TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI
Gạo là nguồn lương thực thiết yếu, chiếm gần 44% tổng lượng thực phẩm toàn cầu Trong 20 năm tới, mỗi tỷ dân sẽ tiêu thụ khoảng 65 triệu tấn gạo, yêu cầu sản lượng thóc tăng thêm 114 triệu tấn vào năm 2035 Tuy nhiên, năng suất gạo hiện tại đang có xu hướng dừng lại, trong bối cảnh đất lúa ngày càng thu hẹp, lực lượng lao động giảm và nguồn nước tưới thiếu hụt Đặc biệt, chỉ dưới 5% vật liệu di truyền trong ngân hàng gen của IRRI được sử dụng cho cải tiến giống lúa Để đáp ứng nhu cầu dân số tăng trưởng, sản xuất gạo cần được nhân đôi Giải pháp cho thách thức này là phát triển các giống lúa năng suất cao, kháng bệnh và chịu đựng điều kiện bất lợi như sâu bệnh, mặn, hạn và lạnh Nghiên cứu về giống lúa kháng bệnh đạo ôn và bệnh bạc lá là rất quan trọng và đã được tiến hành từ sớm.
Theo dự báo của Bộ Tài nguyên và Môi trường (2012), đến năm 2100, mực nước biển sẽ dâng cao 1m, gây ngập lụt khoảng 2,5% diện tích đất nông nghiệp ven biển miền Trung, giảm GDP 10% và ảnh hưởng trực tiếp đến 8,9% dân số, làm gia tăng tỷ lệ đói nghèo từ 21,2% lên 35,0% Nước biển dâng là nguyên nhân chính làm tăng diện tích đất nhiễm mặn, thách thức lớn đối với sản xuất lúa bền vững Các nhà nghiên cứu đã nỗ lực tạo ra giống lúa kháng bạc lá, nhưng phần lớn không thành công do sự biến đổi đa dạng của bệnh Việc chọn tạo giống lúa có phổ kháng rộng là cần thiết để cải thiện khả năng kháng bệnh Các gen kháng bệnh đã được đưa vào nền di truyền để tạo ra tính kháng bền Trước đây, phương pháp nhân giống truyền thống được sử dụng để tạo giống lúa kháng, nhưng gặp khó khăn về thời gian và không phân biệt được kiểu gen dị hợp tử Gần đây, kỹ thuật MAS và MABC đã được áp dụng thành công trong chương trình chọn giống, giúp chọn lọc các tính trạng chất lượng trong quần thể phân ly.
Phương pháp MAS hiện đang được áp dụng rộng rãi để hỗ trợ quy tụ các gen đích vào các giống lúa ưu tú, qua đó tạo ra những giống cây trồng có khả năng kháng bệnh bền vững hơn Các nghiên cứu từ Win và cộng sự (2012, 2013), Singh và cộng sự (2013), Fatah A Tanweer và cộng sự (2015), Abhilash Kumar V và cộng sự (2017), Xiao và cộng sự (2017), cùng Jairin và cộng sự (2017) đã chứng minh hiệu quả của phương pháp này.
Chúng tôi nghiên cứu đề tài “Nghiên cứu tích hợp một số gen kháng bạc lá và kháng đạo ôn vào giống lúa BC15” nhằm ứng dụng kỹ thuật marker phân tử kết hợp với lai hồi giao để nhanh chóng đưa các gen kháng vào giống lúa BC15, một giống lúa ưu tú đang trồng phổ biến Mục tiêu của nghiên cứu là phục vụ cho các chương trình chọn tạo giống lúa và hỗ trợ trực tiếp cho sản xuất nông nghiệp.
MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU
Việc tích hợp gen kháng bạc lá và kháng đạo ôn vào giống lúa BC15 đang trở nên phổ biến trong sản xuất, tạo ra vật liệu giống lúa mang 2-3 gen kháng, phục vụ hiệu quả cho công tác chọn tạo giống lúa.
3 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU a) Đối tượng và vật liệu nghiên cứu
Giống lúa BC15 đang ngày càng phổ biến trong sản xuất nhờ khả năng thích ứng với nhiều vùng sinh thái khác nhau, mang lại năng suất cao và chất lượng tốt Đây là giống lúa nền nhận gen, đồng thời cũng là nguồn gen cho các giống lúa kháng bạc lá và kháng đạo ôn.
+ Thí nghiệm đồng ruộng: Tại xã Đại Đồng, Thạch Thất, Hà Nội;
+ Thí nghiệm về sinh học phân tử: Thực hiện tại Bộ môn Kỹ thuật Di truyền, Viện Di truyền Nông nghiệp
- Thời gian thực hiện: Từ tháng 08/2018 - 08/2019
NỘI DUNG, VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
- Nội dung 3.1.1: Chọn lọc được dòng mang gen kháng bạc lá/đạo ôn thế hệ con lai BC2F1 sử dụng chỉ thị phân tử (MAS)
- Nội dung 3.1.2: Chọn lọc được dòng mang gen kháng bạc lá/đạo ôn thế hệ BC2F2 sử dụng chỉ thị phân tử (MAS)
- Nội dung 3.1.3: Đánh giá và chọn lọc các dòng BC2F2 mang đa gen kháng bạc lá/đạo ôn so với giống BC15
VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Giống lúa BC15, được công nhận là giống Quốc gia theo QĐ số 319/QĐ-CLT ngày 15/2/2008, là giống lúa thuần được chọn lọc từ giống IR17494 Giống này có năng suất cao, đạt từ 70 đến 75 tạ/ha, với thời gian sinh trưởng từ 130 đến 138 ngày trong vụ Xuân và vụ Mùa.
110 - 115 ngày, chất lượng gạo ngon, mềm, hàm lượng amylose 22,7% nhưng nhiễm nhẹ bạc lá và nhiễm nặng bệnh đạo ôn trong vụ Xuân
+ Hạt lai BC1F1 của tổ hợp lai ((BC15/Tẻ tép) x BC15-4
+ Dòng BC15-4 (có nguồn gốc từ tổ hợp lai ((BC15/IRBB21) x (BC15/Chấn thơm))
Chỉ thị phân tử sử dụng trong nghiên cứu:
Trong nghiên cứu này, chúng tôi đã sử dụng chỉ thị thiết kế dCAPs với cặp mồi PitaTaq1 để xác định gen Pita Đồng thời, chỉ thị SSLP với cặp mồi Pikpdel16 được áp dụng để xác định gen Pikp, và cặp mồi xa5add35 được sử dụng để xác định gen xa5 Cuối cùng, chỉ thị STS với cặp mồi MP1 cũng đã được triển khai trong quá trình nghiên cứu.
MP2 xác định gen Xa4 (Ma và cộng sự, 1999), cặp mồi P3 xác định gen Xa7
Cặp mồi pTA248 được xác định bởi Taura và cộng sự (2004) nhằm mục đích xác định gen Xa21 Các chỉ thị này được sử dụng để phát hiện sự đa hình giữa các giống bố mẹ và lựa chọn các con lai mang gen mục tiêu, như trình bày trong bảng 2.1.
Bảng 2.1 Danh sách các chỉ thị sử dụng trong nghiên cứu
Gen Nhiễm sắc thể Tên chỉ thị Loại chỉ thị Trình tự mồi (5 ’ - 3 ’ )
Kích thước băng kháng- nhiễm (bp)
Ronald và cs, 1992; Huang và cs,1997
2.2.2.1 Phương pháp lai trở lại kết hợp với chỉ thị phân tử
Giống nền nhận gen A2 (BC15) mang gen xa5 lai với giống cho gen B2
(Tẻ tép) mang gen Pita, Pikp tạo F1 (A2B2) chứa gen Pita, Pikp Hạt lai
F1(A2B2) lai với dòng BC15-4 (B4) (có nguồn gốc từ tổ hợp lai
((BC15/IRBB21) x (BC15/Chấn thơm)) để tích hợp thêm gen Xa4, Xa7,
Giống lúa Xa21, thuộc dòng hạt lai F1 (A2B2B4), mang trong mình các gen Pita, Pikp, Xa4, Xa7 và Xa21 Qua quá trình lai trở lại với giống nền BC15, đã tạo ra thế hệ BC1F1 với sự hiện diện của 5 gen này Tiếp tục thực hiện lai trở lại đến các thế hệ tiếp theo.
Chọn lọc những cá thể ưu tú từ thế hệ BC2F1 để tự thụ phấn tạo ra BC2F2 Trong quá trình lai trở lại với F1 (A2B2B4) và BC1F1, sử dụng các chỉ thị PitaTaq1, Pikpdel16, MP1-MP2, P3, pTA248 để kiểm tra sự hiện diện của các gen mục tiêu Pita, Pikp, Xa4, Xa7, Xa21 Tiến hành chọn lọc các cây phù hợp.
BC2F1 chứa các gen Pita, Pikp, Xa4, Xa7, Xa21 với kiểu hình ưu việt, tương đương giống nền BC15, nhằm phát triển quần thể BC2F2 Sơ đồ thí nghiệm lai tạo được thể hiện trong hình 2.1.
Hình 2.1 Sơ đồ lai hồi giao tích hợp gen Pikp, Pita, Xa4, Xa7, Xa21 vào giống nền BC15
BC 1 F 1 ( Pikp+Pita+Xa4+Xa7
F 2 mang đa gen
Phương pháp xử lý số liệu
- Các số liệu đo, đếm, mô tả đặc điểm hình thái được xử lí theo phương pháp thống kê trên nền Excel verison 5.0;