nghiên cứu ứng dụng một số dòng lúa mang gen lùn daikoku, gen tương hợp rộng và gen kháng bệnh bạc lá xa7, xa21 trong chọn tạo giống lúa lai hai dòng

luận văn thạc sĩ, tiến sĩ, cao học, luận văn

1

BỘ GIÁO DỤC VÀ ðÀO TẠO

TRƯỜNG ðẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

VŨ HỒNG QUẢNG

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG MỘT SỐ DÒNG LÚA MANG GEN LÙN DAIKOKU, GEN TƯƠNG HỢP

RỘNG VÀ GEN KHÁNG BỆNH BẠC LÁ Xa7, Xa21

TRONG CHỌN TẠO GIỐNG LÚA LAI HAI DÒNG

Chuyên ngành : Di truyền và Chọn giống cây trồng

Mã số : 62 62 05 01

LUẬN ÁN TIẾN SĨ NÔNG NGHIỆP

Người hướng dẫn khoa học:

PGS.TS NGUYỄN VĂN HOAN

HÀ NỘI – 2011

LỜI CAM ðOAN

Luận án tiến sĩ nông nghiệp: “Nghiên cứu ứng dụng một số dòng lúa mang gen lùn Daikoku, gen tương hợp rộng và gen kháng bệnh bạc lá Xa21, Xa7 trong chọn tạo giống lúa lai hai dòng”, chuyên ngành Di truyền và Chọn

giống cây trồng mã số 62.62.05.01 là công trình nghiên cứu của riêng tôi Luận án ñã sử dụng một số thông tin từ nhiều nguồn dữ liệu khác nhau, các thông tin trích dẫn trong luận án ñều ñược chỉ rõ nguồn gốc

Tôi xin cam ñoan các số liệu, kết quả nêu trong luận án là trung thực và chưa sử dụng ñể bảo vệ một học vị nào cũng như chưa từng ñược ai công bố trong bất kỳ một công trình nghiên cứu nào

Hà Nội, ngày tháng năm 2011

Tác giả luận án

Vũ Hồng Quảng

LỜI CẢM ƠN

Công trình nghiên cứu: ỘNghiên cứu ứng dụng một số dòng lúa mang gen lùn Daikoku, gen tương hợp rộng và gen kháng bệnh bạc lá Xa7, Xa21 trong chọn tạo giống lúa lai hai dòngỢ ựã ựược thực hiện từ năm 2006 ựến

2010 Trước hết tôi xin chân thành cảm ơn các cơ quan nghiên cứu, các cán

bộ khoa học, các Trung tâm giống cây trồng, Trung tâm KKNSP cây trồng và Phân bón Quốc gia, các huyện, các hộ nông dân tại các ựịa phương ựã tận tình giúp ựỡ tôi trong suốt quá trình thực hiện ựề tài

Tôi xin trân trọng cảm ơn các thầy, cô giáo trong Ban Giám hiệu nhà trường; Viện đào tạo Sau ựại học, Khoa Nông học, Bộ môn Di truyền và Chọn giống cây trồng, Khoa công nghệ sinh học, Trường đại học Nông nghiệp Hà Nội; Tôi xin trân trọng cảm ơn Ban Lãnh ựạo Viện Nghiên cứu lúa, cán bộ, công nhân viên của Viện ựã giúp ựỡ tận tình, tạo ựiều kiện về vật chất và thời gian ựể tôi hoàn thành luận án

Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy hướng dẫn PGS.TS Nguyễn Văn Hoan ựã giúp ựỡ, chỉ bảo tận tình trong suốt quá trình thực hiện ựề tài và hoàn thành bản luận án này

Nhân dịp này, tôi xin gửi tới các bạn bè, ựồng nghiệp, gia ựình, người thân trong và ngoài cơ quan lời cảm ơn chân thành nhất về sự giúp ựỡ vô tư

và những lời ựộng viên khắch lệ nhiệt tình dành cho tôi trong suốt quá trình hoàn thành luận án

Hà Nội, ngày tháng năm 2011

Tác giả luận án

Vũ Hồng Quảng

MỤC LỤC

Lời cam ñoan i

Lời cảm ơn ii

Mục lục iii

Danh mục ký hiệu và các chữ viết tắt vii

Danh mục các bảng viii

Danh mục các hình xi

Danh mục ảnh xiii

1 MỞ ðẦU 1

1 Tính cấp thiết của ñề tài 1

2 Mục tiêu nghiên cứu 3

3 Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn của ñề tài 3

3.1 Ý nghĩa khoa học của ñề tài 3

3.2 Ý nghĩa thực tiễn của ñề tài 4

4 Giới hạn và ñối tượng nghiên cứu của ñề tài 5

4.1 Giới hạn nội dung nghiên cứu của ñề tài 5

4.2 ðối tượng nghiên cứu 6

4.3 ðịa ñiểm và thời gian nghiên cứu 6

Chương 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 8

1.1 Tình hình nghiên cứu về gen tương hợp rộng, bệnh bạc lá và kiểu hình thấp cây 8

1.1.1 Tình hình nghiên cứu và ứng dụng về gen tương hợp rộng 8

1.1.2 Tình hình nghiên cứu và ứng dụng gen kháng bệnh bạc lá trên cây lúa 9

1.1.3 Tình hình nghiên cứu và ứng dụng loại hình lúa thấp cây 10

1.2 ðặc ñiểm hình thái của các giống lúa mang gen tương hợp rộng, kháng bệnh bạc lá và giống lúa thấp cây 12

1.2.1 ðặc ñiểm của gen tương hợp rộng và sử dụng gen tương hợp rộng trong lai xa 12

1.2.2 đặc ựiểm của các dòng lúa ựẳng gen, nhóm nòi và ựộc tố của

vi khuẩn Xanthomonas oryzae 13

1.2.3 đặc ựiểm hình thái của kiểu hình thấp cây 20

1.3 Cơ chế di truyền của gen tương hợp rộng, cơ chế tắnh kháng, nhiễm bệnh bạc lá và kiểu hình thấp cây 24

1.3.1 Cơ chế di truyền của gen tương hợp rộng 24

1.3.2 Cơ chế di truyền tắnh kháng bệnh bạc lá 26

1.3.3 Cơ chế di truyền của kiểu hình thấp cây 29

1.4 Thành tựu ứng dụng gen tương hợp rộng, gen kháng bệnh bạc lá và kiểu hình thấp cây trong chọn tạo giống lúa 32

1.4.1 Các thành tựu ứng dụng của gen tương hợp rộng 32

1.4.2 Các thành tựu ứng dụng gen kháng bệnh bạc lá 36

1.4.3 Thành tựu ứng dụng của các kiểu hình thấp cây trong tạo giống lúa có tiềm năng năng suất cao 39

1.5 Nhận xét chung 41

Chương 2 VẬT LIỆU, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 42

2.1 Nội dung 1: Tạo dòng TGMS mới mang gen tương hợp rộng 42

2.1.1 đánh giá ựặc ựiểm của con lai F1 khi lai xa giữa các loài phụ Indica và Japonica 42

2.1.2 Chọn tạo dòng TGMS mới mang gen tương hợp rộng 42

2.1.3 đánh giá sự có mặt của gen tương hợp rộng(WCG) trong dòng mẹ TGWCG530s bằng chỉ thị phân tử 42

2.1.4 Vật liệu nghiên cứu cho nội dung một Tạo dòng TGMS mới mang gen tương hợp rộng 43

2.1.5 Phương pháp nghiên cứu 43

2.1.6 Chỉ tiêu và phương pháp theo dõi, ựánh giá 44

2.2 Nội dung 2: Chuyển gen kháng bệnh bạc lá vào các dòng bố ưu tú 45

2.2.1 đánh giá ựặc ựiểm của con lai F1 khi lai dòng bố mẹ không mang gen kháng bệnh bạc lá 45

2.2.2 Chuyển gen kháng bệnh bạc lá bằng phương pháp lai lại(Bakcross) 45

2.2.3 Kiểm tra gen kháng bệnh bạc lá Xa7, Xa21 bằng chỉ thị phân tử 46

2.2.4 Sử dụng dòng bố R75 kháng bệnh bạc lá ñể tạo ra tổ hợp lúa lai mới Việt Lai 75 46

2.2.5.Vật liệu nghiên cứu cho nội dung chuyển gen kháng bệnh bạc lá vào các dòng bố ưu tú 46

2.2.6 Phương pháp nghiên cứu 47

2.2.7 Chỉ tiêu và phương pháp theo dõi, ñánh giá 48

2.3 Nội dung 3: Sử dụng kiểu hình làm ngắn ñốt thân và làm ngắn ñốt bông từ giống Daikoku Dwarf 49

2.3.1 ðặc ñiểm hình thái làm ngắn lóng, dày thân của giống Daikoku Dwarf .49

2.3.2 Nghiên cứu sự phân ly tính trạng mục tiêu ở quần thể F2 của các cặp lai có sự tham gia của giống Daikoku Dwarf 49

2.3.3 ðặc ñiểm nông sinh học của dòng R50- kiểu cây mới ñược tạo ra sử dụng các tính trạng kiểu cây của Daikoku Dwarf 49

2.3.4 Sử dụng dòng R50 trong chọn giống lúa lai hai dòng 50

2.3.5 Vật liệu nghiên cứu cho nội dung 3 50

2.3.6 Phương pháp nghiên cứu 50

2.3.7.Chỉ tiêu và phương pháp theo dõi, ñánh giá 51

2.4 Nội dung 4: Khảo nghiệm giống lúa lai hai dòng triển vọng Việt Lai 50 và Việt Lai 75 54

2.4.1 Vật liệu 54

2.4.2 Nội dung 54

2.4.3 Phương pháp khảo nghiệm 55

2.4.4.Các chỉ tiêu và phương pháp theo dõi, ñánh giá 56

2.4.5 Phương pháp xử lý số liệu 56

Chương 3 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 57

3.1 Tạo dòng TGMS mới mang gen tương hợp rộng 57

3.1.1 đặc ựiểm của con lai F1 khi lai xa giữa loài phụ Indica và Japonica 57

3.1.2 Chọn tạo dòng TGMS mới mang gen tương hợp rộng 59

3.1.3 đánh giá sự có mặt của gen tương hợp rộng (WCG) trong dòng mẹ TGWCG 530S bằng chỉ thị phân tử 66

3.2 Chuyển gen kháng bệnh bạc lá vào các dòng bố ưu tú 71

3.2.1 Chuyển gen kháng bệnh bạc lá bằng phương pháp lai lại (phương pháp Bakcross) 71

3.2.2 Kiểm tra gen kháng bệnh bạc lá bằng chỉ thị phân tử 77

3.2.3 đặc ựiểm nông sinh học và tắnh kháng bệnh bạc lá của tổ hợp lúa lai mới Việt Lai 75(TGMS 135s/R75) 84

3.3 Sử dụng kiểu hình làm ngắn ựốt thân và làm ngắn ựốt bông từ giống Daikoku Dwarf ựể tạo vật liệu mới 87

3.3.1 đặc ựiểm hình thái làm ngắn lóng, dày thân của giống Daikoku Dwarf 87

3.3.2 Nghiên cứu sự phân ly một số tắnh trạng chắnh ở quần thể F2 trong các cặp lai có sự tham gia của giống Daikoku Dwarf 93

3.3.3 đặc ựiểm nông sinh học của dòng R50- kiểu cây mới ựược tạo ra sử dụng các tắnh trạng kiểu cây của Daikoku Dwarf 100

3.3.4 Sử dụng dòng R50 trong chọn tạo giống lúa lai hai dòng 114

3.4 Khảo nghiệm giống lúa lai hai dòng triển vọng Việt Lai 75, Việt Lai 50 117

3.4.2 Khảo nghiệm giống lúa lai hai dòng Việt Lai 50 124

Chương 4 KẾT LUẬN VÀ đỀ NGHỊ 132

Kết luận 132

Kiến nghị 133

CÁC CÔNG TRÌNH đà CÔNG BỐ LIÊN QUAN đẾN LUẬN ÁN 134

DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CÁC CHỮ VIẾT TẮT

1 TGMS Thermo-genic male sterile (Bất dục ñực di truyền nhân

phản ứng với nhiệt ñộ)

2 PGMS Photoperiod-genic male sterile (Bất dục ñực di truyền

nhân phản ứng với ánh sáng)

3 CMS Cytoplasma male sterile (Bất dục ñực di truyền tế bào chất)

4 WCG Wide compatibility genic(Gen tương hợp rộng)

5 TGWCG Thermo-genic wide compatibility genic

7 BB Bacterial Blight (Bạc lá)

8 NIL Near Isogenic lines (Các dòng ñẳng gen)

9 DGWG Dee-Geo-Woo-Gen (ðề cước ô tiêm)

10 NSLT Năng suất lý thuyết

11 NSTT Năng suất thực thu

12 NSSVH Năng suất sinh vật học

21 HAU Isolate Ha Noi Agriculture University -Isolate

22 JICA Japan International Cooperation Acency

DANH MỤC BẢNG STT Tên bảng Trang

Bảng 1.1: Các nhóm phản ứng với bệnh bạc lá ở giống lúa Nhật Bản 16 Bảng 3.1: Tỷ lệ hạt phấn hữu dục và tỷ lệ hạt chắc/bông của con lai

giữa dòng mẹ 135s, Pei Ải 64s có mang gen WCG với một số giống Indica và Japonica 57Bảng 3.2: Một số tổ hợp ựiển hình có tỷ lệ hạt phấn hữu dục và hạt

chắc cao (xuân 2008) 61 Bảng 3.3: đánh giá dòng mẹ có khả năng mang gen tương hợp rộng

(WGC) thông qua các tổ hợp lai sau 63 Bảng 3.4 : Một số dòng mẹ có khả năng mang gen tương hợp rộng cho

con lai F1 có tỷ lệ hạt chắc cao, vụ mùa 2008 64 Bảng 3.5: Một số ựặc ựiểm nông sinh học của dòng mẹ TGWCG 530s,

mùa 2008 66 Bảng 3.6 : đặc ựiểm nông sinh học của dòng mẹ TGMS 530s và dòng

mẹ mới TGWCG111s 70 Bảng 3.7: Tỷ lệ kháng bệnh bạc lá của ba dòng bố 9311, D42, R308 của

thế hệ lai BC1F1, vụ xuân 2006 72 Bảng 3.8: Tỷ lệ kháng bệnh bạc lá của dòng bố 9311, D42, R308 ở thế

hệ lai BC2F1, vụ mùa 2006 74 Bảng 3.9 : Tỷ lệ kháng bệnh bạc lá của ba dòng bố ở thế hệ lai BC3F1

vụ mùa 2007 75 Bảng 3.10: Kết quả kiểm tra gen kháng bệnh bạc lá dòng bố R75 78 Bảng 3.11: Tắnh kháng bệnh bạc lá của các dòng bố và con lai F1, vụ

mùa 2008 82Bảng 3.12: đặc ựiểm của các tổ hợp lúa lai kháng bệnh bạc lá 83 Bảng 3.13: Phản ứng của tổ hợp Việt Lai 75 với các chủng vi khuẩn bạc

lá chắnh ở miền Bắc Việt Nam, vụ xuân 2009 84

Bảng 3.14: ðặc ñiểm nông sinh học của tổ hợp lai Việt Lai 75 vụ mùa

2009 86Bảng 3.15: Chiều dài các lóng trên thân chính của ba giống CR203, Q5

và Daikoku Dwarf vụ mùa năm 2006 87

`Bảng 3.16: Tỷ lệ phân bố chiều dài các lóng trên thân của ba giống

CR203, Q5 và Daikoku Dwarf vụ mùa năm 2006 89 Bảng 3.17 : ðộ dày vách thân của giống Daikuko Dwarf so với hai giống

CR203, Q5 90 Bảng 3.18: ðặc ñiểm về cấu trúc kiểu bông của Daikoku Dwarf so với

giống Q5, CR203 và dòng số 9, vụ xuân năm 2007 91 Bảng 3.19 : Sự phân ly tính trạng chiều cao cây của các tổ hợp lai vụ

mùa năm 2006 93 Bảng 3.20 : Sự phân ly tính trạng số gié cấp 1 của các tổ hợp lai vụ mùa

năm 2006 95 Bảng 3.21 : Sự phân ly tính trạng số hạt trên bông của các tổ hợp lai vụ

mùa năm 2006 97 Bảng 3.22: Sự phân ly tính trạng bông hữu hiệu/khóm ở F2 của các tổ

hợp lai vụ mùa năm 2006 99 Bảng 3.23: Chiều dài của các lóng trên thân của dòng R50 so với giống

CR203 và Q5 vụ xuân năm 2007 102 Bảng 3.24: ðộ dày vách thân của dòng R50 so với giống CR203 và Q5 103 Bảng 3.25 : ðặc ñiểm cấu trúc bông của các giống CR203, Q5 và dòng

R50 vụ xuân năm 2007 110 Bảng 3.26: So sánh sự khác nhau về mật ñộ hạt của dòng R50 với giống

CR203 và Q5 111 Bảng 3.27: ðặc ñiểm nông sinh học chính của các dòng, giống lúa vụ

mùa, năm 2007 112 Bảng 3.28: Một số yếu tố liên quan ñến năng suất của các tổ hợp lai F1

với mẹ là dòng TGMS135s 114

Bảng 3.29: Ưu thế lai ở một số tắnh trạng của các tổ hợp lai tham gia thắ

nghiệm vụ xuân, năm 2008 116 Bảng 3.30: đặc ựiểm nông sinh học của tổ hợp lai mới Việt Lai 50 117 Bảng 3.31: đặc ựiểm nông sinh học của Việt Lai 75 tại các ựiểm khảo

nghiệm tác giả vụ đông xuân 2010-2011 và vụ xuân năm

2011 118 Bảng 3.32: Ảnh hưởng của thời vụ và lượng ựạm bón ựến thời gian qua

các giai ựoạn và tổng thời gian sinh trưởng của giống lúa Việt Lai 75 119 Bảng 3.33: Ảnh hưởng của thời vụ ựến các yếu tố cấu thành năng suất 120 Bảng 3.34: Ảnh hưởng của thời vụ và lượng ựạm bón ựến các yếu tố cấu

thành năng suất 121 Bảng 3.35: Ảnh hưởng của thời vụ ựến năng suất và hệ số kinh tế 122 Bảng 3.36: Ảnh hưởng của thời vụ và lượng ựạm bón ựến năng suất và

hệ số kinh tế 123 Bảng 3.37: Ảnh hưởng của thời vụ gieo ựến các yếu tố cấu thành năng

suất của giống Việt Lai 50 trong vụ xuân 2010 tại Khoa Nông học 124 Bảng 3.38 : Ảnh hưởng của thời vụ gieo ựến năng suất của Việt Lai 50

trong vụ xuân 2010 tại Khoa Nông học 125 Bảng 3.39: Ảnh hưởng của mật ựộ cấy và phương pháp cấy ựến các yếu

tố cấu thành năng suất và năng suất (vụ mùa 2009) 126 Bảng 3.40: Ảnh hưởng của thời vụ và lượng ựạm bón ựến các yếu tố cấu

thành năng suất xuân năm 2010 127 Bảng 3.41 Diện tắch, năng suất của giống Việt Lai 50 tại một số ựịa

phương 128Bảng 3.42: Năng suất thực thu của các giống lúa lai 2 dòng trong vụ

xuân2009 130

DANH MỤC HÌNH

Hình 1: Kết quả kiểm tra gen tương hợp rộng sử dụng cặp mồi RM 276

1.Lad, 2.KN, 3.TGMS135s, 4- 16: F2- 25 F2- 37 67

Hình 2: Kết quả kiểm tra gen tương hợp rộng sử dụng cặp mồi RM 276 1.KN, 2.TGMS135s, 3- 16: F2- 78→F2- 91 67

Hình 3: Kết quả kiểm tra gen tương hợp rộng, Mồi RM276 67

Hình 4: Kết quả kiểm tra gen tương hợp rộng, 68

Hình 5: Bản ñiện di ñối chứng IR36 và IR64 từ Gramene 68

Hình 6: Kết quả kiểm tra gen Xa7 sử dụng cặp mồi RM5509 79

Hình 7: Kết quả kiểm tra gen Xa21 sử dụng cặp mồi p TA 248 80

Hình 8: Kết quả kiểm tra gen Xa 21 sử dụng cặp mồi p TA 248 81

Hình 9: Tính kháng bệnh của con lai F1 Việt lai 75 85

Hình 10: Chiều dài của các lóng/thân (cm) 88

Hình 11: Tỷ lệ phân bố tỷ lệ chiều dài các lóng trên thân của các giống 89

Hình 12: ðặc ñiểm bông lúa của giống Daikoku Dwarf 92

Hình 13: ðặc ñiểm chiều dài lóng của R50 so với hai giống CR203 và Q5 101 Hình 14: Cấu trúc bông lúa thông thường (Takeoka original) 105

Hình 15: Cấu trúc kiểu bông lúa giống CR203 ñại diện cho kiểu hình thấp cây, sử dụng gen lùn Dee-Geo-Woo-Gen (ðề Cước Ô Tiêm) 106

Hình 16: Cấu trúc kiểu bông của giống lúa Q5 ñại diện cho kiểu hình thấp cây sử dụng gen lùn Ải Cước Tử 107

Hình 17: Cấu trúc kiểu bông của dòng R50 sử dụng gen lùn từ giống Daikoku Dwarf 108

Hình 18: Bông lúa tổ hợp Việt Lai 50 thấy rõ sự di truyền cấu trúc bông nghiên về dòng bố R50 115

DANH MỤC ẢNH

Ảnh 1: ðặc ñiểm bông lúa của giống Daikoku Dwarf 92 Ảnh 2: Cấu trúc bông lúa thông thường (Takeoka original) 105 Ảnh 3: Cấu trúc kiểu bông lúa giống CR203 ñại diện cho kiểu hình thấp cây

sử dụng gen lùn Degeo-Woo-gen (ðề cước ô tiêm) 106 Ảnh 4: Cấu trúc kiểu bông của giống lúa Q5 ñại diện cho kiểu hình thấp cây

sử dụng gen lùn Ải Cước Tử 107 Ảnh 5: Cấu trúc kiểu bông của dòng R50 sử dụng gen lùn từ giống Daikoku

Dwarf 108 Ảnh 6: Bông lúa tổ hợp Việt Lai 50 thấy rõ sự di truyền cấu trúc bông nghiên

về dòng bố R50 115

1 MỞ ðẦU

1 Tính cấp thiết của ñề tài

Các nhà khoa học của Viện nghiên cứu lúa Quốc tế (IRRI) và nhiều nước trên thế giới ñã sử dụng thành công gen lùn ðề Cước Ô Tiêm (Dee-Geo-Woo-Gen (DGWG) ñể tạo ra cuộc cách mạng xanh lần thứ hai, kiểu hình Ải Cước

Tử (ñiển hình là giống Q5) ñã tạo ra các giống lúa thấp cây ở Trung Quốc

Các nhà nghiên cứu Trung Quốc và Nhật Bản ñang phân lập các dòng thấp cây thuộc loại hình Daikoku Dwarf ñể xây dựng một chương trình khai thác nguồn gen thấp cây nhằm tăng năng suất của các giống lúa Ở Việt Nam các nhà chọn tạo giống cũng ñang ứng dụng và khai thác hai nguồn gen ðề Cước Ô Tiêm và Ải Cước Tử trong các chương trình chọn tạo giống ðể khai thác hiệu quả hơn bộ gen cây lúa cần xác ñịnh một kiểu hình thấp cây mới, tiềm năng năng suất cao nhằm ñáp ứng yêu cầu lương thực do dân số tăng nhanh, thiên tai khắc nghiệt và biến ñổi khí hậu ñang diễn ra theo chiều hướng bất thuận Sử dụng các tính trạng từ kiểu hình Daikoku Dwarf làm ngắn ñốt bông, tăng số lượng gié cấp 1, số lượng hạt trên gié, tăng số hạt trên bông, tạo ra kiểu bông lúa mới trong khi vẫn có ñủ nguồn là một hướng

ñi cần ñược kiểm chứng và ứng dụng trong chọn tạo giống

Con lai F1 của phép lai bố, mẹ trong cùng một loài phụ sẽ rất khó khăn tạo

ra ñược tiềm năng năng suất cao do không có sự khác biệt lớn về khoảng cách

di truyền giữa bố và mẹ ðịnh hướng của các nhà chọn tạo giống lúa lai là tạo

ưu thế lai cao từ phép lai xa giữa hai loài phụ Indica và Japonica là cần thiết Tuy nhiên, một vấn ñề khó khăn trong phép lai giữa hai loài phụ là hiện tượng bán bất dục của con lai F1 Ứng dụng hiệu quả ưu thế lai của hai loài phụ

trong loài O.sativa L cần có một số gen dung hoà giữa hai bộ gen của hai loài

phụ ñó là gen tương hợp rộng (WCG - Wide Compability Gene) Gen này có

trong dòng mẹ hoặc dòng bố ñể khắc phục ñược hiện tượng bán bất dục ở con lai F1 Yuan Longping and Feng Jiming (2005)[107], Virmani et al (2003)[91] cho rằng, trong tương lai gần khi khai thác bộ gen của hai loài phụ Indica và Japonica có thể tăng ñược ưu thế lai lên 35- 40 % Cho ñến nay, ở Việt Nam chưa có dòng mẹ TGMS nào mang gen tương hợp rộng ñược chọn tạo trong nước Như vậy, việc sử dụng các dòng bố thuộc loài phụ Japonica hoặc các dòng bố thuộc kiểu hình Japonica cải tiến ñể tăng năng suất của con lai F1 vẫn chưa thể thực hiện ñược

Trong thực tế hiện nay các giống lúa thuần, lúa lai ñã ñạt năng suất khá cao nhưng nhiều khi bị bệnh bạc lá gây hại, ñặc biệt khi gieo cấy trong vụ mùa Vụ mùa 2003 chỉ riêng bệnh bạc lá hoành hành ñã gây ra thiệt hại rất lớn cho bà con nông dân khi gieo cấy các giống lúa thuần và ñặc bịêt là các tổ hợp lúa lai nhập từ Trung Quốc Chuyển gen kháng bệnh bạc lá vào dòng mẹ TGMS thì thời gian chuyển gen dài, duy trì cả ñặc ñiểm bất dục ổn ñịnh và cả tính kháng bệnh là rất khó khăn và mất nhiều công sức Vì vậy, ñịnh hướng lai chuyển gen kháng bệnh bạc lá vào các dòng bố tốt ñể tạo ra các tổ hợp lai

có ưu thế lai cao, kháng bệnh bạc lá của con lai F1 là một yêu cầu cần thiết ñể chọn tạo ra các tổ hợp, giống lúa lai hai dòng kháng bệnh bạc lá

Kết quả của các chương trình hợp tác trong nước và quốc tế ñã có nhiều nguồn gen song sử dụng gen gì, ñịnh hướng chuyển gen ra sao vào dòng bố, mẹ ñể tạo ra con lai F1 có tính thích ứng rộng, hạn chế tối ña dịch hại, cho ưu thế lai cao là một ñòi hỏi cấp bách Ở Việt Nam cả ba vấn ñề trên vẫn còn bỏ ngỏ Xuất phát từ thực tiễn ñó, chúng tôi tiến hành ñề tài:

“Nghiên cứu ứng dụng một số dòng lúa mang gen lùn Daikoku, gen tương hợp rộng và gen kháng bạc lá Xa7, Xa21 trong chọn tạo giống lúa lai hai dòng”

2 Mục tiêu nghiên cứu

1, Chọn tạo ñược dòng TGMS mới mang gen tương hợp rộng ñể khai thác ưu thế lai giữa hai loài phụ Indica và Japonica

2, Chuyển gen trội kháng bệnh bạc lá Xa7, Xa21 vào ba dòng bố: 9311,

D42, R308 ưu tú nhằm tạo ñược nguồn vật liệu cho chọn tạo các tổ hợp lúa lai hai dòng kháng bệnh bạc lá, thời gian sinh trưởng ngắn và có tiềm năng năng suất cao

3, Sử dụng nhóm gen kiểm soát chiều dài ñốt thân, chiều dài ñốt bông của giống Daikoku Dwarf trong chọn tạo dòng lúa có kiểu hình cây cải tiến làm cơ

sở cho chọn tạo các giống lúa lai hai dòng có tiềm năng năng suất cao

3 Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn của ñề tài

3.1 Ý nghĩa khoa học của ñề tài

Thực hiện phép lai xa giữa hai loài phụ Indica/Japonica ñể tạo con lai F1

có ưu thế lai cao Tuy nhiên con lai xa F1 có hiện tượng bán bất dục nên cần

sử dụng một gen dung hòa giữa hai bộ gen ñó là gen tương hợp rộng Vì vậy,

chọn dòng mẹ TGMS mang gen tương hợp rộng có ý nghĩa thiết thực trong

khai thác ƯTL giữa các loài phụ tạo ra các tổ hợp lai cho ƯTL cao

Trong khai thác ưu thế lai cao của hai loài phụ indica/japonica cần một gen dung hòa ñó là gen tương hợp rộng Dòng TGMS mang gen tương hợp rộng là ñiều kiện ñể có thể thực hiện phép lai xa với dòng bố Japonica cải tiến cho ưu thế lai cao hơn

Chuyển gen kháng bệnh bạc lá vào các dòng bố ñể khi lai với các dòng

mẹ TGMS nhiễm bệnh sẽ tạo nên con lai F1 có tính kháng bệnh bạc lá cao

Các gen kháng ñược chuyển vào dòng bố là Xa7, Xa21, hai gen kháng trội

có khả năng kháng ñược nhiều chủng vi khuẩn Xanthomonas sp trên một

vùng rộng lớn từ tỉnh Nghệ An ñến Lào Cai

Hiện nay, quỹ ñất gieo trồng cây lương thực ngày một giảm, các tỉnh ñồng bằng, trung du Bắc Bộ, các tỉnh Trung Bộ ñang phát ñộng trồng thêm cây vụ ñông, các vụ rau sớm ñể tăng cường khai thác quỹ ñất và tăng hiệu quả kinh tế trên một ñơn vị diện tích gieo trồng Vì vậy các giống lúa ngắn ngày ñược sử dụng rộng rãi, phổ biến trong vụ mùa ở ðồng Bằng Bắc Bộ và vụ hè thu vùng Bắc Trung bộ là một thực tiễn khách quan cho nên khi gieo các giống lúa ngắn ngày sẽ gặp một số khó khăn cần ñược khắc phục như: Giống không chịu ñược nóng, thời tiết vụ mùa thường hay có giông bão, thất thường dẫn ñến nhiễm bệnh bạc lá nặng Thực trạng sản xuất trên ñã cho thấy giống

lúa lai (lúa thuần) năng suất cao, ngắn ngày kháng ñược bệnh bạc có một ý

nghĩa lớn trong sản xuất Do ñó, giống lúa lai hai dòng có mang một trong hai

gen kháng bệnh bạc lá Xa7, Xa21 này sẽ giảm thiểu sự gây hại bệnh bạc lá khi

gieo cấy trong vụ mùa sớm và hè thu

Sử dụng kiểu hình thấp cây ñể tạo giống năng suất cao, thâm canh là một ñịnh hướng ñúng của các nhà khoa học Các nhà khoa học ñã ứng dụng

thành công kiểu hình cây thấp là Dee-Woo-Geo-Gen và giống có kiểu hình cây thấp mang gen lùn Ải Cước Tử

Trong chọn tạo giống lúa cây thấp các tính trạng cho năng suất cao, chống ñổ tốt và chịu thâm canh luôn ñược các nhà khoa học xác ñịnh ñể lai tạo thành con lai F1 và chọn tạo ra các giống lúa thuần, lúa lai mới Sử dụng vật liệu kiểu cây thấp Daikoku Dwarf sẽ có khả năng ứng dụng cao trong việc tạo thành các dòng lúa có kiểu hình cây thấp mới có tiềm năng năng suất cao

3.2 Ý nghĩa thực tiễn của ñề tài

- Chuyển gen tương hợp rộng vào dòng mẹ TGMS ñể khai thác ưu thế lai giữa hai loài phụ Indica và Japonica Kết quả lai chuyển gen tương hợp rộng vào dòng mẹ TGMS ñã tạo ñược hai dòng mẹ TGMS mới mang gen

tương hợp rộng Hai dòng mẹ này là cơ sở cho việc khai thác ưu thế lai ra ngoài loài phụ Indica

- Chuyển gen kháng bệnh bạc lá vào dòng phục hồi ựã tạo ựược 2 dòng

bố mới là R75 và R308BB làm vật liệu cho chọn tạo các tổ hợp lúa lai hai dòng kháng bệnh bạc lá

- Nghiên cứu, ứng dụng ựặc ựiểm kiểu hình của giống Daikoku Dwarf như: Làm ngắn ựốt bông, ngắn ựốt thân, cấu trúc thân vững, cấu trúc kiểu bông với mật ựộ hạt cao ựã tạo ra dòng R mới mang tên R50 Dòng R50 có kiểu cây cải tiến có khả năng phối hợp tốt góp phần tạo ra các tổ hợp lai mới với tiềm năng cao hơn

- đã chọn tạo ựược 2 giống lúa lai mới;

+ Giống Việt Lai 50 có thời gian sinh trưởng ngắn, năng suất cao, ựã ựược công Bộ Nông nghiệp và PTNT công nhận cho sản xuất thử năm 2010

+ Giống lúa lai hai dòng, ngắn ngày có tiềm năng năng suất cao, kháng ựược bệnh bạc lá Việt Lai 75, ựang trong thời gian khảo nghiệm

Cả hai tổ hợp Việt Lai 50 và Việt Lai 75 ựang ựược ứng dụng và mở rộng diện tắch gieo cấy từ Trung du miền núi phắa Bắc ựến Bắc Trung

4 Giới hạn và ựối tượng nghiên cứu của ựề tài

4.1 Giới hạn nội dung nghiên cứu của ựề tài

đề tài tập trung nghiên cứu vào 4 nội dung chủ yếu:

1, Khai thác ưu thế lai cao trong các loài phụ ựể tạo ra con lai F1 có ưu thế lai cao và tăng cường nhiều tắnh trạng tốt của các dòng bố mẹ ở con lai F1

2, Khi gieo cấy các giống lúa lai trong vụ mùa thường hay bị bệnh bạc

lá do ựó lai chuyển gen kháng bệnh bạc lá vào các dòng bố tốt có ý nghĩa lớn

làm hạn chế bệnh bạc lá gây hại ở con lai F1

3, Ứng dụng nhóm kiểu gen từ giống lúa Daikuko Dwarf làm ngắn ựốt thân và làm ngắn ựốt bông ựể tạo ra các dòng lúa có kiểu cây mới có tiềm năng năng suất cao, chống ựổ tốt, chịu thâm canh và cho ưu thế lai cao

4 Khảo nghiệm các tổ hợp lúa lai hai dòng có triển vọng trong màng lưới khảo kiểm nghiệm quốc gia và khảo nghiệm của tác giả

4.2 đối tượng nghiên cứu

+ đối tượng nghiên cứu gồm:

- Các dòng lúa bất dục ựực di truyền nhân mẫn cảm với nhiệt ựộ môi trường (TGMS)

- Các dòng bố cho phấn mới, có tắnh kháng bệnh ựể phát triển các tổ hợp lúa lai hai dòng

4.3 địa ựiểm và thời gian nghiên cứu

- địa ựiểm nghiên cứu

Tại Khu nghiên cứu lúa của khoa Nông học và Viện Nghiên cứu Trường đại học Nông nghiệp Hà Nội

lúa Khoa Công nghệ sinh họclúa Trường đại học Nông nghiệp Hà Nội

- Trại Rau quả Bắc Hà Ờ Lào Cai

- Tháng 1 năm 2006 ựến tháng 10 năm 2010

5 Những ựóng góp mới của ựề tài

5.1 đóng góp về lý luận

- Kết quả tạo ra dòng mẹ TGMS mang gen tương hợp rộng ựã cho thấy

ưu thế lai cao của con lai F1 giữa hai loài phụ Indica/Japonica có tiềm năng năng suất cao hơn so với ưu thế lai trong cùng một loài phụ

- Khi tạo giống lúa lai hai, ba dòng kháng bệnh bạc lá cần sử dụng 2

gen kháng trội ựể chuyển vào dòng bố hoặc mẹ là Xa7, Xa21, sẽ tạo ra con lai

F1 kháng bệnh bạc lá

- Sử dụng kiểu hình làm ngắn ựốt bông, ựốt thân từ giống Daikoku ựã tạo ra một dạng hình kiểu thấp cây mới, có tiềm năng năng suất cao, làm

nguồn vật liệu ựể lai tạo ra những giống lúa lai hai dòng mới, lúa thuần có tiềm năng suất cao

5.2 Những ựóng góp thực tiễn

- Ứng dụng gen tương hợp rộng chuyển vào dòng mẹ TGMS ựể khai thác ưu thế lai giữa hai loài phụ Indica và Japonica Kết quả lai chuyển gen ựã tạo ựược hai dòng mẹ TGMS mới mang gen tương hợp rộng là TGWCG530s

và TGWCG111s Hai dòng mẹ này là cơ sở cho việc khai thác ưu thế lai ra ngoài các loài phụ

- Chuyển gen kháng bệnh bạc lá vào dòng phục hồi ựã tạo ựược 2 dòng

bố mới là R75 và R308BB làm cơ sở cho chọn tạo các tổ hợp lúa lai hai dòng kháng bệnh bạc lá

- Nghiên cứu, ứng dụng ựặc ựiểm kiểu hình của giống Daikoku Dwarf như: Làm ngắn ựốt bông, ngắn ựốt thân, cấu trúc thân vững, cấu trúc kiểu bông với mật ựộ hạt cao ựã tạo ra dòng R mới mang tên R50 Dòng R50 có kiểu cây cải tiến, có khả năng phối hợp tốt góp phần tạo ra các tổ hợp lai mới

có tiềm năng cao

- đã chọn tạo ựược 2 giống lúa lai mới;

+ Giống Việt Lai 50 có thời gian sinh trưởng ngắn, năng suất cao và ựã ựược công Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn công nhận giống sản xuất thử theo quyết ựịnh số 643/Qđ-TT-CLT, ngày 30/12/2010

+ Giống lúa lai hai dòng, ngắn ngày, năng năng suất cao và kháng ựược bệnh bạc lá Việt Lai 75

Chương 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU

1.1 Tình hình nghiên cứu về gen tương hợp rộng, bệnh bạc lá và kiểu hình thấp cây

1.1.1 Tình hình nghiên cứu và ứng dụng về gen tương hợp rộng

Ưu thế lai của con lai F1 trong cùng một loài phụ như Indica/Indica hoặc Japonica/Japonica sẽ rất khó mang lại ñược bước ñột phá trong khai thác ưu thế lai Do vậy, các nhà chọn giống ñã ñề xuất một hướng chọn giống mới là

lai xa giữa các loài phụ trong loài O.sativa L

Hai nhà nghiên cứu Ikehashi và Araki (1987), ñã thực hiện phép lai giữa

ba loài phụ Indica, Japonica và Javanica ðiều rất ñáng chú ý là khi lai 150 giống Nhật Bản thuộc loài phụ Japonica cho thấy: 131 giống cho con lai F1 bất dục hoàn toàn, chỉ có 19 giống cho con lai F1 hữu thụ nhưng tỉ lệ hữu dục hạt phấn biến thiên từ 25-53% và tỷ lệ ñậu hạt từ 1,7-11,5% [50] Kết quả nghiên cứu ưu thế lai quan sát ñược là 15-20% ñối với các tổ hợp lai trong cùng một loài phụ Indica/Indica, qua kết quả nghiên cứu của hai tác giả ban ñầu ñã xác ñịnh ñược hai giống có mang gen tương hợp rộng là Dular và Kenta Nangka cho con lai hữu dục và tỷ lệ hạt chắc cao (Ikehashi và Araki,1987)[50], (Ikehashi and Araki,1986)[49], (Kumar and Virnami,1992) [55]

Sự khác nhau giữa hai loài phụ Indica và Japonica do một nhân tố quan trọng về hình thái kiểu gen giữa hai loài phụ Kết quả nghiên cứu cho thấy sự khác nhau chính là các allel của loài phụ Indica trung bình là 94,4 % và Japonica là 94,1% (Li et al, 1997)[59], (Kumar and Virnami,1992) [55] Trong tương lai, ưu thế lai của con lai F1 ñược tăng cường bằng phép lai giữa hai loài phụ khác nhau sẽ tăng lên trên 40 % Thứ tự của phép lai cho ưu thế lai từ cao ñến thấp lần lượt là: Indica/Japonica > Indica/Javanica > Japonica/Javanica > Indica/Indica > Japonica/Japonica (Yuan Longping and

Feng Jiming, 2005)[107], (Yuan Longping and Fu Xi-Qin, 1995)[108], (Zhuping Yang, 1996) [113]

Con lai F1 trong cùng một loài phụ (Indica/Indica, Japonica/Japonica) ñạt tỷ lệ hạt phấn hữu dục cao và tỷ lệ hạt chắc cao, còn con lai F1 khi lai giữa hai loài phụ khác nhau (Japonica/Javanica, Indica/Japonica) có tỷ lệ hạt phấn hữu dục thấp, tỷ lệ ñậu hạt thấp, F1 thuộc dạng hình bán bất dục (Ikehashi và Araki, 1987)[50] Sự tăng năng suất của con lai F1 giữa hai loài phụ Indica/Japonica là do có số lượng hạt/bông lớn, cấu trúc kiểu bông dài như

loài phụ Javanica, tổ hợp lai xa sẽ tạo ra một nguyên lý: Cải thiện về số lượng hạt và tăng năng suất cao hơn so với con lai F1 có bố mẹ cùng một loài phụ Như vậy, vấn ñề mấu chốt là sử dụng gen tương hợp rộng ñể khắc phục sự bán bất dục của con lai xa sẽ ñạt ñược mục tiêu con lai F1 có ưu thế lai cao (Yuan Longping and Fu Xi-Qin,1995)[108], (Yuan Longping, Feng Jiming, 2005)[107]

Con lai F1 của hai loài phụ (Indica/Japonica) hy vọng ñạt ñược tiềm năng năng suất cao bằng sự thể hiện trên hai phương diện: Nguồn và sức chứa Từ

lý thuyết trên con lai F1 có thể dễ dàng ñạt năng suất cao hơn ñối chứng là 30% Trong tương lai gần sự khai thác ưu thế lai sẽ tập trung chủ yếu vào hai loài phụ Indica/Japonica ñồng thời là mục tiêu chính của chương trình chọn tạo giống lúa lai hai dòng của các nước trên thế giới (Yuan Longping, Fu Xi-Qin, 1995) [108], (Yuan Longping and Feng Jiming, 2005) [107]

Ngoài ra, ưu thế lai của con lai F1 có tiềm năng năng suất cao, nội nhũ của con lai F1 khi lai giữa Indica và Japonica cũng ñược cải thiện ñáng kể, kể

cả các thành phần của protein (Zhang et al, 2004) [110]

1.1.2 Tình hình nghiên cứu và ứng dụng gen kháng bệnh bạc lá trên cây lúa

Bệnh bạc lá lúa do vi khuẩn Xanthomonas oryzae pv Oryzae là một

trong những ñối tượng gây hại phổ biến ở Việt Nam và các nước Châu Á

Bệnh bạc lá ñược phát hiện ñầu tiên tại vùng Fukuoka- Nhật Bản vào năm

1884 – 1885 Năm 1962, các nhà khoa học ñã xác ñịnh ñược nguyên nhân gây

bệnh là do vi khuẩn X.oryzae Dowson (Smith) and (Mew-1987) Trong những

năm 1960 – 1980, bệnh bạc lá lan rộng gây hại rất nặng ở các nước sản xuất lúa Châu Á và các nước khác, như Mỹ, Mexico,…( Lê Lương Tề, Hà Viết Cường, 2003)[21], (Bùi Chí Bửu, Nguyễn Thị Lang, 2003)[4], (Anh Chuong Quoc, 2007)[26], (Gnamanickam, 2005)[40]

Hiện nay, chọn tạo giống lúa thuần, lúa lai hai dòng kháng bệnh bạc lá ñã mang lại hiệu quả và giảm tối thiểu bệnh bạc lá trong sản xuất Theo kết quả nghiên cứu giữa Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội và Chương trình JICA

ñã xác ñịnh ñược hai gen kháng trội, kháng ñược nhiều chủng bạc lá tại Việt

Nam trải dài từ tỉnh Nghệ An ñến Lào Cai là 2 gen trội Xa21, Xa7 Hai gen

này khi chuyển vào một trong hai dòng bố, mẹ sẽ tạo ra con lai F1 kháng ñược bệnh bạc lá Chọn tạo giống lúa thuần kháng bệnh bạc lá thì sử dụng gen

kháng lặn xa5 ñã ñạt ñược tính kháng bệnh ổn ñịnh ở nhiều vùng sinh thái

Kết quả nghiên cứu trên là cơ sở ñịnh hướng cho các chương trình chọn tạo giống lúa thuần và giống lúa lai hai dòng, ba dòng kháng bệnh bạc lá ở Việt Nam (Bùi Trọng Thủy và cs, 2004)[5], (Lê Lương Tề, Bùi Trọng Thủy, 2006)[20], (Yoshimura et al, 2004)[103], (Phan Hữu Tôn, Bùi Trọng Thủy, 2003)[23], (Lã Vinh Hoa, 2010)[8], (Nguyễn Văn Hoan, Vũ Hồng Quảng, 2010)[15]

1.1.3 Tình hình nghiên cứu và ứng dụng loại hình lúa thấp cây

Cây lúa (Oryza sativa L.) là nguồn lương thực quan trọng nhất của loài

người, cung cấp lương thực chính cho trên 50% dân số thế giới ðặc biệt ở các nước Châu Á cây lúa là nguồn cung cấp lương thực chính trong ñời sống của người dân Theo các chương trình phát triển nhằm tăng năng suất lúa thì sản lượng trên thế giới cần tăng từ 480 triệu tấn lên 810 triệu tấn ñể ñáp

ứngcái ăn cho 9,0 tỷ người vào năm 2025 Trong khi sản xuất lương thực phụ thuộc vào các nhân tố: Nhiệt ựộ, mưa, gió, khắ hậu khắc nghiệt của môi trường, dịch bệnh, sâu bệnh và ựiều kiện ựặc thù của các vùng gieo trồng cây lúa thì việc tăng năng suất lúa luôn là nhiệm vụ cấp bách ựược ựặt ra (Ashikari,1999),[28]

Năm 1949, giống lúa thấp cây Indica Dee-Geo-Woo-Gen ựẻ nhánh khỏe ựã ựược lai với giống Tsai-Yuan-Chung cao cây kháng ựược sâu bệnh Giống Taichung Native 1 (TN1) ựược chọn lọc từ phép lai này và ựưa ra sản xuất vào năm 1956 Giống TN1 phản ứng với các mức ựạm cao Tiềm năng suất của giống TN1 cũng giống với tiềm năng năng suất của giống Ponlai ựạt trung bình khoảng 6 tấn/ha, năng suất kỷ lục ựạt 8,1 tấn/ha Do ựó, giống TN1 ựược coi là giống Indica có năng suất tiềm năng cao ựầu tiên Kết quả này chứng minh rằng việc tăng tiềm năng năng suất của giống lúa cũng có thể ựạt ựược bằng cách cải tiến kiểu cây trong phạm vi các giống Indica từ ựó ựã vạch ra con ựường ựể chọn giống lúa cho vùng nhiệt ựới (Yosida, 1985) [24]

Các nhà chọn tạo giống của IRRI ựã lai giống Dee-Geo-Woo-Gen với giống Peta và tạo ra giống IR 8 có tiềm năng năng suất cao từ 6- 10 tấn/ha Như vậy, kiểu hình thấp cây Dee-Geo- Woo-Gen là một nguồn gen lùn làm nền tảng cho chương trình chọn tạo giống lúa thấp cây có tiềm năng năng suất cao mà ựại diện là giống TN1 và IR8 (Yosida, 1985) [24]

Dạng hình lúa thấp cây ựược phát hiện tại đài Loan và một giống hạt dài, ở Mỹ là Cetura Patna 231 Các nghiên cứu khi so sánh nhóm thấp cây với bố mẹ thì chiều cao dạng hình thấp cây (Dee-Goe-Woo-Gen giống TN1, IR8) có chiều cao trung bình thấp hơn 35% so với chiều cao của bố mẹ chúng Kết quả nghiên cứu ựã cho thấy khi sử dụng các giống thấp cây mang gen Dee-GeoỜWoo-Gen khi trồng ở các nước Châu Á ựã tăng năng suất trung bình là 2000kg/ha (Hu Chao,1973)[47]

Trong phân loại về dạng hình thấp cây, các nhà khoa học ñã phân cấp thành ba nhóm lúa thấp cây khác nhau:

Nhóm 1: Bán lùn hay thấp cây (semidwarf)

Nhóm 2: Lúa lùn (dwarf)

Nhóm 3: Rất lùn (extreme dwarf)

Trong số 3 nhóm lúa trên thì nhóm giống thấp cây có giá trị ứng dụng cao Tuy nhiên, các nhà khoa học chưa ñưa ra ñược số ño cụ thể của các

nhóm (Matsuo et al, 1997) [63], (Mtsuo et al, 1995) [65]

Trong chương trình chọn giống lúa có thể sử dụng loại hình rút ngắn lóng thân mới làm vật liệu lai, do vậy ñã tạo ñược kiểu hình tốt hơn bố mẹ chúng Daikoku Dwarf là một nguồn vật liệu như vậy Ngoài ứng dụng tạo ra kiểu thấp cây mới còn là nguồn vật liệu ñể phát triển giống mới cho năng suất cao (Reddy and Padma, 1976) [81], (Hoan Nguyen Van and Quang Vu Hong, 2008)[46], (Ashikari, 1999)[28]

Có thể nói rằng ứng dụng kiểu hình cây lúa thấp cây ñã mang lại sự ñột phá về năng suất lúa trong thập niên 60 của thế kỷ trước và là cơ sở ñể khai thác các loại hình thấp cây khác như Daikoku Dwarf, Tan-Ginbuzu, …nhằm mục tiêu tăng ñược năng suất lúa và tính chống chịu với môi trường sinh thái bất thuận

1.2 ðặc ñiểm hình thái của các giống lúa mang gen tương hợp rộng, kháng bệnh bạc lá và giống lúa thấp cây

1.2.1 ðặc ñiểm của gen tương hợp rộng và sử dụng gen tương hợp rộng trong lai xa

Kết quả nghiên cứu của một số tác giả thấy rằng: Năng suất lúa siêu cao với sự phát triển của việc sử dụng dạng hình bán thấp cây của Indica và con lai F1 giữa Indica/Japonica sản sinh ra rất nhiều hoa trong cùng một ñiều kiện canh tác (Matsuo et al, 1995) [65], (Saito, 1991)[83],

Sự kết hợp hài hòa trong quá trình chọn tạo dòng mẹ PGMS và TGMS với gen tương hợp rộng ñã tạo ra con lai F1 có ƯTL cao ðặc biệt, khi dòng

bố mẹ có khoảng cách di truyền xa nhau ñã tạo ra sự ñột phá về ƯTL của con lai F1 (Yuan Longping, Feng Jiming, 2005) [107]

Khi nghiên cứu con lai F1 của phép lai giữa Indica/japonica ñã xác ñịnh ñược một locus S-d mới gây bất dục hạt phấn nằm trên nhiễm sắc thể số 1 (Li Wentao et al, 2008)[59]

Các kết quả này ñã cung cấp thông tin bổ ích nhằm ñưa ra giải pháp ức chế các gen gây bất dục hạt phấn (bán bất dục) ñể có con lai F1 ñạt tỷ lệ hữu dục phấn và ñậu hạt cao

1.2.2 ðặc ñiểm của các dòng lúa ñẳng gen, nhóm nòi và ñộc tố của vi khuẩn Xanthomonas oryzae

1.2.2.1 ðặc ñiểm của các dòng lúa ñẳng gen làm chỉ thị

Các dòng chỉ thị gen kháng bệnh bạc lá ñã ñược k ý hiệu như sau:

IRRI (1 n) tương ứng là mang gen kháng bệnh bạc lá Xa (1…n), còn gen

kháng lặn thì ñược k ý hiệu là xa (số) Tác giả Ogawa, Taura, S.(1987) và

cộng sự ñã xác ñịnh các dòng ñẳng gen ( Near Isogenic lines-NIL) từ IRBB1

mang gen Xa1 ñến IRBB21 mang gen Xa21 (chữ BB ñược viết tắt từ

Bacterial Blight)

Trong bộ 12 dòng lúa chuẩn của Viện Nghiên cứu lúa quốc tế ñể xác ñịnh

các nhóm nòi (nòi) vi khuẩn X.oryzae, trong ñó có giống IR24 không chứa gen

kháng bạc lá, nó luôn luôn ñược sử dụng làm giống ñối chứng chuẩn nhiễm

Các dòng khác ñều chứa các Xa - số thứ tự ( Bùi Chí Bửu, Nguyễn Thị Lang,

2003)[4],( Furuya et al, 2003) [37], (Yoshimura et al, 2004) [105]

Tại Trường ðHNNI các tác giả (Bùi Trọng Thủy, Phan Hữu Tôn) ñã thử nghiệm bộ giống gồm 19 dòng ñể xác ñịnh khả năng kháng, nhiễm ñối với

các nhóm nòi vi khuẩn X oryzae ở Việt Nam Riêng giống IR24 không mang

gen kháng nào ñược sử dụng làm ñối chứng Trong ñó có mười sáu tổ hợp lai

gồm 2 Xa-gen Xa4/Xa7, Xa1/xa5 tương ứng với các dòng ñẳng gen mang 2

gen kháng là IRBB 4/7, IRBB 1/5 Một tổ hợp lai mang 3 Xa-gen

Xa4/xa5/xa13 tương ứng với dòng ñẳng gen IRBB 4/5/13 Một tổ hợp lai chứa 4 Xa-gen Xa4/xa5/xa13/Xa21 tương ứng với dòng ñồng ñẳng gen IRBB

4/5/13/21, (Bùi Trọng Thủy và ctv, 2004)[5], (Phan Hữu Tôn, Bùi Trọng Thủy, 2003) [23],(Furuya et al, 2003)[37]

Các nhà nghiên cứu ñã tạo thành các dòng lúa mang nhiều gen kháng tạo nên tính kháng ngang ổn ñịnh và bền vững trong quá trình sử dụng tính kháng bệnh bạc lá (Furuya et al, 2003)[37], (Hoan Nguyen Van and Quang Vu Hong, 2005) [45]

Các tác giả cũng ñã nghiên cứu phản ứng kháng, nhiễm của 19 dòng lúa

ña gen (Pyramiding lines) vói 4 nhóm nòi (nòi) vi khuẩn X oryzae ở miền

Bắc Việt Nam và ñã thu ñược các phản ứng khác nhau khi 1 dòng mang những tổ hợp gen kháng bệnh khác nhau:

- Các tổ hợp: Xa1/Xa10, Xa1/Xa11, Xa10/Xa11 ñều có phản ứng nhiễm

(S) với nòi 1, nòi 2, nòi 3 và nòi 4 tương tự như giống lúa IR 24 ñối chứng không mang gen kháng

- Các tổ hợp 2 Xa-gen: Xa1/xa5, Xa1/Xa7, Xa3/Xa7, Xa4/xa5, Xa4/Xa7, xa5/Xa7, xa5/Xa10, xa5/Xa11 và tổ hợp 3 gen: Xa4/xa5/xa13, tổ hợp 4 gen: Xa4/xa5/xa13/Xa21 ñều có phản ứng kháng (R) với cả nòi 1, nòi 2, nòi 3, nòi 4

- Tổ hợp gen mang Xa3/Xa10 kháng ñược nòi 1 nhưng nhiễm các nòi 2,

3,4 (Bùi Trọng Thủy và ctv, 2004)[5], (Phan Hữu Tôn, Bùi Trọng Thủy, 2003)[23], (Ton Phan Huu et al, 2005)[89]

1.2.2.2 Nhóm nòi và ñộc tố của vi khuẩn Xanthomonas Oryzae

* Các vi khuẩn Xanthomonas oryzae và ñộc tố do chúng tiết ra

Trong quá trình ký sinh gây bệnh trên lá lúa, một trong những triệu chứng điển hình nhất của bệnh bạc lá là gây ra hiện tượng héo lá (Wilting Rice Leaves) sau 5-7 ngày vi khuẩn xâm nhiễm Triệu chứng héo là lá tái xanh thể hiện rõ nhất trên các giống lúa nhiễm bệnh đang ở giai đoạn làm địng đến trỗ ðây là giai đoạn mẫn cảm nhất của cây lúa với bệnh bạc lá, do vậy đã hình thành phương pháp lây nhiễm vi khuẩn với cây lúa là trước 18 ngày lúa trỗ

Năm 1986 các nhà khoa học đã tách chiết được Phenylacetic axit thử trên mơi trường nuơi cấy vi khuẩn Wakimoto sau đĩ sử dụng dịch chiết xử lý mạ, kết quả cho thấy Phenylacetic axit cĩ khả năng gây héo mạ non, ức chế sự phát triển của cây mạ sau 3 ngày xử lý Khi sử dụng phương pháp chuẩn

đốn, phát hiện sớm bệnh bạc lá để điều chế kháng huyết thanh Xanthomonas oryzae bằng sử dụng mơi trường Wakinmoto cải tiến (Lê Lương Tề, Hà Viết

Cường, 2008), nhận xét đã cĩ thể phát hiện sớm được vi khuẩn bạc lá lúa ở nồng độ thấp với ngưỡng pha lỗng kháng huyết thanh là 1/500 bằng indirect ELISA (Lê Lương Tề, Hà Viết Cường, 2003) [21]

* Nghiên cứu nhĩm nịi tại Nhật Bản

Trong 20 giống lúa trồng thuộc lồi phụ Indica đã chia làm 3 nhĩm:

Kinmaze group, Kogyoku group và Rantai Emas group và 12 chủng bạc lá của Nhật Bản được chia làm 3 nhĩm nịi được k ý hiệu là I, II, III

Nghiên cứu 44 giống lúa trồng thuộc lồi phụ Indica được chia làm 4 nhĩm nịi được k ý hiệu là I, II, III và IV

Sự khác biệt của hệ thống phản ứng với bệnh bạc lá tại Nhật Bản được

thể hiện qua bảng thống kê 1.1 dưới đây:

Bảng 1.1: Các nhóm phản ứng với bệnh bạc lá ở giống lúa Nhật Bản

Phản ứng với chủng bạc lá (Bacterialgroup)

Kogyoku, Tokai 12

Kogyoku Group

Daiyoshi, Calorina

Rantai Emas

Group

Te-Tep, Rantai, Emas2

Wase Aikoku

group

Wase,Aikoku3, Hosokawa

Nguồn: Bùi Trọng Thủy-Trường ðHNN Hà Nội

Ghi chú : R: resistance (kháng bệnh), S: susceptible(nhiễm bệnh);

- : not tested

Như vậy, ñến năm 1989 ở Nhật Bản ñã xác ñịnh ñược 7 nhóm nòi bạc lá gây hại, (Anh Chuong Quoc, 2007)[26], (Bùi Trọng Thủy và cs, 2004) [5], (Lê Lương Tề, Bùi Trọng Thủy, 2006)[20]

* Nghiên cứu nhóm nòi tại IRRI

Những nghiên cứu của Viện lúa quốc tế (IRRI) và các nhà khoa học bệnh

cây trên thế giới chỉ ra rằng: Vi khuẩn Xanthomonas oryzae pv có nhiều nhóm nòi (race, Group), các nhóm nòi vi khuẩn Xanthomonas oryzae pv e hoàn toàn

giống nhau về mặt hình thái, ựặc ựiểm nuôi cấy, ựặc ựiểm sinh lý hoá

Yoshimura et al (1983) ựã xác ựịnh tắnh kháng bệnh bạc lá của giống Cas209 với chủng bạc lá PXO 86 (tương ứng với Nòi 2 ở Philippine), PXO 61 (tương ứng Nòi 1), PXO79 (tương ứng với Nòi 3), PXO71(tương ứng với Nòi4)

* Nghiên cứu nhóm nòi tại Việt Nam

Theo Phan Huu Ton, Bui Trong Thuy (2003) trong số 385 mẫu bệnh thu thập ựược từ 28 giống lúa ở 11 tỉnh thuộc 5 hệ thống sông: Sông Hồng, sông

Lô, sông Gâm, sông Lam và sông đà các nhà khoa học ựã phân lập ựược 154 Isolate vi khuẩn sau ựó sử dụng Isolate lây nhiễm trên các dòng ựẳng gen và ựối chứng là IR24 Các nhà khoa học ựã phân lập ựược 14 chủng khác nhau

ký hiệu kiểu 1, kiểu 2A, 2 Á, 3B, 3 Á, 3A, 3B, 4,5A, 5B,6,7,8 và 10 Kiểu 2A (Á, A và B) phổ biến tồn tại ở hầu hết các vùng trồng lúa chiếm 73,8%, các chủng còn lại tùy từng vùng sinh thái mà tồn tại hoặc không tồn tại ( Phan Hữu Tôn, Bùi Trọng Thủy, 2003) [23]

Trên cơ sở sử dụng 154 Isolate ựã thu thập ựược ở các tỉnh phắa bắc Việt Nam lây bệnh trên 12 dòng lúa chỉ thị ựẳng gen, các nhà khoa học của Trường

đH Kyushu, đH Kagoshima Nhật Bản và Trường đH Nông nghiệp Hà Nội Việt Nam ựã xác ựịnh ựược ở miền Bắc Việt Nam có ắt nhất 4 nhóm nòi (nòi) Kết quả nghiên cứu phản ứng kháng, nhiễm của các dòng lúa chỉ thị ựẳng gen

ựối với 4 nhóm nòi vi khuẩn X oryzae miền bắc Việt Nam (N Furuya; S

Taura và Bùi Trọng Thuỷ, 2003) cho thấy:

Các dòng lúa IRBB 1 (Xa1), IRBB 2 (Xa2), IRBB 10 (Xa10), IRBB 11 (Xa11), IRBB14 (Xa14) và dòng TN1 (Xa14) ựều có phản ứng nhiễm (S) với

cả nòi 1, nòi 2, nòi 3 và nòi 4 tương tự như dòng lúa chuẩn nhiễm bệnh bạc lá

IR 24 không chứa Xa-gen

+ Các dòng lúa IRBB 5 (xa 5) và IRBB 7 (Xa7)có phản ứng kháng (R)

với cả nòi 1, nòi 2, nòi 3, nòi 4

+ Dòng lúa IRBB 21 (Xa21) có phản ứng kháng (R) với nòi 1, nòi 2, nòi

3 nhưng nhiễm nòi 4

+ Có thể sắp xếp mức ñộ kháng của các Xa-gen ñối với 4 nhóm nòi vi

khuẩn X oryzae ở miền bắc Việt Nam như sau:

Nhiễm

Các Xa-gen

Xa5, Xa7 Xa21 Xa3, Xa4 Xa1, Xa2, Xa10, Xa11, Xa14 + Có thể sắp xếp mức ñộ ñộc tính gây bệnh của 4 nhóm nòi vi khuẩn X oryzae

ở miền bắc Việt Nam theo khả năng kháng bệnh của các gen kháng như sau:

Các Nòi Nòi 4 Nòi 3 Nòi 1, Nòi 2 (Phan Hữu Tôn, Bùi Trọng Thủy, 2003)[23], (Bùi Trọng Thủy và cs, 2006[5], (Furuya et al, 2003)[37]

Ogawa et al (1987) và Taura et al (1987) ñã xác ñịnh ñược các nòi trong

giống BJl kháng nòi 6, Xa14 của giống Taichung 1 kháng nòi 5 Hai gen lặn xa-19 và xa-20, hai gen kháng này kháng ñược tất cả các nòi của Philippine (

Ton Phan Huu et al, 2005) [88], (Lim et al, 2008) [61], (Hien Vu Thu et al, 2007) [42]

Theo kết quả nghiên cứu của Bùi Trọng Thủy ở miền Bắc Việt Nam có 4 nhóm nòi phổ biến bao gồm: Nòi 1(HAU 01043), nòi 2 (HAU 02009-2), nòi 3 (HAU 02034-6), nòi 4 (HAU 02037-1) Các tổ hợp gen kháng là IRBB 1/5 IRBB 1/7 IRBB 4/5, IRBB 4/7, IRBB 5/7, IRBB 5/10, IRBB 7/10, IRBB 4/5/13, IRBB 4/5/13/21 ñều thể hiện tính kháng với cả 4 nòi của miền Bắc Việt Nam (Furuya et al, 2003)[37], (Bùi Trọng Thủy và ctv, 2004)[5]

Trường ðH Kyushu, Nhật Bản ñã thu nhập, phân lập 1.128 Isolate vi khuẩn gây bệnh bạc lá lúa ở ñảo Hokaido và các ñảo phía nam, ñã tiến hành xác ñịnh các nhóm nòi bằng các dòng lúa chỉ thị ñẳng gen, kết quả cho thấy các gen ñơn tương ứng: IRBB4, IRBB5, IRBB7, IRBB21, ñối chứng là IR 24 kháng ñược cả 5 nhóm nòi là nhóm nòi I (T7174), nhóm nòi II (T7174), nhóm nòi III (T7174), nhóm nòi IV(T7174) và nhóm nòi V(T7174)

ðây cũng là 5 nòi vi khuẩn X.oryza cơ bản tìm thấy ở Nhật Bản (Bùi

Trọng Thủy và ctv, 2004)[5]

1.2.2.3 ðặc ñiểm của ñộc tố vi khuẩn Xanthomonas oryzae

Egawa et al (1968) ñã xác ñịnh ñộc tố của vi khuẩn kháng bệnh bạc lá là chất phenylacetic acid

Noda và cộng sự (1980) ñã nghiên cứu ñộc tố gây hại của vi khuẩn

Xanthomonas của X oryzae, ñã tách, chiết và xác ñịnh ñược 7 ñộc tố gây héo

lá cây lúa còn nhỏ, ñó là:

Tên ñộc tố Viết tắt của ñộc tố vi khuẩn

Năm 1987, Sreeramulu và ctv, cũng ñã tách chiết, phân tích ñược 7 ñộc

tố, là các axít hoàn toàn trùng với kết quả nghiên cứu của Noda và cs (1980) Theo Noda và cs (1980) các ñộc tố MTTA, MTPA và PAA ñã ñược tìm thấy trên vết bệnh có triệu chứng héo kết hợp với hiện tượng chết hoại các mô

lá và triệu chứng vàng úa lá ( Kresek) Như vậy, khi kí sinh gây bệnh vi khuẩn

X oryzae ñã hình thành các axit MTTA, MTPA và PAA gây ra triệu chứng

héo ñiển hình của lá lúa sau xâm nhiễm của vi khuẩn(Anh Chuong Quoc , 2007)[26], (Bùi Trọng Thủy, 2004)[5]

1.2.2.4 Nghiên cứu tính kháng bệnh bạc lá trên lúa dại

Trong nghiên cứu của tác giả Chuong Quoc Anh (2007) ñã có các thông tin nghiên cứu bệnh bạc lá trên lúa dại: Goto (1965) ñánh giá 18 loài lúa dại tại IRRI và ñã xác ñịnh ñược 2 chủng kháng bệnh bạc lá Sakaguchi.et.al (1968) ñã lây nhiễm kiểm tra trên 52 dạnh lúa khác nhau từ 10 loài lúa dại

ñược thu thập trên thế giới là Oryza minuta, O eichingeri, O latifolia, O officinalis và O granulate với kiểu gen BBCC, CC, CCDD hoặc các genome

khác nhau từ AA genome của cây lúa Tại IRRI ñã lây nhiễm thử 6 loài lúa

dại ñã tìm ñược một số không có tính kháng cao như O latifolia, O.mitura, O officinalis, O perennis và ñặc biệt các loài lúa dại O longgistaminata, O nivara, O perennis với kiểu genome là AA (Anh Chuong Quoc, 2007)[26]

1.2.3 ðặc ñiểm hình thái của kiểu hình thấp cây

Khi nghiên cứu các dạng hình thấp cây và cao cây của cây lúa Tanaka, Kavano (1968) cùng nhiều tác giả khác ñều nhận xét: Ở thế hệ F1 các giống lúa có cùng thời gian sinh trưởng, trong cùng một ñiều kiện môi trường thì số lóng trên thân là tương tự nhau Sự khác nhau về chiều cao cây không phải là hơn nhau về số lóng mà giống có chiều cao lớn hơn chủ yếu do các lóng có chiều dài dài hơn (Jiang et al, 2008)[52]

Khi sử dụng các giống lúa kiểu hình thấp cây của ñang ñược trồng phổ biến

ñã thấy sự biểu hiện nhiễm bệnh bạc lá khi gieo trồng (Hu Chao, 1973) [47]

Kết quả nghiên cứu 23 giống với các loại hình thấp cây khác nhau (gồm 9 giống bình thường, 3 giống thuộc loại hình semi-dwarf và 11 giống thay ñổi kiểu hình thấp cây) cho thấy sự kéo dài của các lóng là do hoạt ñộng của GA3 (+GA/-GA) và sự sản sinh ra α-amylase từ cơ sở ñó ñã chia ra làm 4 nhóm kiểu cây khác nhau:

* Nhóm N: (Normal) bình thường

Sự thể hiện hoạt ñộng của Gibberellic Acid (GA) của các giống lúa là bình thường Sự hoạt ñộng của GA ñược tìm thấy ở giai ñoạn phôi mầm Sự sản sinh ra GA3 và sự sản xuất ra α-amylase có ảnh hưởng trực tiếp ñến chiều dài các lóng trên giống lúa có chiều cao cây bình thường và các giống lúa thuộc kiểu hình thấp cây semi-dwarf

* Nhóm T (Tan-ginbuzu type) dwarfs

Sự xuất hiện của GA3 từ ñột biến của nhóm T là nguyên nhân làm tăng chiều dài của các lóng Các nhà khoa học ñã xác ñịnh sự hoạt ñộng của α-amylase từ 4 ngày trước khi mọc mầm ở nhóm bình thường kết quả thu ñược

là không có GA3 xuất hiện

* Nhóm D: (Daikoku type) Dwarfs

Lóng thứ 2 của nhóm D có chiều dài ngắn hơn chiều dài lóng thứ 2 của nhóm N và T Sự sản xuất ra α-amylase bởi tế bào trong chồi, trong các mấu ñoạn là sự kết hợp với GA3 ngoại sinh Các giống thuộc Daikoku Dwarf và nhóm giống N, T luôn sản sinh ra GA3 nội sinh

* Nhóm E: (Ebisu type) dwarf

Nhóm E ñã không xác ñịnh ñược GA và sự biến ñộng của chiều cao cây Trong nghiên cứu này hoạt ñộng của gen d-1 ở giống Daikoku Dwarf ñã làm giảm sự xuất hiện GA khi so sánh với bố mẹ của chúng Kiểu hình

Daikoku dwarf là kiểu hình cơ sở thể hiện bằng sự giảm của chiều dài ñốt thứ

2 và làm ngắn hạt

Một nghiên cứu khác lại có kết quả ngược lại, Motoyuki Ashikari et al (2003) cho thấy khi có sự hoạt ñộng của α-amylase ñã thấy xuất hiện sự sản sinh ra GA cao (Ashikari et al, 2003) [70], (Mitsunaga et al, 1993)[68]

Nhiều tác giả ñề xuất cần nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt ñộ lạnh ñến

sự sản sinh ra GA3 của Daikoku dwarf và cũng là nhóm hóc môn có hoạt tính mạnh nhất (Singh et al, 1979)[85], (Mitsunaga et al, 1993)[68]

Kiểu hình cây lùn ñã ñược xác ñịnh bao gồm rất nhiều dạng khác nhau

có chiều cao cây thấp hơn so với các nhóm giống bình thường

Kinosita and Shibashi (1982) ñã xác ñịnh loại hình bán lùn (semidwarf)

có nhiều ứng dụng trong thực tế tạo giống và tìm thấy 6 nhóm có chiều cao khác nhau nhưng ñều thuộc nhóm lúa thấp cây tạo ra nhiều dạng hình cây thấp

Khi lai giữa giống lúa lùn và giống lúa cao cây có cùng số ñốt thì ở F1tính trạng cây cao là trội Con lai F2 phân ly ra một dạng cây mới cao hơn hẳn dạng hình lúa lùn nhưng không cao cây như dạng hình cao của bố hoặc mẹ chúng ðây chính là kiểu hình thấp cây quan sát thấy ở hầu hết các giống ñang trồng phổ biến (Beachell và Jenning, 1975)[1], (Nguyễn Văn Hoan, 2006) [10]

Singh et al (1979) [85] khi phân tích quần thể F2 ñã chia ra thành 3 nhóm có chiều cao cây khác nhau như sau;

+ Nhóm 1 gồm các giống: FF36, IARI 5842, IARI 5906-2B, IARI

5923, IARI 10061, IARI 10560, IARI 11445, I-Geo-Tze và Gen Nhóm 1 có chiều cao cây tự nhiên ñược chi phối bởi gen ñơn lặn với sự giảm bớt về chiều cao cây

Dee-Geo-Woo-+ Nhóm 2: ARI 5901-2, IARI 5924, IARI 6579 và IARI 7312B Toàn

bộ chiều cao cây cuối cùng ñược chi phối bởi một gen ñơn lặn

+ Nhóm 3; giống Central Africa Mutant (CAM) Nhóm 3 biểu hiện chiều cao cây thuộc kiểu hình cây CAM nhưng quy ñịnh không có allel

Như vậy, các vật liệu kiểu hình loại trên là những gen chủ yếu ñã kéo ngắn ñốt lại tương tự như kiểu hình Dwarf Trong nghiên cứu này ñã cho thấy

sự ảnh hưởng của cơ sở di truyền kiểu gen và ñặc ñiểm nông sinh học ñóng vai trò quan trọng trong công tác chọn tạo giống lúa ( Singh et al, 1979)[85]

Ở Sri-Lanka ñã sử dụng 6 kiểu gen tạo kiểu hình thấp cây có nguồn gốc

từ giống: MI-273, IR-8, IR 20, I-Geo-Tze, Tainan -3 và Heenati-310 trong ñó giống Heenati-310 là giống Indica còn giống I-Geo-Tze, Tainan -3 là giống lúa cải tiến thuộc loại hình Indica (Ganashan, Whitington, 1975) [38]

1.2.3.1 Ứng dụng kiểu hình thấp cây nhằm tăng năng suất lúa

Muốn ñạt năng suất cao thì trên một m2 cần có số hạt trên dưới 43.000 hạt/m2 với tỷ lệ hạt chắc ít nhất là 79,2 % ðể ñạt tỷ lệ hạt chắc cao các nhà khoa học ñã ñưa ra 5 tiêu chí sau:

+ Cần thiết phải có ñầy ñủ số lượng hạt/m2

+ Lóng ngắn và số lượng dảnh lớn

+ Hai hoặc ba lá ở trên cùng cần ngắn và thẳng ñứng

+ Màu lá không tàn sau khi trỗ

+ ðiều kiện nở hoa thuận lợi, ngay cả sau khi nở hoa ñược 15-20 ngày (Matsuo et al, 1995) [65]

Trong mô hình chọn giống lúa ưu thế lai, khi xây dựng kiểu hình lúa lai siêu cao sản Yuan Longping ñưa ra ba kiểu hình như sau:

Kiểu hình cây lúa có chỉ số thu hoạch cao

Tại tỉnh Phúc Kiến, Trung Quốc ñã ñưa ra mô hình kiểu cây trong chọn giống lúa lai siêu cao sản như sau:

+ Khả năng ñẻ nhánh trung bình

+ Bông lúa to

+ Lá lòng mo, thẳng ñứng, dày và không bị tàn lá

1.3.1 Cơ chế di truyền của gen tương hợp rộng

Sử dụng kỹ thuật chỉ thị phân tử ñã tìm thấy sự sai khác có ý nghĩa với tỷ

lệ phân ly trung bình là 1:1, ví dụ tỷ lệ của gen alk: alk+, trong phép lai Taichung 65//Taichung 65//Panbira là tỷ lệ 1:1 (Ikehashi Hiroshi 1986)[49] Khi phân tích quần thể lai IR36/Calotoc//Akihikari và quần thể Nihonmasari/Calotoc//IR36 trên quần thể phân ly tính hữu dục ñược kiểm soát bởi một locus, còn gen tương hợp rộng trong các giống khác là sự tương tác của 2 locus với kiểu gen giao tử thể Nakagahra(1972) cho rằng, sự xuất hiện 2 gen là ga2, ga3, trong ñó giao tử ga8 liên kết với chỉ thị phân tử xác ñịnh hữu dục ( Ikehashi, Araki, 1987)[50]

Trong tổng số các quần thể lai ba tỷ lệ phân ly hữu dục và bất dục là 1hữu dục : 1 bán bất dục trong ñó những cây kiểu trung gian là do một gen khác gây ra và không phải là hệ thống gen gây bất dục ở con lai F1 ðiểm nổi bật của gen tương hợp rộng trong giống Dular và giống Moroberekan là do xuất hiện một gen ñơn trội kiểm soát (Kumar, Virnani, 1992) [55] Trong 245 cây phân tích của phép lai IR36/Dular//Akihikari cho thấy sự biến ñộng tỷ lệ

hữu dục giao ñộng từ 8-96% ñã xác ñịnh ñược sự biến ñộng giữa hữu dục và bất dục trên quần thể phân ly là 1:1 Trong 124 cây quan sát có 75 cây hữu dục trung bình (50%) và 49 cây hữu dục cao (80%) như vậy tỷ lệ hữu dục và bất dục là 1:1 (Singh et al, 2006) [84]

Ikehashi và Araki cho rằng hạt phấn bất dục ñược kiểm soát bởi alen S-5

và giao tử truyền alen S-5j trong kiểu gen S-5j /S-5j không gây chết Giao tử S-5j truyền cho mẹ kết hợp với giao tử S-5i tạo nên cặp alen S-5i /S-5j gây chết cho F1 Do vậy, thế hệ con nhận ñược ở dạng dị hợp tử S-5i /S-5j gây bất dục (hoặc bán bất dục ở con lai F1) và tương ứng S-5n /S-5j hoặc S-5n /S-5igây hữu dục hạt phấn, tương ứng với tỷ lệ là 1:1 Hiện tượng bán bất dục của con lai F1 giữa hai loài phụ Indica và Japonica có thể ñược giải thích chính bằng cơ chế trên (Ikehashi, Araki, 1987) [50], (Kumar, Virnani, 1992)[55] Một nghiên cứu khác cũng cho thấy, tất cả các cặp lai ba khi lai trở lại thì quần thể ñã phân chia ra tỷ lệ hữu dục hạt phấn và bất dục theo tỷ lệ 1:1, do

ñó giữa hai kiểu hình phân ra theo hướng hữu dục hạt phấn quy ñịnh bởi một gen khác và hệ thống không mang gen là nguyên nhân dẫn ñến con lai F1 bất dục ðặc ñiểm của giống mang gen tương hợp rộng Dular và Moroberekan ñã

biểu hiện do “một gen trội ñơn kiểm soát” (Kumar, Virnani, 1992)[55]

* Gen tương hợp rộng (Wide Compatiblity Gen) WCG liên kết với các allel khác trên các nhiễm sắc thể khác

Các tài liệu cho rằng alen S-5n nằm trên nhiễm sắc thể số 6 Theo Yanagihana và cộng sự (1992) locus mới tương ñồng giữa Est-9 (Esterase-9)

và Rc (Red pericarp) trên nhiễm sắc thể số 7 Nhiễm sắc thể này ñã gây bất dục của con lai F1 trong một số phép lai giữa Javanica và những giống từ các lục ñịa nhỏ ở Ấn ðộ Với sự khám phá ra locus S thứ 2 ñã mở mở rộng hiểu biết về gen tương hợp rộng so với kết quả nghiên cứu của Ikehashi và cộng sự (1984) Hiện nay một số locus S mới ñã ñược xác lập (Yanagihana và cộng sự

,1992) và Wan và cộng sự (1993) và xác ñịnh ñược 6 locus (5, 8, 9,

S-15 và S-6) nằm trên các nhiễm sắc thể tương ứng là 6, 4, 7, 12, 1 ( Wan et al, 1995) [92], (Li et al, 1997) [59]

Con lai F1 bất dục khi lai giữa Indica/Japonica là do sự tương tác giữa các alen trên locus ñã làm giao tử chết Locus S-5 nằm trên nhiễm sắc thể số

6, locus S-7 trên nhiễm sắc thể số 4, S-8 trên nhiễm sắc thể số 6, S-9 trên nhiễm sắc thể số 7, S-15 trên nhiễm sắc thể số 12 Tất cả các nhiễm sắc thể trên khi mang gen tương ứng là nguyên nhân gây bất dục của con lai F1 Ngoài ra, các nhà khoa học ñã xác ñịnh sự tương tác của các alen nằm trên locus S-6 cũng là nguyên nhân làm con lai F1 bất dục

Ý nghĩa quan trọng của gen tương hợp rộng (như S-5n) là sự biểu hiện

của ưu thế lai cao do “tăng thêm số lượng hoa” trong một tổ hợp lai xa

Japonica/Indica

Trong thời gian gần ñây khi sử dụng gen tương hợp rộng ñể phát triển lai

xa Indica/Japonica nhiệt ñới cũng ñã tìm thấy những locus gây bất dục của con lai F1 ở dòng CMS như: CMC-S-7, CMS-S-8, S-9 trong IR 58025 B; S-7, S-8, S-15, S-18 và S-19 trong IR62829 B, (Wan et al,1995) [92]

1.3.2 Cơ chế di truyền tính kháng bệnh bạc lá

Theo Sakaguchi (1967) kết quả nghiên cứu tính kháng bệnh bạc lá của nhóm Kogyoku và nhóm Rantai Emas từ nòi I tính kháng ñược chi phối bởi

một gen ñơn trội là Xa1 nhưng riêng nhóm giống Rantai Emas từ nòi II ñã chi

phối bởi một hoặc 2 gen trội

Ogawa et al (1978) cho là gen kháng bệnh bạc lá của Kogyoku group

và Java group chi phối bởi ñơn gen trội

Yamada et al (1979) ñã nghiên cứu tính kháng của IR28 từ 5 nhóm nòi của Nhật Bản I, II, III, IV và V ñã cho thấy sự kiểm soát tính kháng ñược quy

ñịnh bởi gen trội, riêng nhóm nòi V tính kháng bệnh bạc lá ñược kiểm soát bởi một gen trội khác

Murty & Khush (1972) ñã nghiên cứu tính kháng bệnh bạc lá trên giống BJ1 cho thấy sự kiểm soát tính kháng bệnh là 1 gen lặn, giống DZ192 ñược kiểm soát bởi 2 gen lặn Kết quả này cũng cho thấy sự kiểm soát bởi 2 gen lặn sẽ tạo nên tính kháng tốt với các chủng gây bệnh bạc lá

Sidhu & Khush (1978) ñã xác ñịnh ñơn gen kháng của 5 giống lúa trồng nhưng chưa xác ñịnh ñược là gen trội hay gen lặn kiểm soát tính kháng bệnh

Các nghiên cứu của Samuel et al ñã xác ñịnh gen kháng bệnh Xa21 là

ñơn gen trội quy ñịnh tính kháng bệnh bạc lá S.Maruthasalam et al khi nghiên cứu quần thể F2 phân ly ñã xác lập ñược tính kháng bệnh giữa cây kháng: cây nhiễm bệnh là 3:1, (Maruthasalam, 2006)[63], (Anh Chuong Quoc, 2007)[26], (Wang et al, 2004)[94], (Hien Vu Thu et al, 2007)[ 42], (Yan- Chang et al, 2004)[100]

Yang và cộng sự (2003) ñã xác ñịnh thêm một gen kháng bệnh bạc lá

mới là Xa26(t) từ giống lúa Minghui 63 nằm trên nhiễm sắc thể 11 Gen kháng bệnh Xa26(t) của Minhhui 63 ñược quy ñịnh bởi ñơn gen kháng trội

(Yang et al, 2003) [101]

Tian và cộng sự ñã phát hiện ra gen kháng bệnh bạc lá mới Xa27(t) trên loài lúa Or yza minuta nằm trên nhiễm sắc thể số 6 bằng sử dụng hai marker

phát hiện M1081 và M1095 Khi chuyển gen kháng bệnh bạc lá vào loài lúa

Oryza sativa cv sử dụng 2 marker là M964 và M1197 có khoảng cách là

0.052cM sẽ nhanh ñạt ñược kết quả chọn ñược dòng lúa kháng bệnh Gen

kháng bệnh bạc lá Xa27(t) chưa xác ñịnh ñược gen trội hay gen lặn hay là ñơn

gen hay ña gen Các tác giả ñã tách ñược và phân lập ñược dòng ñẳng gen là IRBB 27 (Tian et al, 2004)[88]