 2005) [30]

Ngoài việc xác ñịnh vị trí các gen trên NST, các chỉ thị phân tử liên kết với các gen bất dục ñực mẫn cảm với nhiệt ñộ (TGMS) nói trên cũng ñã ñược xác ñịnh Theo kết quả nghiên cứu của M.T Lopez et al cho thấy các chỉ thị

RM11 và RM2 (nằm trên NST số 7) liên kết chặt với gen tms2 lần lượt với

khoảng cách là 5cM và 16cM, từ ñó ta có thể sử dụng hai chỉ thị này vào trong

công tác chọn giống nhằm phát hiện gen tms2 (M.T.Lopez, et al, 2003) [35]

Tại Viện nghiên cứu Lúa Quốc tế IRRI, chương trình nghiên cứu tập

trung vào phát triển lúa lai cho vùng nhiệt ñới, các gen tms2 từ giống Norin

PL.12 và tms3 từ dòng ñột biến IR32364S ñã ñược sử dụng ñể tạo ra các dòng

TGMS mới Như dòng ID24 ñược ñưa vào Ấn ðộ ñã ñược sử dụng ñể chọn tạo và sản xuất lúa lai hai dòng Các dòng TGMS IR73827 - 23S và IR73824S ñược chọn tạo từ ID24 ñã ổn ñịnh về tính trạng bất dục ñực Tuy nhiên các dòng này cần phải thử nghiệm trên ñồng ruộng trong vụ Mùa khi có nhiệt ñộ thấp hơn vụ Xuân tại IRRI từ 1 - 2oC Việc nhân hạt tự thụ của các dòng này ñược thực hiện tại các vùng có vĩ ñộ cao

Tại Viện nghiên cứu lúa Quốc tế (2002), B.C Viraktamath và S.S Virmani ñã ñánh giá 16 dòng TGMS trong những ñiều kiện nhiệt ñộ khác

nhau ñể xác ñịnh ngưỡng chuyển hóa bất dục (Critical sterile point - CSP) và ngưỡng chuyển hóa hữu dục (Critical ferile point - CFP) Kết quả nghiên cứu

ñã chỉ ra rằng hầu hết các dòng TGMS nghiên cứu có ngưỡng nhiệt ñộ hữu dục là 27/21oC Các dòng Norin PL.12, IR68939-2-4-40 và IR68301-11-6-4-4-3 có ngưỡng chuyển hóa bất dục và hữu dục như sau: dòng có giá trị CFP thấp giá trị CSP cũng thấp và ngược lại dòng có CFP cao thì CSP cũng cao Năm dòng TGMS ñược gieo và ñánh giá trong ñiều kiện tự nhiên tại Los Banos chỉ có hai dòng có thể sử dụng ñể sản xuất hạt lai F1 trong mùa khô, còn ba dòng NorinPL12, ID24 và IR68949-11-5-31 có thể sản xuất cả hai vụ khô và ướt Nhưng việc sản xuất hạt tự thụ của dòng ID24 có khó khăn vì giá trị CFP thấp Từ kết quả ñánh giá các dòng trong ñiều kiện tự nhiên cũng tương tự như trong phytotron các tác giả ñã cho rằng việc sàng lọc các dòng TGMS có thể thực hiện tốt ở Los Banos, ngay cả những nơi không có thiết bị phytotron ðiều này ñã mở ra triển vọng cho việc sử dụng các dòng TGMS trong nghiên cứu và phát triển lúa lai hai dòng tại Philippin

Theo công bố của M Ilyas Ahmed và các cộng sự Viện nghiên cứu Lúa Hyderabad Ấn ðộ (2002), các tác giả ñã tiến hành ñánh giá ngưỡng chuyển hóa bất dục, hữu dục, tỷ lệ thò vòi nhụy, tỷ lệ thụ phấn chéo và các

tính trạng nông sinh học khác của 31 dòng TGMS ñược chọn tạo tại IRRI và trên 50 dòng TGMS khác của Ấn ðộ Kết quả thu ñược các dòng TGMS có triển vọng biểu hiện bất dục hoàn toàn ở 25oC (tháng 7), hữu dục và kết hạt khi

nở hoa vào tháng 9 ñến tháng 3 tại Hyderabad là IR68945-11S, IR68948-12S, IR68949-11S, TS.29 (ID24), IR68294-7-1S và IR68297-1S Dòng IR32364-

120 kết hạt ở nhiệt ñộ thấp Các tác giả ñã rút ra kết luận ñiều kiện khí hậu của vùng Hyderabad hoàn toàn phù hợp cho việc nhân các dòng TGMS và sản xuất hạt lai F1 lúa lai hệ hai dòng [9]

Lúa là loại cây tự phấn ñiển hình, khả năng nhận phấn ngoài rất thấp, hoa nhiều, nhỏ do vậy muốn sản xuất hạt lai F1 thì phải sử dụng hệ thống bất dục ñực Hệ thống bất dục ñực tế bào chất ñã ñược dùng rộng rãi tại Trung Quốc và một số quốc gia khác trong mấy thập kỷ qua Hiện nay hệ thống bất dục ñực mẫn cảm với ñiều kiện môi trường cũng ñang ñược sử dụng ñể phát triển lúa lai, nâng cao ưu thế lai, các gen tương hợp rộng cũng ñã ñược khai

thác ñể phát triển các tổ hợp lai giữa các loài phụ Indica và Japonica Ở cây

lúa người ta ñã phát hiện ñuợc ñầy ñủ các dạng bất dục ñực như một số cây trồng khác như ngô, cao lương Hiện tại có hai hệ thống lúa lai ñang ñược phát triển, ñó là lúa lai hệ ba dòng và lúa lai hệ hai dòng

Lúa lai hệ hai dòng là bước tiến mới của loài người trong việc sử dụng ƯTL ở cây lúa Hai công cụ cơ bản ñể phát triển lúa lai hai dòng là dòng bất dục ñực chức năng di truyền nhân mẫn cảm với nhiệt ñộ TGMS

(Thermosensitive Genic Male Sterile) và bất dục ñực chức năng di truyền nhân mẫn cảm với quang chu kỳ chiếu sáng PGMS (Photoperiod sensitive

TGMS và PGMS gây ra do ñiều kiện môi trường khác nhau Vì thế bất dục ñực kiểu này gọi là bất dục ñực chức năng di truyền nhân mẫn cảm với ñiều

kiện môi truờng EGMS (Enviroment Sensitive Genic Male Sterile) [33]

Quá trình sản xuất hạt lúa lai F1 ở hệ thống lúa lai hai dòng ñược ñơn giản hoá, không cần lai ñể duy trì dòng bất dục Dòng TGMS trong ñiều kiện nhiệt ñộ cao, từ 23 – 300C tuỳ dòng sẽ bất dục tuyệt ñối, ñược dùng làm mẹ

ñể sản xuất hạt lai F1, từ 19 – 240C tuỳ dòng sẽ hữu dục Dòng PGMS trong ñiều kiện ngày dài cần thiết sẽ bất dục ñể dùng làm mẹ và ngày ngắn cần thiết

sẽ hữu dục ñể duy trì dòng mẹ, tuy nhiên sự hữu dục hay bất dục của dòng PGMS cũng còn tương tác với nhiệt ñộ môi trường

ðể phát triển lúa lai hai dòng quan trọng nhất là phát triển ñược nhiều

dòng TGMS và PGMS gọi chung là các dòng EGMS [14]

2.2.1.4 Ưu ñiểm của hệ thống lúa lai hai dòng

Lúa lai hai dòng ñã khắc phục ñược rất nhiều nhược ñiểm của lúa lai hệ

ba dòng, triển vọng của ứng dụng kỹ thuật này trong thế kỷ XXI là rất lớn ðặc biệt khi con người không chỉ khai thác ƯTL của các giống trong cùng một loài mà còn thực hiện các phép lai xa khác loài và khác loài phụ Năng suất của lúa lai không dừng lại ở mức 10 -15 tấn và có thể ñạt trên 15 tấn Tuy nhiên công nghệ sản xuất hạt lai F1 vẫn phức tạp và phụ thuộc rất nhiều vào yếu tố thời tiết

Việc ứng dụng các dòng EGMS ñể phát triển lúa lai so với ứng dụng dòng CMS kinh ñiển có các ưu ñiểm hơn hẳn sau:

Quá trình sản xuất hạt lai ñược ñơn giản hoá, không phải tổ chức một lần

lai ñể duy trì dòng bất dục như ở hệ “Lúa lai 3 dòng” vì không cần dòng B

Dòng TGMS trong ñiều kiện nhiệt ñộ cao cần thiết và dòng PGMS trong ñiều kiện ngày dài cần thiết ñể bất dục tuyệt ñối, ở thời kỳ này chúng ñược sử dụng làm mẹ ñể sản xuất hạt lai F1 Trong ñiều kiện nhiệt ñộ ôn hoà hoặc ngày ngắn cần thiết ñể các dòng TGMS và PGMS sẽ hữu dục bình thường, chúng ñược nhân giống ñể duy trì hạt dòng mẹ bằng tự thụ phấn

Do tính bất dục ñược kiểm soát bởi các gen lặn nên hầu hết các giống

lúa thường phục hồi phấn ñược cho các dòng TGMS và PGMS Như vậy việc chọn ñược dòng phục hồi sẽ dễ dàng hơn, phổ cập hơn, có thể mở rộng ra ngoài phạm vi của một loài phụ và khả năng tạo ra các tổ hợp năng suất cao hơn ñược tăng lên ñáng kể

Kiểu gen của TGMS và PGMS dễ dàng ñược chuyển sang giống khác,

ñể tạo ra các dòng bất dục mới với nguồn di truyền khác nhau, tránh ñược nguy cơ ñồng tế bào chất và thu hẹp phổ di truyền

Tính bất dục của các dòng TGMS và PGMS không liên quan ñến tế bào chất vì thế các ảnh hưởng của kiểu bất dục dạng dại “WA” ñã ñược khắc phục, khả năng kết hợp giữa năng suất cao và chất lượng tốt ñược mở rộng và hiện thực hơn

Chất lượng gạo của lúa lai hệ hai dòng dễ ñược cải thiện hơn lúa lai hệ

ba dòng, vì cơ hội chọn tạo dòng bố rất lớn

Tóm lại, hệ thống lúa lai hai dòng ñơn giản hơn nhiều so với lúa lai ba dòng trong sản xuất hạt lai và nhân dòng bất dục Do vậy, giá thành sản xuất hạt lai thấp hơn và hiệu quả của lúa lai thương mại cũng cao hơn (Hoàng Tuyết Minh, 2002) [9]

Năm 1973, theo dõi giống Nongken 58 (Japonica chín muộn có nguồn

gốc là bất dục ñực di truyền TBC), Shi Mong Shong ở Trung tâm nghiên cứu lúa lai tỉnh Hồ Bắc (Trung Quốc) phát hiện thấy một số cá thể bất dục phấn khi trỗ bông vào thời gian có ñộ dài ngày ngắn dưới 13h45phút, giai ñoạn mẫn cảm xảy ra khi phân hoá gié ñến khi hình thành tế bào mẹ hạt phấn Có thể coi ñây

là công cụ ñầu tiên ñể khai thác chọn tạo giống lúa lai hai dòng (Nguyễn Công Tạn, 2002) [14] Sau công trình này người ta tiếp tục tìm ra các dòng vật liệu bất dục ñực di truyền nhân cảm ứng với nhiệt ñộ (TGMS), các dòng vừa cảm

ứng với nhiệt ñộ, vừa cảm ứng với quang chu kỳ (PTGMS, TPGMS), các dòng PGMS ngược, TGMS ngược, các dòng bất dục ñực di truyền nhân cảm ứng với ñiều kiện môi trường (Environmental-sensitive Genni Male Sterility EGMS) (Nguyễn Công Tạn, 2002) [14]

* ðặc ñiểm của dòng bất dục ñực chức năng di truyền nhân mẫn cảm với nhiệt

ñộ - TGMS

Sự thay ñổi của các dòng TGMS chủ yếu là do nhiệt ñộ Các dòng TGMS hiện có trở nên hoàn toàn bất dục ñực trong ñiều kiện nhiệt ñộ cao hơn và hữu dục trở lại dưới nhiệt ñộ thấp hơn ðộ dài của ngày có ít ảnh hưởng ñến sự thay ñổi tính hữu thụ (Trần Duy Quý, 2000) [12]

ðặc ñiểm di truyền của dòng TGMS là dòng bất dục ñực mẫn cảm với nhiệt ñộ Gen kiểm tra tính bất dục nằm trong nhân tế bào là một cặp gen lặn

tms cặp gen lặn tms cũng có hai chức năng tương tự như gen pgm Ở vào giai

ñoạn mẫn cảm nếu nhiệt ñộ môi trường tăng cao thì gen tms hoạt ñộng gây

bất dục, nếu nhiệt ñộ môi trường giảm xuống thấp thì gen tms hoạt ñộng theo

hướng ngược lại là gây nên tính hữu dục ñực (Nguyễn Công Tạn, 2002) [14]

Theo Yuan Long Ping và XI Q.F (1995) [35] thì giai ñoạn chuyển hoá hữu dục của các dòng TGMS là từ khi hình thành tế bào mẹ hạt phấn ñến phân chia tế bào mẹ hạt phấn tức 12 - 18 ngày trước khi lúa trỗ

Giới hạn gây bất dục ñực nằm trong khoảng 23- 30oC tuỳ theo dòng (Nguyễn Văn Hoan, 2006) [5]

Thời kỳ cảm ứng nhiệt ñộ của dòng TGMS tương ñối ngắn và muộn Nhiệt ñộ tới hạn gây hữu dục và bất dục của các dòng rất khác nhau Liu Yi Bai và Cs (1997) (Trần Duy Quý, 2004) [12] ñã ñưa ra bốn giới hạn có liên quan ñến quá trình chuyển hoá hữu dục, bất dục của các dòng TGMS Mối liên hệ này ñược minh họa theo sơ ñồ sau:

Biểu hiện

hữu dục

Bất dục sinh lý

Hữu dục Bán bất dục Bất dục Bất dục

sinh lý Ảnh hưởng

S.T (Sterile Temperature): nhiệt ựộ gây bất dục

Ở nước ta, theo tài liệu thống kê thì trong ựiều kiện miền Bắc có hai giai ựoạn mà nhiệt ựộ môi trường có thể phù hợp ựể dòng TGMS hữu dục đó

là giai ựoạn từ 10 - 30/3 và 15 - 25/10 ựặc biệt là từ 10 - 30/3 Thời kỳ này bố trắ duy trì dòng TGMS Còn giới hạn ựể gây chuyển hoá hữu dục an toàn ở nước ta là 24oC điều này có nghĩa trong ựiều kiện nhiệt ựộ 19 - 24oC, dòng TGMS sẽ hữu dục, trong ựiều kiện nhiệt ựộ lớn hơn 26oC dòng TGMS sẽ bất dục hoàn toàn (Nguyễn Văn Hoan, 2006) [5]

*Nh ững yêu cầu ựặc thù ựối với một dòng EGMS

Theo Yuan Long Ping (1995) thì tiêu chuẩn ựể công nhận các dòng TGMS và PGMS mới sử dụng cho hệ thống lúa lai hai dòng Ngoài một số ựặc ựiểm tương tự dòng CMS thì cần phải có một số yêu cầu như sau:

Phải có một quần thể ựủ lớn, ắt nhất là 1000 cá thể ổn ựịnh và ựồng nhất về các ựặc tắnh nông sinh học

Tỷ lệ cây bất thụ ựực trong quần thể phải ựạt 100% và mật ựộ bất dục khi kiểm tra bằng bao cách ly phải ựạt ắt nhất là 99.5%

Trong ựiều kiện tự nhiên phải có thời kỳ bất dục ựực ổn ựịnh tối thiểu

là 30 ngày và ở thời kỳ hữu dục tỷ lệ ựậu hạt phấn phải lớn hơn 30%

Sự chuyển hố hữu dục của một dịng EGMS phải được thử cẩn thận bằng việc kiểm tra trong điều kiện nhân tạo để xác định chính xác phản ứng của dịng EMGS với quang chu kỳ và nhiệt độ

Ở ruộng sản xuất hạt giống, tỷ lệ nhận phấn ngồi của dịng EGMS khơng được kém hơn dịng CMS đang sử dụng để sản xuất hạt lai thương phẩm (Nguyễn Thị Trâm, 2000) [23]

*Ph ương pháp chọn tạo dịng mẹ lúa lai hai dịng (EGMS)

Cĩ nhiều phương pháp khác nhau để chọn tạo dịng TGMS

- Nhập nội:

Nhập các dịng sẵn cĩ từ các trung tâm nghiên cứu quốc tế hoặc từ các quốc gia khác nhằm đĩn đầu những thành tựu khoa học mới của thế giới, tuy nhiên các dịng nhập nội cĩ thể chưa thích ứng với điều kiện mới nên sau khi nhập cần đánh giá lại và tìm biện pháp khai thác thích hợp (Nguyễn Cơng Tạn, 2002) [14]

- Sàng lọc vật liệu EGMS trong tự nhiên

Trong tập đồn vật liệu chọn giống lúa cĩ thể tồn tại các dịng bất dục

do đột biến tự nhiên gây nên Muốn chọn được cần gieo trồng cẩn thận, quan sát vào thời kỳ lúa trỗ bơng để phát hiện cây bất dục Khi chọn được cá thể bất dục, nhổ cả gốc đem trồng trong chậu hoặc trong ơ xây để cho cây mọc chồi chét Chờ đến khi gặp điều kiện ngoại cảnh thuận lợi lúa chét cĩ thể phục hồi hữu dục Lúc đĩ, xác định xem tính hữu dục chịu ảnh hưởng của yếu tố nào: nhiệt độ hay quang chu kỳ hoặc khơng phải là dịng bất dục EGMS

Trường hợp cơ sở nghiên cứu cĩ buồng khí hậu nhân tạo thì cĩ thể xác định nhanh tính cảm ứng với điều kiện ngoại cảnh của các cá thể bất dục được chọn Cách làm như sau: Trồng cây bất dục vào chậu hoặc túi nilon, cắt bỏ các bơng bất dục đã trỗ, sau 7 - 10 ngày các chồi mới mọc lên thành cây, chuyển chậu (hoặc túi) vào buồng xử lý nhiệt độ (hoặc quang chu kỳ) từ

10 - 12 ngày, sau ñó chuyển ra nhà lưới, khi lúa trỗ tiến hành kiểm tra hạt phấn, trên cơ sở số liệu thu ñược xác ñịnh dòng ñó là dòng EGMS loại nào và tiến hành nhân dòng ñể nghiên cứu tiếp (Nguyễn Thị Trâm, 2002) [24]

- Tạo dòng EGMS bằng phương pháp lai và chọn lọc cá thể

Quan sát và phát hiện tất cả các dạng bất dục tuyệt ñối xuất hiện trên quần thể ruộng lúa Dựa vào ngày trổ ñể xác ñịnh sơ bộ chúng thuộc dạng TGMS hay là PGMS Các dạng bất dục ñực phát hiện ñược cần kiểm tra trong ñiều kiện ngày ngắn và nhiệt ñộ ôn hòa bằng lúa chét ñể kiểm tra xem chúng

có phải là EMGS (Nguyễn Văn Hoan, 2006) [5]

- Tạo dòng EGMS mới bằng phương pháp ñột biến nhân tạo

Là một trong những phương pháp ñược sử dụng rất rộng rãi trong gây tạo ñột biến Mục ñích tạo ra các ñột biến gen kiểm soát tính trạng bất dục ñực ở lúa [36]

Tác nhân gây ñột biến là các bức xạ cực tím, các bức xạ ñiện từ, các bức

xạ hạt

Các bước tiến hành như sau:

Ch ọn tác nhân ñột biến: Liều lượng xử lý theo các kết quả nghiên cứu

ñể tạo các ñột biến gen gây bất dục ñực nhạy cảm với ñiều kiện môi trường (EGMS), người ta thường sử dụng phóng xạ γCo60 với liều lượng 20-25 Krab

sẽ thu ñược tần số bất dục ñực cao

Xác ñịnh ñối tượng xử lý và bộ phận xử lý: Kết quả nghiên cứu của

nhiều tác giả ñã chỉ ra rằng ñể tạo ñột biến gen kiểm soát tính trạng bất dục ñực thì bộ phận xử lý thường ñược sử dụng là hạt khô, hạt ướt hoặc hạt nảy mần

Sàng l ọc ñột biến: ðược tiến hành sau khi thu ñược các ñột biến bất

dục ñực có khả năng di truyền cho các ñời sau Dùng nhiệt ñộ ñể ñánh giá các dòng ñột biến thu ñược

Nhân và s ử dụng các thể ñột biến thu ñược (Hoàng Tuyết Minh, 2002) [9]

- Phương pháp lai lại (Backcross)

Là phương pháp lai trở lại ñược sử dụng khi có sẵn các dòng có nhiều ñặc ñiểm nông sinh học tốt mà không chứa gen EGMS, ñồng thời có dòng

chứa gen EGMS cần thiết từ một dòng cho (donor) Vì tính bất dục của các

dòng TGMS và PGMS ñều ñược kiểm tra bởi gen lặn nên phải cho F1 tự thụ, thu hạt gieo sang F2 Chọn cá thể bất dục ở F2 ñể lại với cây bố và tiếp tục làm như vậy cho ñến khi mọi tính trạng nông sinh học mong muốn là của dòng bố, riêng tính bất dục là của dòng EGMS khởi ñầu Phương pháp lai lại

có thể chuyển ñược gen EGMS giữa các giống không cùng loài phụ hoặc giữa

bố mẹ không tương hợp di truyền (Nguyễn Thị Trâm, 2002) [24]

* Nhược ñiểm của các phương pháp truyền thống

Các phương pháp truyền thống trên bên cạnh những ưu ñiểm thì cũng

có những nhược ñiểm như sau:

- Các phương pháp trên mất nhiều thời gian ñể tạo ra một giống mới, thời gian ñể tạo ra một dòng TGMS mới thường mất ít nhất từ 7- 10 năm

- Ngoài tốn nhiều thời gian và công sức thì hiệu quả chọn lọc của các phương pháp này không cao Tạo ra các dòng TGMS có phổ di truyền hẹp, ít có khả năng chống ñược các loài sâu bệnh, các ñiều kiện xấu của môi trường và khả năng thích ứng hẹp

- Kết quả chọn lọc của các phương pháp này phụ thuộc nhiều vào môi trường và kiểu hình

trong tế bào chất (S) và cặp gen quy ñịnh tính bất dục trong nhân (rfrf) gây

nên Các dạng CMS ñược coi là công cụ hữu ích ñể sản xuất hạt lai ở các loài cây trồng tự thụ phấn (ngô, lúa, bông…)

* Nguyên nhân và c ơ chế gây CMS và sự phục hồi hữu dục

Ban ñầu các nhà khoa học cho rằng hiện tượng CMS ñược gây ra bởi những rối loạn hoặc do sự xắp xếp lại của các gen trong ty thể và các gen trong nhân không có khả năng phục hồi nên không thể tạo ra hạt phấn có chức năng [44]

Sau ñó, C.K.K Nair ñã chỉ ra rằng có sự khác nhau rất lớn giữa bao phấn chứa hạt phấn bất dục và bao phấn chứa hạt phấn hữu dục Bao phấn ñược cấu tạo từ một số kiểu mô và tế bào, lớp màng tế bào bên trong bao gồm những tế bào ñặc biệt, bao quanh các hạt phấn non Trong quá trình bao phấn phát triển, sự thoái hoá màng có thể là một dấu hiệu ban ñầu cho thấy sự bất bình thường dẫn ñến việc ngăn cản nguồn dinh dưỡng nuôi hạt phấn từ bên ngoài vào [45]

Z Wang và cs ñã miêu tả cơ sở phân tử của hiện tượng bất dục ñực tế

bào chất và phục hồi hữu dục cho dạng cms-Boro II là: “gen orf79 trên mARN (là bản sao của gen B-apt6) trong ty thể ñã mã hoá một cytotoxic

bởi locus Rf1 ñã ngăn cản sự sản xuất ra cytotoxic peptid bằng một cơ chế

riêng biệt” [45] ðây là nguyên nhân gây bất dục kiểu giao tử thể, do nhân tố

bên trong hạt phấn gây ra

Tóm lại, nguyên nhân gây bất dục ñực tế bào chất là do gen ty thể trong

TBC mã hóa xytotoxic peptid gây ảnh hưởng trực tiếp tới hoạt ñộng của ty

thể, ñồng thời gen quy ñịnh sự phục hồi hữu dục trong nhân ở trạng thái lặn, không có khả năng ức chế hoạt ñộng của gen trong ty thể Và sự phục hồi hữu dục ñược tạo ra do gen phục hồi trong nhân ở trạng thái trội, mã hóa 1 protein

PPR có vai trò ngăn cản sự sản sinh xytotoxic peptid của gen trong ty thể

* C ơ chế di truyền kiểm soát tính bất dục ñực TBC

Theo Rhoades (1931) và Edwardson (1953) cho rằng có 3 kiểu tương tác khác nhau giữa gen trong nhân và gen trong TBC

- Kiểu duy trì tính bất dục ñực TBC: tạo con lai bất dục

Gen trong nhân bất dục (rfrf), không có khả năng phục hồi bất dục Gen trong TBC hữu dục (N), có khả năng cho phấn

- Kiểu phục hồi hoàn toàn bất dục ñực TBC: tạo con lai hữu dục

Gen trong nhân hữu dục (RfRf), có khả năng phục hồi hoàn toàn bất

dục ñực TBC

Gen trong TBC hữu dục hoặc bất dục (N hoặc S)

- Kiểu phục hồi không hoàn toàn: tạo con lai bất dục hoặc hữu dục một phần Hiện nay, có 3 giả thuyết về cơ chế di truyền kiểm soát hiện tượng bất dục ñực TBC ñó là: Thuyết ñơn gen, thuyết hai gen và thuyết ña gen

2.2.2.3 Dòng b ất dục ñực tế bào chất

Trong hệ thống sản xuất lúa lai 3 dòng, dòng bất dục ñực tế bào chất

(CMS) ñược gọi là dòng A, có kiểu gen S-rfrf Dòng CMS luôn ñược sử dụng làm mẹ và kiểu gen bất dục ñực ở tế bào chất (S) chỉ di truyền theo dòng mẹ

* D ựa vào ñặc ñiểm di truyền, bất dục ñực TBC ñược phân thành 2 kiểu:

- Kiểu bất dục bào tử thể (Sporophytic): Tính bất dục của hạt phấn

ñược kiểm soát bởi gen trong tế bào cơ thể, tế bào hạt phấn không có gen này

Nếu kiểu gen của cây là S-rfrf thì tất cả hạt phấn ñều bất dục Nếu kiểu gen

của cây là S-RfRf hoặc N-rfrf thì tất cả hạt phấn ñều hữu dục Hạt phấn bất

dục thuộc kiểu này thường thoái hoá sớm ở thời kỳ phát triển tiểu bào tử nên hạt phấn bất dục có hình dạng méo mó, không bình thường và không nhuộm màu I-KI 1% Vỏ bao phấn thường có màu trắng sữa hoặc màu vàng nhạt Tính bất dục ổn ñịnh, ít chịu ảnh hưởng của ñiều kiện ngoại cảnh Các dạng

cms- WA, -G thuộc bất dục kiểu bào tử thể Theo He và cs có 14 dạng bất

dục ñực TBC thuộc kiểu bào tử thể và 6 kiểu gen phục hồi hữu dục ñược sử dụng và phát triển rộng rãi trong chọn tạo lúa lai ba dòng ở Trung Quốc

- Kiểu bất dục giao tử thể (Gametophytic): Hạt phấn bị thoái hoá do chính

kiểu gen của hạt phấn kiểm soát mà không phụ thuộc vào kiểu gen của cây

Giao tử S-rf bất dục (không có khả năng thụ tinh) Con lai F1 có kiểu gen của hạt phấn là S-rf và S-Rf ngang nhau nên có khoảng 50% hạt phấn BD và 50%

HD ðối với kiểu bất dục này, sự thoái hoá hạt phấn diễn ra ở cuối quá trình phát triển tiểu bào tử (hạt phấn hai nhân) nên quan sát trên kính hiển vi thấy hạt phấn có hình cầu, ñã tích luỹ ñược một số hạt tinh bột Trong ñiều kiện

thời tiết ñặc biệt, bao phấn có thể mở làm xuất hiện hạt tự thụ Các dạng cms-

BT, Dian-I, HL là bất dục thuộc kiểu này [44]

* D ựa vào quan hệ giữa dòng phục hồi và dòng duy trì có thể phân thành

r ất nhiều dạng bất dục ñực khác nhau (cms-WA, - HL, - BT, - Di, -GAM,…)

BT là dạng bất dục ñực tế bào chất ñầu tiên ở lúa trồng ñược phát hiện bởi Shinjyo và Omura vào năm 1966, có nguồn gốc TBC từ giống Chinsurah

Boro II thuộc loài phụ Indica Sau ñó, 1 số những dòng cms thuộc loài phụ

loài phụ indica [44] Tuy nhiên, dòng cms ñầu tiên ñược sử dụng ñể sản xuất hạt lai F1 thương phẩm ở Trung Quốc (1973) có nguồn gốc từ một cá thể bất

dục ñực ñược tìm thấy trong quần thể lúa dại của Oryza sativa f spontnea

trên ñảo Hải Nam – Trung Quốc vào năm 1970 Cá thể này ñược chỉ rõ là loài

Bảng 2.1 Một số dạng tế bào chất bất dục ñực ở lúa

1 cms-Boro Tế bào chất Chinsural

Boro II Tai Chung 65 Rf 1a Rf 1a

Shinjyo 1969 1975, Kadowaki và cs 1988,

1990

Rf 1b Rf 1b Wang và cs, 2006

2 cms-ld Tế bào chất Lead rice Fujisaka 5 Rf 2 Rf 2 Watanabe 1971

3 cms-TA Tế bào chất TA820 Norm 8 Kitamura 1962a, 1962b

4 cms-CW Tế bào chất Chinese

5 cms-WA Tế bào chất Wild

Rf 4 Rf 4 Kakowaki và cs 1988,

Virmarni và cs, 1989

6 cms-HL Tế bào chất Red awned

10 cms-GAM Tế bào chất Gambiaca Chao Yang 1 Kakowaki và cs 1988, Lin & Yuan 1980,

Virmani và cs 1989

11 cms-sp Tế bào chất MS577A IR42 … Kakowaki và cs 1988, Virmani và cs 1989

12 cms-UR89 Tế bào chất UR89F Taichung 65 Rf l-b Rf l-b Kakowaki và cs 1988,

Ngu ồn: Rice Genetic Newsletter, vol.14

lúa dại có hạt phấn bất dục dạng dại (Wild Abortion - WA) Kể từ ñó, dòng

Trung Quốc [44] Tuy rằng hiện nay có nhiều dạng bất dục ñực tế bào chất ñã ñược tìm ra nhưng giống lúa lai ở Trung Quốc sử dụng bất dục ñực dạng WA chiếm khoảng 95%

2.2.2.4 Dòng duy trì b ất dục ñực tế bào chất

Dòng duy trì bất dục ñược ký hiệu là dòng B, có chức năng cho phấn

ñể nhân dòng A cho vụ sau (duy trì dòng A - bất dục)

Dòng B có kiểu gen N-rfrf Gen trong tế bào chất kiểm soát tính hữu

dục và cặp gen trong nhân ở trạng thái lặn kiểm soát tính bất dục ñực Do vậy, dòng B có khả năng tạo hạt phấn hữu dục, quá trình thụ phấn, thụ tinh diễn ra bình thường Thông thường, dòng CMS và dòng duy trì tương ứng có bộ gen nhân giống nhau nên con lai giữa chúng giống hệt dòng mẹ CMS Mỗi dòng duy trì thường chỉ duy trì bất dục ñược cho một dòng A tương ứng

ðể duy trì tính bất dục của dòng A ổn ñịnh thì dòng B phải ñảm bảo yêu cầu về ñộ thuần cao

Trong vài năm gần ñây, có một số nghiên cứu về các chỉ thị phân tử liên kết với các gen quy ñịnh TBC bất dục ñã ñược công bố

Yashitola và cs ñã xác ñịnh ñược một vài chỉ thị dùng ñể phân biệt giữa dòng cms và dòng duy trì ñã ñược ứng dụng trong sản xuất lúa lai ở Ấn ðộ

Và vào năm 2004, họ ñã ñưa ra báo cáo về việc sự dụng cặp mồi RM9 và cms

ñược tìm ra ở 1 vùng trên ADN ty thể, ñặc hiệu cho gen quy ñịnh cms dạng

WA ở lúa Họ ñã thực hiện phản ứng PCR sử dụng những cặp mồi ñặc hiệu

này ñể phân biệt 1 số dòng cms có nguồn gốc từ TBC bất dục dạng WA với

dòng duy trì tương ứng và các dòng hữu dục ñực khác [47]

Trong hệ thống sản xuất lúa lai 3 dòng, dòng phục hồi (gọi là dòng R)

có chức năng phục hồi hữu dục cho dòng CMS tương ứng, tạo con lai F1 hữu

dục và có ƯTL cao Dòng phục hồi ñược coi là công cụ ñể khai thác một cách hiệu quả hiện tượng bất dục ñực gen tế bào chất - nhân

* Các nghiên c ứu về gen phục hồi hữu dục cho các dạng cms

Khả năng phục hồi hữu dục ñược kiểm soát bởi 1 hoặc 2 cặp gen trội

(Rf) nằm trong nhân tế bào Các gen trội này có khả năng ngăn chặn và át chế

sự biểu hiện của gen gây bất dục ñực (S) ở tế bào chất [45] Mỗi dạng CMS

sẽ có gen phục hồi tương ứng trong nhân tế bào

Từ những năm 70, các nhà khoa học trên thế giới ñã tìm ra nhiều dạng phục hồi cho các dạng CMS tương ứng Trong các dạng bất dục, bất dục ñực

dạng WA (Wild abortive) có tần số xuất hiện dòng phục hồi cao, ñược tìm thấy ở cả lúa trồng và các dòng triển vọng mới chọn lọc Vì vậy, cms-WA

ñược sử dụng rất rộng rãi trong sản xuất lúa lai ở Trung Quốc, chiếm khoảng 95% Năm 1986, Li Y.C và L.P Yuan ñã phát hiện ra nguồn gốc của 2 cặp gen phục hồi chính trong giống IR24 thông qua việc nghiên cứu các cặp bố

mẹ trong sơ ñồ lai lai nhiều bậc của IR24 Họ cho rằng 2 cặp gen phục hồi

này phân ly ñộc lập, tạm gọi là R 1R1 và R 2R2, có thể tồn tại riêng rẽ hoặc kết hợp với nhau ðiều này có ý nghĩa rất quan trọng trong chọn tạo dòng phục hồi và mở ra cơ hội sử dụng nguồn phục hồi trong chọn tạo giống lúa lai

R1R1 R1R1 R2R2 R2R2

Cinan Peta IR8 X IR127 CP-SLO

SLO17

(R1R1R2R2) (R1R1R2R2) (R1R1r2r2) (r1r1R2R2) (r1r1R2R2) (R1R1R2R2)

IR24 (R 1 R 1 R 2 R 2 )

Năm 2006, Wang và cs ñã chứng minh rằng locus gen Rf 1 gồm có 2

gen Rf 1a và Rf 1b liên kết chặt với nhau có chức năng phục hồi hữu dục cho

dạng cms-BT Trong ñó, Rf 1a và Rf 1b là các gen mã hoá protein PPR có 791

amino acid và 506 amino acid Các dòng phục hồi khác nhau của dạng cms này có thể mang cả hai hoặc một trong hai gen thì vẫn có khả năng phục hồi

hạt phấn chức năng cho dạng cms-BT [45]

Bảng 2.2 Một số gen phục hồi hữu dục hạt phấn cho các dạng bất dục

Yokomla và cs 1996; Ichikawa và cs 1997

Sano & Eiguchi 1991,

Sano và cs 1992

Như vậy, các gen phục hồi Rf 5, Rf6 phục hồi cho cms- HL và Rf 1 phục

hồi cho cms- BT cùng nằm trên NST 10 với một gen phục hồi hữu dục cho dạng cms-WA (Rf 4) Theo Majid Sattari và cs, khi nghiên cứu về mối quan hệ

giữa các gen phục hồi Rf 1, Rf4 và Rf 5 (phục hồi hữu dục cho dạng BT, WA và

HL) ñã ra kết luận rằng các gen này không cùng allen nhưng liên kết chặt với nhau trong việc kiểm soát hạt phấn hữu dục

Trong khi ñó, Zhang và cs ñã sử dụng 3 chỉ thị RELP RG532, RG140 và

ñưa ra kết luận rằng các chỉ thị này liên kết chặt với locus Rf3 ở khoảng cách di truyền 1,9 cM và có thể dễ dàng sử dụng ñể phát triển lúa lai 3 dòng [48]

* Ch ọn dòng R tốt cho sản xuất lúa lai

Trong công tác chọn tạo lúa lai có năng suất cao và kháng bệnh bạc lá tốt, dòng R tốt phải ñạt ñược một số tiêu chuẩn sau:

- Chiều cao cây: 95 – 110 cm, cây cứng, ñẻ nhánh khoẻ và kéo dài

- Thời gian sinh trưởng dài hơn dòng A

- Có nhiều tính trạng tốt như sức sinh trưởng mạnh, năng suất cao và kháng bệnh bạc lá ñể di truyền cho con lai F1

- Bao phấn to, mẩy, chứa nhiều hạt phấn, hạt phấn có khả năng bám dính tốt, nảy mầm nhanh, khả năng thụ tinh mạnh

- Khả năng phục hồi mạnh, tỷ lệ ñậu hạt ở F1 cao > 80%

- Có khả năng tương hợp di truyền rộng ñể có thể phục hồi hữu dục cho nhiều dòng bất dục khác nhau, tạo các tổ hợp lai xa nhằm khai thác tiềm năng cho ƯTL cao

2.3 Chỉ thị phân tử và ứng dụng trong chọn tạo giống lúa lai

2.3.1 Khái ni ệm chỉ thị phân tử

Chỉ thị phân tử là bất kỳ chuỗi mã DNA nào ñược dùng ñể phân biệt giữa hai cá thể, hai dòng hoặc giống khác nhau, ñều có thể xem là chỉ thị DNA (Phan Hữu Tôn, 2005) [20]

Chỉ thị phân tử ñược phát minh và sử dụng từ những năm 1980, là một

kỹ thuật quan trọng trong nghiên cứu di truyền và chọn tạo giống thực vật

Những thành quả gần ñây nhờ phát triển kỹ thuật vi vệ tinh (microsatellitles)

và trình tự số liệu phân tích trình tự genom ñã ñược cung cấp một số lượng lớn

không giới hạn chỉ thị PCR trên hệ gen của lúa như SSRs (Single Squence

giống lúa (Hoàng Tuyết Minh, 2002) [9]

2.3.2 Các ch ỉ thị phân tử dựa trên phản ứng PCR

* Chỉ thị AFLP (Amplified Fragment Length Polymorphysm)

AFLP (ða hình chiều dài ñoạn ñược nhân bản chọn lọc) do Vos và Cs phát minh (1975) (Bùi Chí Bửu, Nguyễn Thị Lang, 1995) [1] Nguyên tắc của phương pháp AFLP giống như RFLP, ñiểm khác biệt cơ bản là AFLP không cần tiến hành lai phân tử (lai Southem blot) do vậy thực hiện nhanh hơn ðây

là phương pháp nhân bội ADN sau khi ñã ñược cắt bằng enym cắt giới hạn Phân tích AFLP gồm các bước: cắt ADN bằng enym cắt giới hạn, gắn adapter (trình tự bổ sung với ñầu cắt), nhân bội các ñoạn cắt giới hạn bằng PCR, ñiện

di so sánh ñược sự ña dạng (Khuất Hữu Thanh, 2003) [15]

* Ch ỉ thị SSR (Simple Sequence Repeat)

SSR (Khuếch ñại các ñoạn lặp lại ñơn giản) còn gọi là phương pháp vi

vệ tinh hay tiểu vệ tinh Khi nghiên cứu genom một số sinh vật, người ta ñã phát hiện ra những ñoạn AND có chiều dài khác nhau phân bố một cách ngẫu nhiên mà trình tự của nó bao gồm các nhóm nucleotide giống nhau nhắc lại nhiều lần Các nhóm này thường có số lượng không vượt quá 5 nucleotide, các ñoạn ADN nhắc lại này có trình tự rất ñặc trưng cho mỗi ñoạn Bởi vậy

mà trình tự ñặc trưng ở hai ñầu của ñoạn nhắc lại này ñã ñược sử dụng ñể thiết kế mồi cho phản ứng PCR Khi sử dụng các mồi ñặc hiệu này ñể chạy cho các cá thể hoặc các giống sẽ cho kết quả về sự ña dạng giữa các cá thể hoặc các giống SSR là chỉ thị ñồng trội nên nó ñược sử dụng ñể phát hiện cá thể dị hợp tử và lập bản ñồ gen sử dụng hai quần thể F2 Chỉ thị SSR là công

cụ hữu hiệu của phân tích hệ gen và lập bản ñồ di truyền của thực vật Song

nó cũng có nhược ñiểm là quy trình thiết kế mồi rất ñắt và mỗi mồi chỉ ñặc trưng cho một loài (Phan Hữu Tôn, 2005) [20]

* Chỉ thị STS (Sequence Tagged Sites)

Phương pháp STS (ðiểm trật tự ñược ñánh dấu) lần ñầu tiên ñược

M Olson nêu ra vào năm 1989 trong nghiên cứu lập bản ñồ gen ở người sau

khi kỹ thuật PCR ra ñời STS có thể ñược xem như là một kỹ thuật thay thế

RFLP và RAPD Nguyên lý của STS là: trước tiên người ta xác ñịnh trình tự

các Nucleotide ở hai ñầu của các ñoạn ADN sử dụng làm mẫu dò trong kỹ

thuật RELP và sản phẩm RAPD, sau ñó dựa vào trình tự ñã xác ñịnh, người ta

ñã thiết kế những mồi PCR có chiều dài khoảng 18 - 20 Nucleotide Với những

mồi như vậy, chúng có thể tổng hợp nên những ñoạn ADN nằm trong vùng sản

phẩm RFLP và RAPD Quy trình kỹ thuật STS cũng tương tự như với SSR, tuy

nhiên có một số ñiểm cần phải ñiều chỉnh cho phù hợp, chẳng hạn như nhiệt ñộ

gắn mồi (Lã Tuấn Nghĩa, Vũ ðức Quang, Trần Duy Quý, 2004) [11]

* Ch ỉ thị ALP (Amplion Length Polymorphysm)

Sự ña hình về chiều dài những ñoạn ADN ñược nhân lên trên cơ sở

nhân gen PCR Sự ña hình ñược phát hiện ngay bằng cách ñiện di sản phẩm

nhân gen PCR trên gel agarose và acrylamide (Phan Hữu Tôn, 2005) [20]

* Ch ỉ thị RAPD (Random Amplified Polymorpism DNA)

Chỉ thị RAPD (ða hình các ñoạn DNA nhân bản ngẫu nhiên) do

William (1990), Welsh và Cs (1991) phát minh ðây là kỹ thuật phát hiện tính

ña dạng của ADN nhân bản ngẫu nhiên dựa trên nguyên lý của kỹ thuật PCR

nhưng chỉ cần các ñoạn mồi ngắn có kích thước 8 - 12 Nucleotide (thông

thường là 10 Nucleotide) Theo tính toán một mồi ngẫu nhiên gồm

10 Nucleotide thì xác suất bắt gặp của nó là ¼10 = 1/1.048.576 nghĩa là một

ñoạn ADN khuôn có 1.048.576 cặp nucleotide thì có một trình tự bắt cặp với

mồi Như vậy với một ñoạn mồi ngẫu nhiên có thể có 524 vị trí bắt cặp với

mồi, nghĩa là có thể có 262 ñoạn ñược nhân bội Trong thực tế số ñoạn ñược

nhân bội nhỏ hơn rất nhiều vì nó phụ thuộc vào ñộ dài ñoạn ñược nhân bội và

sự sắp xếp các trình tự bắt cặp với mồi trên ADN của bộ gen

Các sinh vật có bộ gen giống nhau hoàn toàn khi nhân gen bằng máy PCR với các mồi ngẫu nhiên, kết quả thu ñược các ñoạn ADN hoàn toàn giống nhau về kích thước và cấu trúc ðiện di kết quả nhân gen thu ñược ñiện di ñồ gồm những băng, vạch ADN ở những vị trí giống nhau trên bản gel Khi bộ gen của các mẫu kiểm tra có sự khác nhau (có sự ña dạng sinh học) thì sẽ cho kết quả khác nhau trên ñiện di ñồ [8], [38]

RAPD là một kỹ thuật ñơn giản, dễ thực hiện, không mất nhiều thời gian, ít tốn kém Kỹ thuật này rất phù hợp cho phân tích ña dạng di truyền và

lập bản ñồ gen sử dụng quần thể RIL (Recombinant Inbred Line) Tuy nhiên

nó cũng có hạn chế là rất nhạy cảm với các yếu tố tham gia phản ứng như: các thành phần tham gia phản ứng và ñặc biệt là nhiệt ñộ gắn mồi, ñôi khi kết quả không lặp lại ñược, ñặc biệt là những cơ thể có bộ gen lớn như lúa mì (Devos K.M và Cs, 1992) (Nguyễn Văn Hoan, 2004) [4] RAPD là một chỉ thị trội, nghĩa là chỉ thị này không phân biệt ñược giữa những cá thể ñồng hợp tử và dị hợp tử trong quần thể F2

2.3.3 Tình hình nghiên c ứu và ứng dụng chỉ thị phân tử trong chọn tạo

lúa lai

2.3.3.1 Tình hình nghiên c ứu và ứng dụng trên thế giới

Trong chọn giống, ñể tạo vật liệu khởi ñầu mới các nhà chọn giống truyền thống phải ñánh giá vật liệu khởi ñầu thông qua các chỉ thị hình thái, ñánh giá khả năng kết hợp chung, riêng, lai thử hàng loạt các cặp lai lại, ñánh giá ƯTL, chọn lọc phả hệ trong phân ly các ñời sau, ñánh giá ƯTL F1 trên ñồng ruộng ñể tìm ra cặp lai tốt nhất, hoặc thực hiện backross ñể quy tụ một gen nào ñó vào một giống ñã xác ñịnh Cách làm này ñòi hỏi nhiều thời gian và công sức (Hoàng Tuyết Minh, 2002) [9]

ðối với lúa lai nói chung và lúa lai hai dòng nói riêng chỉ thị phân tử có

3 ứng dụng lớn: thứ nhất nhằm xác ñịnh các tính trạng cụ thể và bảo vệ nguồn tài nguyên di truyền của các dòng bố mẹ, thứ hai là lập bản ñồ genom và cuối

cùng là trợ giúp của chỉ thị phân tử trong công tác chọn giống (MAS- Marker

Assisted Selection) (Hoàng Tuyết Minh, 2002) [9]

Các chỉ thị phân tử liên kết chặt chẽ với các tính trạng kiểu hình ñã ñược

sử dụng ñể xác ñịnh các ñặc trưng của các dòng bố mẹ trong nghiên cứu lúa lai

và ñể xác ñịnh tiềm năng ƯTL; chỉ thị phân tử ñã ñược sử dụng ñể lập bản ñồ một số gen quan trọng và ñịnh vị một số tính trạng số lượng QTLs

(Quantitative Trait Loci) thông qua liên kết di truyền Một số gen vô cùng quan

trọng ñối với nghiên cứu và phát triển lúa lai như gen kiểm soát tính trạng phục hồi hữu dục; gen tương hợp rộng, gen kiểm soát tính trạng bất dục ñực nhạy cảm với nhiệt ñộ, tính trạng bất dục ñực nhạy cảm với ñộ dài chiếu sáng,… ñã ñược ñánh dấu phân tử Ngoài ra nhiều nghiên cứu ñã triển khai ñể lập bản ñồ các QTL có ảnh hưởng tổng hợp ñến các tính trạng hình thái như là bất dục ñực

ở con lai, tỉ lệ thụ phấn chéo và ƯTL ở lúa ñồng thời tăng thêm hiểu biết của chúng ta về cơ sở di truyền của các tính trạng tổng hợp nêu trên Nhờ kỹ thuật MAS chúng ta ñã thu ñược nhiều kết quả trên lĩnh vực cải tiến tính trạng kháng

vi khuẩn và chất lượng hạt trong một số giống lai quan trọng nhất

Li Chengquan và Cs, Viện Nghiên cứu Lúa thuộc viện Hàn Lâm khoa học Nông nghiệp An Hội, Trung Quốc ñã sử dụng kỹ thuật MAS ñể quy tụ gen Xa21 vào dòng PGMS 3418S Dòng bất dục này rất ổn ñịnh và có khả năng kháng bệnh bạc lá vi khuẩn tương ñương giống IRBB21

Ngoài ra MAS ñã trở thành kỹ thuật thông dụng trong quy trình chọn tạo các dòng phục hồi tại IRRI

Các tác giả Wan Bingliangs, Yang Guacai, Qi Huaxiong, Trung tâm phát triển lúa lai - Viện hàn lâm Khoa học Trung Quốc và Mou Tongmin, Trường tổng hợp Huazhong, Vũ Hán - Trung Quốc (2002) ñã chuyển thành công gen

kháng bệnh khô vằn (Rhizoctonia solani) vào giống lúa thuần 905, dòng bố của

tổ hợp lai hai dòng

O.U.K Reddy, E.A Siddig và Cs ựã lập bản ựồ phân tử của 65 con lai

trong ựó 31 con lai indica/indica, 34 là indica/javonica (WC) con lai giữa 24

dòng TGMS và nhiều dòng thuần khác đã sử dụng 10 mẫu dò có tên là OPD-3, OPU-7, OPU-14, OPZ-18, OPZ-19, OPZ-20, OPA-7 + OPA-6 và

OPA-12 + OPA-15 đã thiết lập ựồ thị hình cây (Dendogram) về khoảng cách

di truyền giữa các bố mẹ lớn hơn Kết quả phân tắch cho thấy khoảng cách giữa bố mẹ lớn hơn 0.7 thì ựộ hữu dục thấp và năng suất giảm Sự sai khác nằm trong khoảng 0.4 - 0.7 thì khả năng kết hợp cao và ƯTL cao

Li Rongbai và Yang Xinqing, Viện hàn lâm Khoa học Nông nghiệp Nam Ninh, Quảng Tây, Trung Quốc (2002), ựã dùng kỹ thuật RAPD ựể

nghiên cứu ựấu vết (fingetprinting) của 4 dòng TGMS và 15 dòng cho phấn,

các dòng bất dục ựực ựã lai với các dòng cho phấn và ựánh giá ƯTL F1 trên ựồng ruộng 10 trong 15 chỉ thị RAPD biểu hiện tắnh ựa hình rất cao trong nghiên cứu dấu vết Khoảng cách di truyền từ 0.22 ựến 0.75 có liên kết chặt chẽ và tương quan chặt ựến ƯTL về năng suất F1 Nếu khoảng cách di truyền giữa các dòng bố mẹ vượt 0.75 thì hệ số tương quan với năng suất không chặt Các tổ hợp có khoảng cách di truyền là 0.72 ựều cho ƯTL chuẩn 28.5%

Qua ựây chúng ta thấy chọn giống dưới sụ trợ giúp của chỉ thị phân tử

là một hướng nghiên cứu ựầy triển vọng Nó như một nhịp cầu gắn kết giữa công nghệ sinh học với phương pháp chọn giống cổ ựiển Nó ựã trở thành một hợp phần phổ biến của các quá trình lai trở lại Quá trình lập bản ựồ cũng như quá trình chọn lọc các tắnh trạng ựơn gen hoặc ựa gen có giá trị cao về mặt di truyền và kinh tế Các kỹ thuật chỉ thị phân tử ựược sử dụng ựể trợ giúp và ựảm bảo sự chắnh xác cho các nhà chọn giống nhận diện ựúng và thiết lập ựược ranh giới bản quyền của những loài mới ựược phát hiện (Hoàng Tuyết Minh, 2002) [9]

2.3.3.2 Tình hình nghiên c ứu và ứng dụng trong nước

Nhận thức vai trị của chỉ thị phân tử DNA và bản đồ di truyền trong cơng tác nghiên cứu hệ gen và cơng tác chọn tạo giống lúa, một số sở nghiên cứu của Việt Nam, với sự hợp tác trong nước và quốc tế đã tiến hành triển khai hướng nghiên cứu này (Nguyễn Cơng Tạn, 2002) [14]

Nguyễn Văn ðồng và Cs (1995) đã sử dụng chỉ thị microsatellite để đánh giá mức độ thuần chủng của các dịng TGMS (làm mẹ) và các dịng khơng phải TGMS (dịng bố) trước khi tiến hành lai tạo nhằm đảm bảo sự

“đồng đều” tuyệt đối của con lai F1 Bằng phương pháp này cĩ thể xác định

sự đa dạng di truyền giữa các dịng bố, mẹ, trên cơ sở đĩ xác định, lựa chọn tổ hợp lai, dự đốn ƯTL, thậm chí cĩ thể định hướng trước kết quả sẽ nhận được

ở con lai F1 và đánh giá mức độ đồng đều của con lai F1 trước khi đưa chúng vào sản xuất trên quy mơ thương mại [2]

Từ năm 1999 - 2000, Nguyễn Văn ðồng và Cs được tổ chức Rockefeller tài trợ đã tiến hành nghiên cứu và lập bản đồ gen của các dịng bất dục đực di truyền nhân TGMS - VN1 tại phịng thí nghiệm Sinh học phân

tử thực nghiệm, Trường ðại học Tổng hợp Texas Tech USA Bằng phương pháp phân tích BSA kết hợp với kỹ thuật RELP, kỹ thuật AFLP và kỹ thuật vi

vệ tinh đã xác định gen tms4 của dịng lúa này nằm cạch tâm động trên vai

ngắn của NST số 2 cách chỉ thị phân tử E5/M12-600 là 3.3 cM (Nguyễn Cơng Tạn, 2002) [14]

Nguyễn Thị Lang đã sử dụng DNA marker để định vị gen tms3 và lập

bản đồ di truyền của dịng TGMS mang gen này

ðối với chọn giống, sự trợ giúp của chỉ thị phân tử MAS là một kỹ thuật đã thành thục hiện nay và cĩ ưu điểm nổi bật là cĩ thể phát triển bản đồ liên kết với mật độ chỉ thị phân tử cao và rất đa dạng về các dạng chỉ thị phân

tử Cùng với kỹ thuật MAS, nhà chọn giống có thể quy tụ ñược nhiều tính trạng (gen) mong muốn vào dòng bố hay dòng mẹ trong một thời gian ngắn (Nguyễn Công Tạn, 2002) [14]

Chỉ thị di truyền cho phép nhà chọn giống thấy rõ mối quan hệ:

“Tính trạng - Gen (QTLs) - Môi trường” Do vậy, họ dễ dàng ñưa ra một chiến lược thích hợp và chuẩn xác trong chương trình chọn giống của mình nhằm tìm kiếm, phát hiện những biến dị di truyền trong số các cá thể, giữa các giống trong loài

Chỉ thị di truyền giúp các nhà chọn giống chọn lọc chính xác các tổ hợp gen quan tâm Họ có thể quy tụ một số gen quý vào một số giống ñã xác ñịnh (MAS) Những chỉ thị di truyền liên kết chặt với những gen sẽ ñược sử dụng ñể chọn lọc các cá thể ngay ở giai ñoạn rất sớm mà không phụ thuộc vào ñiều kiện môi trường Quá trình này gọi là quá trình chọn lọc nhờ chỉ thị phân tử (MAS) hay còn gọi là chọn giống phân tử Nhờ kỹ thuật MAS mà nhà chọn giống có thể thực hiện chọn lọc một số tính trạng trong thời gian ngắn mà chọn giống kháng bệnh, giống có những ñặc ñiểm sinh lý khác nhau và giống chất lượng MAS có thể phát hiện giữa những cây ñồng hợp tử (AA) và những cây dị hợp tử (Aa) mà

về mặt kiểu hình hoàn toàn giống nhau, có khả năng chọn lọc ñược nhiều tính trạng trong cùng một thời gian của cùng một cây và như vậy cho phép tích góp

các gen khác nhau vào cây cần tạo (gen pyramiding) Hơn nữa, MAS không

những cho các nhà chọn giống chọn lọc những tính trạng ñơn gen mà cả với những tính trạng ña gen (Hoàng Tuyết Minh, 2002) [9]

2.4 Tình hình nghiên cứu và kết quả chọn tạo lúa lai trong và ngoài nước

2.4.1 Tình hình nghiên c ứu lúa lai trên thế giới

Lúa là cây tự thụ phấn ñiển hình có hoa ñơn nhỏ, có khả năng thụ phấn ngậm, thời gian nở hoa rất ngắn nên khả năng nhận phấn ngoài rất thấp Do