Lúa gạo là nguồn lương thực cần thiết cho một phần không nhỏ dân số trên thế giới và là nguồn lương thực chính ở phần lớn châu Á, châu Đại Dương, Bắc và Nam Mỹ, châu Phi (Shaoqing Li & cs., 2007). Hàng năm có hàng triệu hecta trồng lúa trên khắp thế giới, đã bị nhiễm sâu bệnh hại, làm ảnh hưởng nghiêm trọng đến năng suất và chất lượng lúa gạo. Trong số các loại bệnh hại trên cây lúa, bệnh bạc lá (BB) do vi khuẩn Xanthomonas Oryzae pv. Oryzae (Xoo) và bệnh đạo ôn do nấm Magnaporthe oryzae (tên gọi khác là Pyricularia grisae) gây ra là hai loại bệnh hại nghiêm trọng nhất ở hầu hết các vùng trồng lúa trên thế giới (Jung & cs., 2013). Rầy nâu (BPH) Nilaparvata lugens cũng là một trong những tác nhân gây hại nghiêm trọng nhất ở các nước châu Á nơi lúa được trồng rộng rãi.

Với sự tiến bộ vượt bậc của các kỹ thuật sinh học phân tử và sự hiểu biết về cơ chế gây bệnh của các tác nhân gây hại, những chương trình chọn giống lúa kháng đã mang lại những kết quả khả quan, nhiều giống kháng bệnh mới đã được đưa vào sản xuất (Vera cruz & cs., 2014; Jena & cs., 2014...). Tuy nhiên, sự xuất hiện những chủng nấm, vi khuẩn gây bệnh mới và sự biến đổi của các biotip rầy nâu có thể nhanh chóng bẻ gãy tính kháng của các giống lúa mang gen kháng. Để quản lý có hiệu quả tính kháng sâu bệnh hại chính, chiến lược chọn giống hiện đang được tập trung nghiên cứu là chú trọng vào việc tận dụng những gen kháng phổ rộng và tích hợp nhiều gen kháng chính, gen kháng từng phần và cả các QTL vào cùng một giống (Miah & cs., 2012, Fukuta & cs., 2014). Thông qua chọn giống truyền thống và chọn giống phân tử, các giống lúa vẫn giữ được các đặc tính nông sinh học quý đồng thời tích hợp được nhiều gen kháng sâu bệnh hiệu quả. Việc nghiên cứu đa dạng di truyền, độc tính và sự phân bố của các tác nhân gây bệnh là một khâu vô cùng quan trọng, tạo cơ sở khoa học cho việc lựa chọn gen kháng và sàng lọc tính kháng trên đồng ruộng.

Hiện nay, các nhà khoa học trong nước đã thực hiện các nghiên cứu qui tụ nhiều gen kháng với một tính trạng mong muốn vào một giống lúa bằng phương pháp chọn giống dựa vào chỉ thị phân tử (MAS, MABC) và mang lại nhiều kết quả đáng ghi nhận. Nhiều giống lúa kháng bạc lá, giống kháng đạo ôn và giống 2 kháng rầy nâu được lai tạo và thử nghiệm trong sản xuất đã quy tụ 2, thậm chí 3 gen kháng chính. Mặc dù vậy, hầu hết các giống lúa đa gen kháng được chọn tạo trong thời gian vừa qua mới chỉ kháng với đơn tính trạng. Hướng nghiên cứu tích hợp đa gen kháng với đa yếu tố trong chọn tạo giống lúa là hướng tiếp cận mới, cần nhiều thời gian tạo nguồn vật liệu và những cơ sở khoa học về bệnh học, khả năng kháng bệnh của những gen kháng chính và các QTL kháng phụ.

Chính vì vậy, việc ứng dụng công nghệ chọn giống nhờ chỉ thị phân tử và lai trở lại để cải tiến giống lúa chất lượng có khả năng kháng đa yếu tố là một hướng nghiên cứu cần được quan tâm. Đề tài: “Tích hợp đa gen kháng bệnh bạc lá, rầy nâu và đạo ôn cổ bông vào giống lúa chất lượng bằng chỉ thị phân tử (MABC)” do Cơ quan chủ trì Viện Di truyền Nông nghiệp Viện Khoa học Nông nghiệp Việt Nam cùng phối hợp với Chủ nhiệm đề tài TS. Nguyễn Thị Minh Nguyệt thực hiện, với mục tiêu ứng dụng công nghệ chọn giống nhờ chỉ thị phân tử và lai trở lại để cải tiến giống lúa chất lượng kháng đa yếu tố phục vụ sản xuất lúa gạo bền vững tại Việt Nam.

Trong nhiều năm trở lại đây, cây lúa (Oryza sativa L.) được xem như một nền di truyền kiểu mẫu trong những nghiên cứu về sinh học phân tử, các nghiên cứu thường được chú trọng vào việc nắm bắt cơ chế sinh trưởng, phát triển và chống chịu với những yếu tố bất lợi của môi trường do sâu bệnh hại và biến đổi khí hậu gây ra. Việc sử dụng các giống kháng trong các chương trình chọn giống giúp quản lý hiệu quả sâu bệnh hại và giảm thiểu những tác động xấu đến môi trường. Chính vì vậy, việc xây dựng các chiến lược chọn giống nhằm cung cấp tính kháng bền vững cho cây lúa đã trở nên thực sự cần thiết trong thực tiễn sản xuất.

Với sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ sinh học, các nhà khoa học đã ứng dụng nhiều phương pháp mới để hỗ trợ cho chọn tạo giống truyền thống (đột biến phân tử, chỉ thị phân tử, công nghệ chuyển gen...). Một trong những phương pháp hỗ trợ hiệu quả và được ứng dụng rộng rãi trong chọn tạo giống cây trồng hiện nay là phương pháp chọn giống nhờ chỉ thị phân tử kết hợp lai trở lại (Marker-Assisted Backcrossing - MABC). MABC là phương pháp thiết thực và rất hiệu quả trong việc cải tiến các nền di truyền ưu tú với một vài tính trạng mong muốn mới. Nguyên lý của phương pháp MABC là chuyển một QTL/gen từ dòng cho gen vào dòng nhận gen đồng thời chọn lọc phần hệ gen còn lại bằng chỉ thị phân tử nhằm giữ được nền di truyền ưu tú của dòng nhận gen ban đầu (Singh & cs., 2011). Thông qua phương pháp MABC, tốc độ của quá trình chọn lọc được đẩy nhanh đáng kể (chỉ cần đến thế hệ BC2 hoặc BC3 là đạt kết quả tương đương với BC6 theo phương pháp thông thường). Chọn giống nhờ chỉ thị phân tử kết hợp lai trở lại còn giúp khắc phục được những trở ngại mà công tác chọn giống truyền thống rất khó giải quyết nhờ loại bỏ được các tác động gây nhiễu do các tương tác giữa các alen gây ra. Những tương tác này thường không thể phát hiện được bằng phân tích kiểu hình. Phương pháp MABC còn đặc biệt hiệu quả trong trường hợp cần đưa nhiều gen khác nhau vào một nền gen ưu việt.

Sau thời gian nghiên cứu, đề tài đã thu được những kết quả như sau:

- Đã thu thập mới, phân lập và bảo quản 230 nòi nấm bệnh đạo ôn từ 34 tỉnh thành phố, 210 chủng vi khuẩn bạc lá lúa từ 20 tỉnh thành phố. Kết quả đánh giá độc tính cho thấy các gen Pi1, Pi9(t) có khả năng kháng hiệu quả đối với các nòi nấm đạo ôn mới phân lập, hai gen kháng xa5 và Xa7 có khả năng kháng tốt với 100% chủng vi khuẩn bạc lá thu thập mới. Tổng số 25 nòi nấm đạo ôn và 25 chủng vi khuẩn bạc lá đại diện cho các vùng sinh thái được chọn lọc để phục vụ cho thí nghiệm lây nhiễm nhân tạo.

- Sử dụng phương pháp chọn giống dựa vào chỉ thị phân tử và lai trở lại (MABC) đã chọn tạo được giống lúa AGI-5 và 8 dòng lúa triển vọng tích hợp đa gen kháng đa tính trạng.

- "Quy trình tích hợp đa gen kháng đa yếu tố vào giống lúa chất lượng bằng chỉ thị phân tử MABC" đã được công nhận cấp cơ sở, hỗ trợ hiệu quả cho phương pháp chọn tạo truyền thống, góp phần thúc đẩy nhanh quá trình chọn tạo giống lúa chất lượng tích hợp đa gen kháng đa yếu tố.

Có thể tìm đọc báo cáo kết quả nghiên cứu (mã số 18602/2021) tại Cục Thông tin khoa học và công nghệ quốc gia.

Đ.T.V (NASATI)