CHƯƠNG 1 LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU
1.5 ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ SINH HỌC TRONG CHỌN GIỐNG LÚA HẠN
1.5.1 Nhận diện được gen điều khiển tính chống chịu stress ở cây lúa
Các nhà nghiên cứu khoa học nông nghiệp đại học Arkansas (Mỹ) đã nhận diện được gen điều khiển tính chống chịu hạn, mặn và lạnh ở cây lúa. Theo Yang (2003), nhà sinh học phân tử ở Trạm thực nghiệm nông nghiệp Arkansas, hiểu rõ chức năng của gen này sẽ rất quan trọng đối với các nhà tạo giống trong việc phát triển các giống lúa chịu hạn và mặn cho các vùng ở miền Đông Arkansas, nơi nguồn nước ngầm đang suy giảm cả về khối lượng và chất lượng. Yang và nhóm nghiên cứu đã phân lập được hơn 200 gen có liên quan tới tính kháng bệnh và tính chống chịu những điều kiện bất lợi ở cây lúa. Để hiểu chính xác từng gen này đòi hỏi phải nghiên cứu chi tiết từng gen một và nên bắt đầu từ gen quan trọng nhất là MAPK5 (Mitogen Activated Protein Kinass 5). MAPK5 điều chỉnh việc sản xuất kinase, một protein điều chỉnh phản ứng của cây lúa đối với những yếu tố hạn chế sinh học như thiếu nước, quá mặn hoặc lạnh. Ở mức thấp hơn, MAPK5 dường như đóng vai trò làm gián đoạn những hạn chế sinh học do sâu bệnh gây ra. Theo Yang, gen này do điều kiện bất lợi phi sinh học tạo ra, song cũng được kích hoạt bởi bệnh đạo ôn và một số bệnh hại lúa khác.
Để nghiên cứu chức năng của gen này, Yang và Xiong đã biến đổi gen lúa theo 2 cách: Ở một số cây lúa, MAPK5 bị ức chế tới mức nó vẫn “ngủ” khi có stress; ở những cây khác MAPK5 được thể hiện quá rõ rệt, tức là sẽ phản ứng nhanh hơn và mạnh hơn đối với stress. Kết quả được so sánh với những cây lúa đối chứng (gen không bị biến đổi). Kết quả thí nghiệm cho thấy những cây lúa có gen MAPK5 đều sống được qua hạn và lạnh, những cây lúa có gen bị ức chế có xu hướng bị chết do stress gây ra (Yang and Xiong, 2003).
Yusaku và cộng tác viên thuộc viện nghiên cứu Sinh học Nông nghiệp (NIAS) ở Tsubaka đã lai tạo được một giống lúa mới với rễ sâu có thể duy trì được năng suất cao trong điều kiện hạn hán. Họ đã tìm thấy môi gen đặc biệt trong một giống lúa được trồng trên vùng núi cao ở Philippines. Giống lúa đó tên là Kinandang Patong
hệ thống rễ nông và mọc xiên của những giống lúa điển hình trên các cánh đồng ngập nước.
Gen của giống lúa có rễ sâu này là DR01 (Deeper Rooting 1) được chuyển vào giống lúa IR64, một giống được trồng phổ biến nhất khu vực châu Á. Sau đó, giống lúa mới này được đem đi cấy trên các ruộng lúa ở 3 điều kiện khác nhau: đất không hạn, đất khô hạn vừa phải và đất khô hạn trầm trọng. Thông thường ở điều kiện khô hạn vừa phải, năng suất của giống IR64 giảm chỉ còn 42% so với điều kiện không khô hạn. Nhưng với giống lúa mới IR64 kết hợp với gen DR1 thì sản lượng gần như không bị tác động. Đối với điều kiện khô hạn trầm trọng thì sản lượng IR64 rất thấp và gần như mất trắng, trong khi giống lúa mới này chỉ giảm sản lượng khoảng 30%.
Liên hợp quốc ước tính dân số thế giới sẽ lên tới 9,6 tỷ người vào giữa thế kỷ 21 và 10,9 tỷ người vào những năm 2100 so với mức 7,2 tỷ người hiện nay. Theo tổ chức Nông lương của Liên hợp quốc (FAO) và Viện nghiên cứu Nông nghiệp quốc gia Pháp (INRA), để cung cấp đủ lương thực cho con người trong bối cảnh lụt lội, hạn hán diễn ra ngày càng trầm trọng, cần phải có một chiến dịch toàn diện chống tình trạng lãng phí lương thực, sử sụng đất đai, nước, phân bón, thuốc trừ sâu một cách hợp lý, cũng như đẩy mạnh công trình nghiên cứu trong lĩnh vực nông nghiệp nhằm tạo ra các giống lúa năng suất cao có khả năng chịu được thời tiết khắc nghiệ như hạn hán (Yusaku UGA et al, 2013).
1.5.2 Ứng dụng dấu phân tử SSR trong chọn giống lúa hạn.
Meng và cộng tác viên (2007) đã tiến hành nghiên cứu mối liên hệ giữa khả năng chịu hạn của lúa với các dấu phân tử SSR. Các nhiễm sắc thể (NST) liên quan đến khả năng chiu hạn của lúa cùng với việc sử dụng các dấu phân tử SSR đã được phát hiện. Tác giả đã sử dụng vật liệu nghiên cứu là quần thể F2 được tạo ra từ hai giống Taichung 189 (thuộc japonica) là giống lúa địa phương nhạy cảm với hạn và Myliang 23 (thuộc indica) là dòng chịu hạn. Tổng cộng có 525 dấu phân tử SSR được sử dụng để biểu hiện đa hình giữa giống cha mẹ. Có 121 dấu phân tử SSR biểu hiện đa hình và được lập bản đồ trong quần thể F2, trong đó có 4 dấu phân tử SSR là RM72 (lr8.1), RM518 (lr4.1), RM228 (lr10.1), RM20A (lr12.1) trên NST 4,8,10 và 12 liên quan đến khả năng chịu hạn sẽ được sử dụng một cách hiệu quả cho việc chọn ra các dòng chịu hạn. Những QTL ảnh hưởng đến đặc điểm nông học quan trọng cũng được báo cáo, có 5 QTL như RM136 (y6.1 trên NST 6), RM537 (y4.1 trên NST 4), RM5443 (y1.1 trên NST 1), RM3231 (y 8.1 trên NST 8), RM3 (y6.2 trên NST 6) có liên quan đến năng suất. Hạn là một yếu tố giới hạn ảnh hưởng đến sự phát triển của cây lúa và việc áp dụng những dấu phân tử SSR có liên quan chặt chẽ đến khả năng chịu hạn sẽ tạo điều kiện cho việc chọn tạo các dòng lúa chịu hạn và rút ngắn thời gian chọn giống.
Kanagaraj và cộng tác viên (2010) cũng đã tiến hành tìm mối liên kết giữa các dấu phân tử microsatellite và khả năng chịu hạn của lúa. Nguồn vật liệu ông sử dụng đó
là các dòng lúa thuộc các dòng tổ hợp lai (RI) giữa giống IR20 có năng suất cao, nhạy cảm với hạn, rễ công và giống Nootripathu có rễ sâu, thích nghi với điều kiện hạn. Quần thể bao gồm 330 dòng được kiểm tra trước khả năng chiu hạn có 11 dòng RI chịu hạn tốt và 12 dòng RI chịu hạn kém, được gom vào nhóm chiu hạn và nhạy cảm với hạn. Lấy 25ng DNA của 11 dòng chịu hạn vàn 12 dòng nhạy cảm với hạn tiến hành PCR và sản phẩm được kiểm tra bằng phương pháp điện di trên gel agarose 3%. Kết quả là trong 1206 cặp SSR được sử dụng có 134 cặp biểu hiện đa hình. Trong 134 cặp đó có 3 primer là RM212, RM 302, RM3825 biểu hiện hoàn toàn đồng nhất giữa các dòng RI. Ba primer đó nằm ở NST 1 của lúa giữa 135,8 và 143,7 cM, liên kết với khả năng chịu hạn và được sử dụng trong chương trình chọn giống lúa hạn bằng dấu phân tử.
CHƯƠNG 2