Chuyên đề 2.11: Tổng quan nghiên cứu về chọn tạo giống lúa kháng bạc lá ĐẶT VẤN ĐỀ Lúa gạo là lương thực của 3 tỉ người trên thế giới, sản lượng lúa gia tăng trong thờigian qua đã mang l
Trang 1MỤC LỤC
ĐẶT VẤN ĐỀ 2
I TỔNG QUAN VỀ NGHIÊN CỨU BỆNH BẠC LÁ LÚA 3
1.1 Vài nét sơ lược về cây lúa……… 3
1.2 Bệnh bạc lá lúa……….……… 4
II MỘT SỐ KẾT QUẢ VÀ THÀNH TỰU CHỌN TẠO GIỐNG LÚA KHÁNG BỆNH BẠC LÁ……… 9
2.1 Tình hình nghiên cứu chọn tạo giống lúa kháng bạc lá trên thế giới 9
2.2 Nghiên cứu chọn tạo giống lúa kháng bệnh bạc lá ở Việt Nam 13 III NHỮNG ĐỊNH HƯỚNG VỀ NGHIÊN CỨU CHỌN TẠO GIỐNG LÚA KHÁNG BẠC LÁ 16
TÀI LIỆU THAM KHẢO 17 Tài liệu tiếng Việt ……17 Tài liệu tiếng Anh 18
Trang 2BÁO CÁO KẾT QUẢ THỰC HIỆN CHUYÊN ĐỀ
NGHIÊN CỨU KHOA HỌC
(Chuyên đề 2.11)
Nội dung 2: Đánh giá đa dạng di truyền các tập đoàn lúa bản địa của Việt Nam ở mức
độ phân tử, tuyển chọn 30 giống ưu tú, có độ đa dạng cao phục vụ công tác giải mãgenome
Chuyên đề 2.11: Tổng quan nghiên cứu về chọn tạo giống lúa kháng bạc lá
ĐẶT VẤN ĐỀ
Lúa gạo là lương thực của 3 tỉ người trên thế giới, sản lượng lúa gia tăng trong thờigian qua đã mang lại sự an sinh Ngày 16/12/2002, kỳ họp thứ 57 hàng niên của Hội đồngLiên hiệp Quốc đã chọn năm 2004 là năm Lúa gạo Quốc tế với khẩu hiệu "Cây lúa làCuộc sống" Lúa là cây lương thực quan trọng có diện tích trồng 148,4 triệu ha trên toànthế giới (Châu Á 135 triệu ha) Việt Nam có diện tích sản xuất lúa 4,36 triệu ha, sảnlượng 34,6 triệu tấn, năng suất bình quân 4,67 tấn/ha, xuất khẩu 4 triệu tấn gạo năm 2003
(Đồng bằng sông Cửu Long có sản lượng lúa 17,6 triệu tấn, năng suất 4,61tấn/ha)
Bệnh bạc lá lúa do vi khuẩn Xanthomonas oryzae pv oryzae (Xoo) gây ra, là một
trong những bệnh nhiệt đới điển hình gây hại đối với nhiều vùng trồng lúa khác nhau trênthế giới Đối với miền Bắc nước ta, bệnh gây hại ở cả vụ xuân lẫn vụ mùa và hại trênnhiều giống khác nhau, đặc biệt đối với vụ mùa và trên các giống lúa lai nhập nội từTrung Quốc Thiệt hại về bệnh bạc lá làm giảm 20 - 30% tổng sản lượng lúa [4] Đểphòng trừ người ta sử dụng nhiều biện pháp khác nhau như áp dụng các biện pháp kỹthuật canh tác, bón phân sớm, cân đối, vệ sinh đồng ruộng, mật độ gieo trồng hợp lý vàdùng giống kháng bệnh, trong đó chọn tạo giống kháng bệnh có ý nghĩa kinh tế nhiềumặt, không gây ô nhiễm môi trường và tạo được nông sản sạch
Muốn chọn tạo giống lúa chống chịu bệnh bạc lá thành công và bền vững thì trước hết phải
có nguồn gen kháng phong phú Tập đoàn các giống lúa địa phương thường mang nhiều đặc tínhquý về các khả năng chống chịu với điều kiện bất thuận và sâu bệnh hại, trong đó khả năngkháng bệnh được các nhà chọn giống đặc biệt quan tâm Đây chính là nguồn cung cấp genkháng bệnh phong phú và rất có ý nghĩa cho công tác chọn tạo giống chống bệnh Để khai thác
và sử dụng nguồn gen này thì việc xác định khả năng kháng của từng giống lúa là việc làm rấtcần thiết Tuy nhiên, việc xác định chính xác các giống lúa có chứa gen kháng bệnh hay không
Trang 3lại là một việc làm rất khó khăn Phương pháp truyền thống là tiến hành lây nhiễm nhân tạo khilúa làm đòng, sử dụng các dòng đẳng gen và phổ chống nhiễm, sau 18 - 20 ngày sẽ cho kết quả.Phương pháp này đã có những thành công song còn phụ thuộc vào điều kiện môi trường nên độchính xác chưa cao [1].
Để khẳng định chính xác khả năng mang gen kháng của các giống lúa nghiên cứu thì sửdụng phương pháp dùng chỉ thị phân tử là một hướng được nhiều nhà khoa học quan tâm Hiệnnay có rất nhiều các chỉ thị phân tử liên kết với gen kháng bệnh đã được xác định trình tự ADN,việc thiết kế các đoạn mồi đơn giản Vì vậy, áp dụng chỉ thị phân tử trong chọn tạo giống khángbệnh có ý nghĩa lớn cả về kinh tế và tính hiệu quả của phương pháp Để làm được điều này,việc giải mã genom các giống lúa địa phương kháng bạc lá là một bước khởi đầu quan trọngcho quá trình chọn tạo ra các giống lúa, với mục đích chọn ra các giống lúa kháng bệnh bạc láđịa phương, làm vật liệu khởi đầu cho công tác chọn tạo giống lúa kháng bệnh bạc lá, năng suấtcao và ổn định
I TỔNG QUAN VỀ NGHIÊN CỨU BỆNH BẠC LÁ LÚA
1.1 Vài nét sơ lược về cây lúa
Cây lúa thuộc họ hòa thảo (Graminae), tộc Oryzae, chi Oryza, có tổng số nhiễm sắc thể 2n = 24 Oryza có khoảng 20 loài phân bố chủ yếu ở vùng nhiệt đới ẩm của Châu
Phi, Nam và Đông Nam Châu Á, Nam Trung Quốc, Nam và Trung Mỹ và một phần ởChâu Úc [16] Trong đó, chỉ có 2 loài là lúa trồng, còn lại là lúa hoang hằng niên và đaniên Loài lúa trồng quan trọng nhất, thích nghi rộng rãi và chiếm đại bộ phận diện tích
lúa thế giới là Oryza sativa L Loài này hầu như có mặt ở khắp nơi từ đầm lầy đến sườn
núi, từ vùng xích đạo, nhiệt đới đến ôn đới, từ khắp vùng phù xa nước ngọt đến vùng đất
cát sỏi ven biển nhiễm mặn, phèn … Một loài lúa trồng khác là Oryza glaberrima Steud,
chỉ được trồng giới hạn ở một số quốc gia Tây Châu Phi và hiện đang bị thay thế dần bởi
Oryza sativa L [16]
Tác giả Tateoka (1963, 1964) lại phân biệt 22 loài, trong đó, cũng thống nhất 2
loài lúa trồng O sativa L và O glaberrima Steud Tateoka xem dạng lúa Châu Phi (O perennis Moench) như là một loài riêng O barthii A Chev., và dạng lúa Châu Á và Châu
Mỹ thuộc về loài O rufipogon Griff Tateoka cũng bổ sung 2 loài mới: O longiglumis Jansen và O angustifolia Hubbard [59], [60]
Năm 1928 - 1930, các nhà nghiên cứu Nhật Bản đã phân loại lúa trồng thành 2
Trang 4nhóm “Indica” và “Japonica” dựa trên cơ sở phân bố địa lý, hình thái cây và hạt, độ bất
dục khi lai tạo và phản ứng huyết thanh (Serological reaction) Các nhà nghiên cứu Nhật
Bản sau đó đã thêm một nhóm thứ 3 “Javanica” để đặt tên cho giống lúa cổ truyền của
Indonesia là “bulu” và “gundil” Tên gọi của 3 nhóm thể hiện nguồn gốc xuất phát của
các giống lúa từ 3 vùng địa lý khác nhau Từ “Janvanica” có gốc từ chữ Java là tên của một đảo của Indonesia Từ “Japonica” có lẽ xuất xứ từ chữ Japan là tên nước Nhật Bản Còn “Indica” có lẽ có nguồn gốc từ India (Ấn Độ) [16]
Bảng 1 Đặc trưng hình thái và sinh lý tổng quát của 3 nhóm giống lúa
Đặc
-Trấu có lông dài -Ít rụng hạt
-Hạt tròn, ngắn -Hạt không đuôi tới cóđuôi dài
-Trấu có lông dài và dầy -Ít rụng hạt
Theo thống kê của FAO (2008), diện tích canh tác lúa toàn thế giới năm 2007
là 156,95 triệu ha, năng suất bình quân 4,15 tấn/ha, sản lượng 651,74 triệu tấn Trong đó, diện tích lúa của Châu Á là 140,3 triệu ha chiếm 89,39 % tổng diện tích lúa toàn cầu, kế đến là Châu Phi 9,38 triệu ha (5,97 %), Châu Mỹ 6,63 triệu ha (4,22
%), Châu Âu 0,60 triệu ha (0,38 %), Châu Đại dương 27,54 nghìn ha chiếm tỷ trọng không đáng kể Những nước có diện tích lúa lớn nhất là Ấn Độ 44 triệu ha; Trung Quốc 29,49 triệu ha; Indonesia 12,16 triệu ha; Bangladesh 11,20 triệu ha; Thái Lan 10,36 triệu ha; Myanmar 8,20 triệu ha và Việt Nam 7,30 triệu ha [71]
1.2 Bệnh Bạc lá lúa (Xanthomonas oryzae pv.oryzae)
Bệnh bạc lá lúa được phát hiện đầu tiên ở Fukuoka - Nhật Bản vào năm 1884 Banđầu các nhà nghiên cứu lầm tưởng nguyên nhân gây nên triệu chứng bệnh là do axit đất Nhưng không lâu sau đó, các nhà khoa học chỉ ra nguyên nhân của nó là do vi khuẩn gây
Trang 5nên và theo Ishiyama, 1922 nó thuộc loại Bacillus oryzae Cuối cùng đã xác định là do vi khuẩn Xanthomonas oryzae gây nên [64].
Bệnh bạc lá lúa trở nên phổ biến ở tất cả các vùng trồng lúa trên khắp thế giới vàocuối thập kỉ 60 đến đầu thập kỉ 80 của thế kỉ XX, đặc biệt, tại các nước trồng lúa ở Châu
Á như: Ấn Độ (1990), Philippin (1957), Indonexia (1950), Trung Quốc (1957) Hàngnăm, theo thống kê năng suất lúa toàn thế giới giảm từ 10 - 20% do các bệnh vi khuẩn,trong đó 50% là do bệnh bạc lá gây nên [36] Ở Việt Nam, bệnh này đã gây hại từ lâu trêncác giống lúa mùa cũ [6] Hiện nay, bệnh gây hại trên cả lúa lai và lúa thuần, đặc biệt gâyhại nặng trên các giống lúa lai nhập nội từ Trung Quốc Tác hại của bệnh nặng hay nhẹtuỳ thuộc vào giống lúa, thời điểm cây bị nhiễm bệnh và mức độ nhiễm Tác hại của bệnhchủ yếu là làm cho lá đòng sớm tàn khô xác, giảm quang hợp, tăng lượng hạt lép, dẫn đếngiảm năng suất lúa Theo nghiên cứu Mew, 1987 năng suất giảm chủ yếu do sự thay đổi
về số nhánh, số hạt chắc trên bông và khối lượng 1000 hạt [37] Từ năm 1965 - 1966 tớinay, có năm bệnh phá hại một cách nghiêm trọng ở các vùng đồng bằng trên các giống lúamới nhập nội có năng suất cao ở vụ xuân và nhất là trong vụ mùa Theo số liệu thống kêcủa cục Bảo vệ Thực vật, từ năm 1999 - 2003 diện tích lúa bị hại do bệnh bạc lá gây ratrong cả nước là 108.691,4 ha (miền Bắc là 86.429,2 ha; miền Nam là 22.262,2 ha), trong
đó diện tích bị hại nặng nhất là 156,76 ha và diện tích mất trắng là 80 ha
Vi khuẩn Xoo gây ra 3 triệu chứng điển hình của bệnh bạc lá lúa là: bạc lá, vàng
nhợt, héo xanh (còn được gọi là Kresek) Cho đến nay mối quan hệ giữa 3 triệu chứngnày vẫn chưa được làm sáng tỏ, nhiều thí nghiệm trong nhà lưới đã chứng minh hiệntượng Kresek và bạc lá khác nhau rõ rệt mặc dù chúng đều là triệu chứng ban đầu của sựnhiễm bệnh Các giống lúa khác nhau có thể biểu hiện triệu chứng nhiễm Kresek hoặcbạc lá Triệu chứng vàng nhợt là hậu quả của sự bạc lá gây nên hoặc cũng có thể là do
độc tố (toxin) của vi khuẩn sản sinh ra
Theo Lê Lương Tề (1998) thì ở Việt Nam, bệnh bạc lá lúa phát sinh phá hại suốt từthời kỳ mạ đến chín nhưng có triệu chứng điển hình là ở thời kỳ lúa cây trên ruộng từ sau
đẻ - trỗ, chín sữa [5]
Trên mạ, triệu chứng thể hiện không đặc trưng như ở trên lúa, do đó cũng dễ nhầmlẫn với các triệu chứng khác Chủ yếu vi khuẩn hại mạ gây ra triệu chứng ở mút lá hoặcmép lá mạ những vết dài ngắn khác nhau màu xanh vàng rồi nâu bạc, lá dễ bị khô
Trang 6Trên lá lúa, triệu chứng bệnh thể hiện rõ hơn, tuy có thể biến đổi ít nhiều tuỳ theogiống lúa và điều kiện bên ngoài nhưng nói chung vết bệnh có những đặc điểm điển hìnhsau đây:
- Vết bệnh ở mép lá, mút lá lan dần vào phiến lá hoặc lan thẳng xuống gân chính, ởmột số trường hợp vết bệnh có khi bắt đầu ở ngay giữa phiến lá
- Vết bệnh lan rộng theo đường gợn sóng hoặc thẳng, mô bệnh xanh tái vàng lục,cuối cùng cháy khô có màu nâu xám
- Thông thường ranh giới giữa mô bênh với mô khỏe trên phiến lá rất rõ rệt, có giớihạn theo đường gợn sóng vàng hoặc không vàng, có khi chỉ một đường viền màu nâusẫm, đứt quãng hay không đứt quãng
Có thể căn cứ vào những đặc điểm triệu chứng trên để phát hiện bệnh Tuy nhiên,nhiều khi vết bệnh quá cũ hoặc biến đổi quá nhiều theo giống và điều hiện bên ngoài,nhất là ở mạ do vậy có thể nhầm lẫn với những hiện tượng khô đầu lá sinh lý [7]
Vi khuẩn gây bệnh bạc lá đã được nhiều tác giả nghiên cứu và đã từng được đặtnhiều cái tên khác nhau:
- Pseudomonas oryzae Uyeda et Ishiyama hoặc Phytomanas ryzaeMagrou
- Xanthomonas campeitris p.v oryzae
- Xanthomonas kresekSchure
- Xanthomonas oryzae (Ishiyama) Dowson
Hiện nay vi khuẩn này được biết đến với cái tên Xanthomonas oryzae Pv.oryzae (Ishiyama)
Về nguồn bệnh bạc lá, các tác giả Nhật Bản cho rằng nguồn bệnh tồn tại chủ yếutrên một số cỏ dại họ Hoà thảo, nói cách khác một số cỏ dại là ký chủ phụ của vi khuẩn
X.oryzae Ở Việt Nam, phát hiện thấy vi khuẩn gây bệnh trên lúa và trên các ký chủ cỏ
dại, tàn dư rơm rạ của cây bệnh, lúa chét, cỏ môi, cỏ lồng vực, cỏ gừng bò [4]
Ở mỗi vùng khác nhau có sự khác nhau về thành phần và số lượng chủng X.oryzae:
Nhật Bản đã xác định được 5 chủng, Philippine đã xác định được 6 chủng, Indonesia đãxác định được 9 chủng, miền Bắc Việt Nam đã xác định được 4 chủng với nhiều Isolates
Có nhiều yếu tố ngoại cảnh ảnh hưởng đến sự phát sinh phát triển của bệnh Trong đó,
ẩm độ và lượng mưa là hai yếu tố quyết định cho sự phát sinh phát triển của bệnh bạc lá,lượng mưa lớn và nhiều kèm theo gió bão không những làm tổn thương đến lá khiến vi
Trang 7khuẩn dễ dàng xâm nhập mà còn tạo điều kiện cho vi khuẩn sinh sản nhanh, tạo nhiềugiọt dịch vi khuẩn và lây lan nhanh chóng.
Bệnh bạc lá phát sinh phát triển mạnh ở vụ mùa các tỉnh phía Bắc Bệnh phát triển,lây lan nhanh trong điều kiện nhiệt độ 26 - 29°C, ẩm độ 90 %, đặc biệt khi có mưa to vàgió lớn làm rập nát lá lúa tạo thuận lợi cho bệnh truyền lan [9] Bởi vậy, vụ mùa bệnhthường gây tác hại nặng hơn vụ xuân Vụ chiêm xuân bệnh phát triển mạnh vào tháng 5 -
6, còn vụ mùa là tháng 8 - 9 khi có nhiều mưa bão gây tổn thương cho lá lúa Nhìnchung, bệnh phát triển mạnh nhất vào giai đoạn lúa làm đòng đến chín sữa vì đây là giaiđoạn lúa mẫn cảm nhất với bệnh bạc lá
Phân bón và thời kỳ bón cũng là yếu tố ảnh hưởng rõ rệt đến sự phát sinh pháttriển của bệnh Lượng đạm bón lớn làm thân lá phát triển mạnh, cây mềm yếu và dễ bịtổn thương nên dễ bị nhiễm bệnh Bón sớm, tập trung sẽ giảm khả năng bị bệnh hơn sovới bón muộn, rải rác Bón đạm cân đối với lân và kali cũng làm giảm khả năng nhiễmbệnh Tuy nhiên, nếu bón quá nhiều đạm (>120 kg N/ha) thì bón thêm lân và kali cũngkhông còn tác dụng
Đất màu mỡ nhiều chất hữu cơ thì bệnh phát triển hơn ở chân đất cằn cỗi Nhữngnơi đất chua, ngập úng, nhiều mùn, lúa bị che bóng bệnh cũng phát triển mạnh hơn
Giống cũng là một yếu tố ảnh hưởng đến sự phát sinh phát triển của bệnh bạc lá.Các giống lúa cũ, lúa địa phương nhiễm bệnh nhẹ hơn so với các giống lúa nhập nội cóthời gian sinh trưởng ngắn Theo điều tra của Viện bảo vệ Thực vật, các giống lúa laiTrung Quốc nhập nội từ năm 1993 - 1997 hầu hết đều bị nhiễm bệnh bạc lá với mức tỷ lệbệnh 50 - 80%, cấp phổ biến là 5 - 7, nếu bệnh nặng năng suất giảm 20 - 50%
Theo Viện bảo vệ Thực vật việc cải tiến chế độ canh tác như: sử dụng phân bón hợp
lý, đảm bảo thời vụ gieo cấy, chế độ nước tưới hợp lý và sử dụng giống chống chịu bệnhbạc lá được coi là những biện pháp hữu hiệu trong phòng chống bệnh này Trong đó, việc
sử dụng giống chống chịu bệnh được coi là biện pháp hàng đầu và có hiệu quả nhất đểphòng trừ bệnh bạc lá lúa Bệnh xuất hiện ở tất cả các vùng trồng lúa trên thế giới, tuy cóhình thức sinh sản đơn giản nhưng vi khuẩn bạc lá vẫn luôn chịu ảnh hưởng của các yếu
tố ngoại cảnh dẫn đến cấu trúc di truyền thay đổi, từ đó tạo ra rất nhiều bệnh cùng tồn tạitrên đồng ruộng [44] Nguyên nhân dẫn đến sự thay đổi cấu trúc di truyền của vi khuẩnlà:
Trang 8- Sử dụng thuốc bảo vệ thực vật không hợp lý, việc sử dụng một loại thuốc với liềulượng lớn và liên tục trên một ruộng sản xuất đã gây hiện tượng nhờn thuốc và hình thànhnòi mới kháng lại loại thuốc trên
- Công tác nhập nội giống cây trồng thực hiện hậu kiểm dịch không chặt chẽ đã tạođiều kiện cho vi khuẩn tồn tại trên hạt giống di chuyển từ vùng này sang vùng khác, tạo
ra sự đa dạng nòi vi khuẩn gây bệnh
- Hình thức canh tác đa dạng, trồng nhiều giống lúa khác nhau (bao gồm cả lúathường và lúa lai) trên một vùng rộng lớn trồng lúa đã tạo ra môi trường ký chủ phongphú, là điều kiện hình thành nên nhiều nòi vi khuẩn
Ngoài ra, điều kiện thời tiết thay đổi với những diễn biến phức tạp cũng là mộtnguyên nhân gây ra hiện tượng này Do vậy, việc chọn giống chống bệnh bạc lá là rấtkhó Những năm 80 của thế kỷ XX, Viện nghiên cứu lúa Quốc tế đã xác định bản chất ditruyền tính chống bệnh là do gen quy định Điều này được khẳng định chắc chắn nhờ vàonhững nghiên cứu của các nhà khoa học cùng những kỹ thuật hiện đại [10], [50], [58] Tính kháng của cây trồng là khả năng của cây làm giảm sự sinh trưởng và phát triểncủa ký sinh sau khi có sự tiếp xúc của ký sinh với ký chủ được khởi phát Trong tínhkháng của cây trồng có tính kháng dọc (kháng chuyên nòi) do đơn gen kiểm soát và tínhkháng ngang (kháng nhiều nòi) do một hoặc đa gen quyết định Giải thích cơ chế kháng,tác giả Flor (1956) đã đưa ra thuyết “gen đối gen”: mỗi một gen quy định tính kháng của
ký chủ thì có một gen đặc thù quy định tính gây bệnh của ký sinh, trước hay sau thì nócũng thắng gen của ký chủ và cây trồng tiếp tục tiến hoá [18] Khi nghiên cứu bệnh bạc lángười ta nhận thấy hiện tượng ban đầu giống biểu hiện tính kháng rất tốt ở một vùngtrồng nhưng sau đó một vài năm thì giống này lại trở nên nhiễm bệnh - người ta gọi đây
là sự phá vỡ tính kháng (breakdown of resistance) của một giống mà nguyên nhân là sựxuất hiện của chủng vi khuẩn mới có độc tính cao hơn Để kiểm soát sự phá vỡ tínhkháng, một vài chiến lược chọn tạo giống đã được đề xuất như sau: Tổ hợp tính khángngang từ tính kháng dọc bằng cách: Sử dụng giống nhiều dòng (multiline) bao gồm mộthỗn hợp các dòng đẳng gen, mỗi dòng có một gen kháng dọc khác nhau nhưng đồng nhất
về thời gian sinh trưởng, hình thái và các thuộc tính khác; sử dụng luân chuyển các giống
có các gen kháng dọc khác nhau Sự luân chuyển có thể diễn ra theo không gian hay theothời gian; tập hợp một lượng đủ lớn các gen kháng dọc trong một giống đơn Thực hiện
Trang 9chiến lược này, nhà chọn giống cần có thông tin chính xác về nguồn bệnh cũng như thôngtin về sự di truyền tính kháng của vật liệu tạo giống [46]
II MỘT SỐ KẾT QUẢ VÀ THÀNH TỰU CHỌN TẠO GIỐNG LÚA KHÁNG BỆNH BẠC LÁ
2.1 Tình hình nghiên cứu chọn tạo giống lúa kháng bệnh bạc lá trên thế giới
Năm 1961, Nishimura nghiên cứu về gen kháng bệnh, trong nghiên cứu Nishimura
đã tìm ra tính kháng bạc lá do một gen trội kiểm soát [43] Năm 1965, Kuhara và cộng sự
đã nhận xét gen kháng bệnh bạc lá được kiểm soát bởi một gen trội không hoàn toàn [28].Ezuka và Horino 1974 đã cho rằng gen kháng bạc lá được kiểm soát bởi một gen lặn vàđối với giống DZ192 gen kháng bệnh được kiểm soát bởi 2 gen lặn [17]
Sidhu và cộng sự (1978) đã phân tích 74 giống lúa trồng và tìm ra 3 giống DV85,
DV86 và DZ275 mang một gen lặn là xa5 có tính kháng tốt như các gen trội [53] Quy
mô rộng lớn và lâu dài của các giống lúa trồng với một gen đơn có thể phát sinh mầmbệnh gây bệnh trở lại và làm cho tính kháng của đơn gen kháng giảm dần Như vậy nhómgen kháng có thể làm cản trở sự xâm nhiễm của vi khuẩn bằng nhóm gen kháng đặc hiệu
xa5, xa13 và Xa21 trong lúa Ở quần thể vi khuẩn có khả năng phát sinh những biến đổi
chất độc từ hai hoặc nhiều nhóm nòi mới đã làm ảnh hưởng đến nhóm gen kháng đặchiệu Khi chúng ta sử dụng một gen đơn trội, nhóm gen kháng đặc hiệu đã được sử dụngtrong phương pháp chọn giống từ sử dụng đơn gen trội đến một nhóm gen kháng đặchiệu Như vậy khi sử dụng nhiều gen kháng trong một giống lúa sẽ tạo nên tính khángngang ổn định, trên qui mô rộng hơn so với khi chúng ta sử dụng một gen kháng đơn lẻ[35]
Những năm 80 của thế kỷ XX, Viện nghiên cứu lúa Quốc tế đã xác định bản chất ditruyền tính chống bệnh là do gen quy định Điều này được khẳng định chắc chắn nhờ vàonhững nghiên cứu của các nhà khoa học cùng những kỹ thuật hiện đại Tính kháng củacây trồng là khả năng của cây làm giảm sự sinh trưởng và phát triển của ký sinh sau khi
có sự tiếp xúc của ký sinh với ký chủ được khởi phát Trong tính kháng của cây trồng cótính kháng dọc (kháng chuyên nòi) do đơn gen kiểm soát và tính kháng ngang (khángnhiều nòi) do một hoặc đa gen quyết định
Cho đến nay, các nhà khoa học đã tìm ra được 30 gen kháng bệnh bạc lá ở cây lúatrồng và lúa hoang [20], [42], [54], [62] Tính kháng có thể quy định bởi một gen đơn trội
như: có 5 gen đơn trội là Xa21 [56], Xa1 [66], Xa26 [57], Xa27 [20], Xa3 [63]; một gen
Trang 10đơn lặn như: xa5 [23] và xa13 [14]; hoặc do hai gen kết hợp với nhau như Xa1/Xa4, Xa4/Xa7 Các gen kháng nằm trên các nhiễm sắc thể (NST) khác nhau: gen Xa1, Xa2, Xa12 nằm trên NST số 4, gen lặn xa5 nằm trên NST số 5, gen Xa7 nằm trên NST số 6, gen Xa15 nằm trên NST số 8, gen Xa9 nằm trên NST số 10 và các gen Xa10, Xa21, Xa23, Xa3, Xa4 nằm trên NST số 11 [69], [20]
Hiện nay trong nghiên cứu đã sử dụng tới 10 dòng đẳng gen (dòng chỉ thị) là:
IRBB1, IRBB2, IRBB3, IRBB4, IRBB5, IRBB7, IRBB10, IRBB11, IRBB14, IRBB21 chứa lần lượt các gen đơn chống bệnh Xa1, Xa2, Xa3, Xa4, xa5, Xa7, Xa1, Xa11, Xa14, Xa21 Tại Viện nghiên cứu lúa Quốc tế IRRI phát hiện gen kháng bệnh bạc lá Xa21 ở loài lúa dại Oryzae longistaminata [26] Khác với sự nhận diện của một gen khác, gen trội Xa21 kháng toàn bộ các chủng bạc lá tại Ấn Độ và Philippin khi thử kiểm tra tính kháng
bệnh [67], [20]
Ngày nay, chỉ thị phân tử được sử dụng rộng rãi như một công cụ hữu hiệu trongnghiên cứu di truyền và cho phép đánh giá một số lượng lớn locus trải khắp bộ gen củanhiều loài cây trồng cũng như nhận dạng các giống lúa kháng bệnh bạc lá như RFLP,AFLP, RAPD, SSR [22], [65], [49], [34] Trong nghiên cứu chọn tạo giống lúa kháng bạc
lá, Zeng và cs., 1996 đã sử dụng chỉ thị RFLP và RAPD để lập bản đồ phân tử gen xa13
kháng bạc lá trên cây lúa Còn đối với chỉ thị SSR, hiện nay, hơn 15.000 chỉ thị SSR đãđược thiết lập [70], phủ kín trên bản đồ liên kết di truyền của lúa [19] Trong những nămgần đây, nhiều công trình sử dụng chỉ thị SSR nghiên cứu đa dạng di truyền và ADNfingerprinting để nhận dạng giống ở lúa đã được công bố [34], [25], [24], [39] Sử dụngchỉ thị phân tử để xác định gen kháng bạc lá, Yanchang và cs., 2004 đã tiến hành kiểm tra
gen Xa21 trên 200 cá thể F2 bằng chỉ thị pTA248 Kết quả cho thấy có 47 cá thể mang
gen kháng đồng hợp tử, 98 cá thể mang gen kháng dị hợp tử Tất cả các cá thể này có
SSR-RM5509 để phát hiện gen Xa7 trên quần thể F2 Cả 2 gen Xa7 và Xa21 đều là gen
trội có phổ kháng rộng liên kết chặt chẽ với mục tiêu và ở trạng thái đồng hợp tử có khảnăng kháng tốt hơn trạng thái dị hợp tử [55]
Chuyển gen kháng vào một dòng lúa bố, mẹ triển vọng Xu hướng hiện nay là tạo
ra các dòng đẳng gen (Near Isogenic Line) có mang gen kháng sau đó lai quy tụ genkháng đó vào một nguồn vật liệu Chọn lọc cá thể mang gen kháng bằng chỉ thị phân tửdòng đẳng gen mang gen kháng và lai quy tụ gen kháng (Pyramid) Nhiều bản đồ phân tử
Trang 11cùng các vị trí gen điều khiển hầu hết các tính trạng khác nhau đã được định vị thay thếcho những phương pháp đánh giá theo hình thái cổ điển thông thường [33] Thiết lập bản
đồ liên kết gen trên cây lúa đầu tiên với RFLP bao gồm 135 loci Bản đồ phủ trên 12nhiễm sắc thể với chiều dài tổng cộng 1.389 cM trên hệ gen cây lúa từ cặp lai IR34583
(Indica) và Bulu Dalam (Javanica) Ba năm sau đó, bản đồ thứ hai được thiết lập từ quần thể IRAT117 (Japonica) và Apura (Indica) [34], [47] Một nhóm tác giả khác là Saito và cs., 1991 thiết lập một bản đồ di truyền dựa trên cặp lai Kasalath (Indica) và Fl134 (Japonica) với 347 chỉ thị RFLP, phủ trên 12 nhiễm sắc thể, với chiều dài tổng cộng
1.836 cM trên hệ gen cây lúa [51] Causse và ctv (1994) thiết lập một bản đồ khác dùng
chỉ thị RFLP để xây dựng bản đồ di truyền từ quần thể hồi giao (backcross) giữa O.sativa (dạng hình Indica) và O longistaminata Chúng bao gồm những chỉ thị từ hệ gen cây lúa
với ký hiệu RG và RZ , từ lúa mì với ký hiệu CDO và lúa mạch với ký hiệu BCD Tổng
số 600 chỉ thị phủ trên 12 nhiễm sắc thể [13] Nori Kurata và ctv (1994) dùng quần thể
F2 của Nipponbare (Japonica) và Kasalath (Indica) để thiết lập bản đồ di truyền Bản đồ
được bao phủ trên 12 nhiễm sắc thể với tổng cộng chiều dài 1.575 cM[45] Việc thiết lậpbản đồ trên tâm động (centromere) cũng được thực hiện với 170 chỉ thị RFLP [11] Đốivới bệnh bạc lá lúa, việc dùng chỉ thị trên cơ sở kỹ thuật PCR, để lập bản đồ gen rất phứctạp và khó khăn Causse và cs., 1994 đã thiết lập và lập bản đồ phân tử gen xa1 năm trênNST số 4 [13] Tiếp theo đó Li và cs., 1999 đã thiết lập bản đồ RFLP và xác định genxa4 kháng bệnh bạc lá nằm trên NST 11 [30]
Shiping Wang, Phòng thí nghiệm trọng điểm quốc gia, Wuhan, Trung Quốc,
nghiên cứu gen lặn xa-13 theo phương pháp dòng hóa gen trên bản đồ (map-based cloning) Alen trội Xa-13 cho thể hiện thông qua chiến lược nghiên cứu RNAi Tiến hành
chuyển nạp gen được dòng hóa vào cây lúa bình thường Tất cả cây lúa biến đổi gen đều
có hiện tượng ức chế thể hiện alen trội Xa-13 và nó thể hiện tính kháng bệnh bạc lá Các tác giả cũng ức chế gen lặn xa-13 bằng RNAi, cây chuyển gen kháng bệnh hơn cây bình thường Phân tích so sánh chuỗi trình tự gen cho thấy có sự khác biệt rất lớn giữa xa-13
và Xa-13 tại vùng “promoter” Kết qủa khẳng định rằng Xa-13 là một regulator âm tính
của tính kháng bệnh bạc lá [52]
Cùng với sự phát triển mạnh mẽ của các phương pháp chỉ thị phân tử, một quytrình công nghệ chọn giống đã được ra đời, đó là quy trình chọn tạo giống nhờ chỉ thịphân tử (Marker - Assisted Selection) (MAS) Thông thường, trong quy trình chọn tạo
Trang 12giống truyền thống, người ta đưa nguồn gen mới có tính trạng mong muốn vào một giốngkhác bằng phương pháp hồi giao qua 5 - 6 thế hệ, hoặc chọn lọc cá thể trong quần thểphân ly từ thế hệ F2 đến thế hệ tiếp theo Mỗi gen chính thường chỉ kháng được với mộtchủng gây bệnh hoặc nòi gây hại nào đó, do vậy nếu quy tụ được vài gen kháng vào mộtdòng hoặc giống lúa thì sẽ tạo ra được một dòng lúa kháng được nhiều chủng gây bệnhhoặc nhiều nòi gây hại Như vậy muốn tạo ra giống lúa kháng bền vững đối với dịch hại,người ta phải đưa một vài gen kháng hiệu quả cao vào genome đích Đối với bệnh bạc lá,
các gen Xa4, Xa5, Xa7 và Xa21 [27], [31] được các chuyên gia lưu tâm nhất vì các gen
này khi tổ hợp cùng với nhau có phổ kháng rộng Tại Ấn Độ, việc quy tụ nhiều genkháng vào cùng một tổ hợp gen đã được quan tâm và tạo ra được các dòng mang nhiềugen kháng làm nguôn vật liệu tốt để chuyển tổ hợp gen này vào các giống lúa thương mại
tăng sức kháng bạc lá của các giống, dòng NH56 mang 4 gen (Xa4, Xa5, Xa7 và Xa21)
[50] Trong chương trình lúa lai tại Trung Quốc, việc quy tụ các gen kháng bệnh vào các
dòng phục hồi để tăng tính kháng của lúa lai cũng được quan tâm đặc biệt các gen Xa7, Xa21 đã được quy tụ vào giống lúa Minhhue 63 [32].
Trong nghiên cứu về trình tự genome của các chủng vi khuẩn bạc lá, hiện đã có
một số nghiên cứu về trình tự genome của các chủng vi khuẩn Xoo, trong đó phải kể đến
là công trình nghiên cứu về cấu trúc genome của hai chủng phổ biến nhất hiện nay là:
MAF311018 (Nhật Bản) và KACC10331 (Hàn Quốc), được công bố trên website: http://
microbe.dna.affrc.go.jp Theo đó genome của Xoo chủng MAFF 311018 gồm một nhiễm
sắc thể vòng dài 4.940.217 bp, với hàm lượng G + C trung bình chiếm 63,7% Bên trongkhông phát hiện thấy có chứa một thể plasmid nào Trong đó phát hiện thấy có hai bản
copy của operon rrn và thứ tự liền kề một số gen như sau: 16S-tRNAAla -tRNAIle -23S-5S.Genom chứa tổng số 53 gen mã hóa tạo thành các tRNAs đại diện cho 43 loại tRNA khácnhau [72]
Trong tổng số 4.372 khung đọc mở được phát hiện (ORFs) trong genome chủngMAFF311018 thì có 2.799 (64%) gen đã xác định được chức năng, 1.383 (chiếm 32%)
protein được xác định tương đồng với nhiều protein điển hình của vi khuẩn Xoo nhưng
chưa biết rõ chức năng Có 190 gen (4%) được xác định là không tương đồng rõ rệt vớinhững gen đã được xác định và công bố trước đó của vi khuẩn
Theo Byoung-Moo Lee và cộng sự, 2005 thì genome vi khuẩn Xoo chủng
KACC10331 có cấu trúc như sau: Tổng genome nhiễm sắc thể vòng dài 4.941.439 bp,