Xác Định Gen Kháng Bạc Lá Phổ Rộng Ở Một Số Giống Lúa Thơm Chất Lượng Cao

1

MỞ ĐẦU

Lúa gạo là cây lƣơng thực quan trọng của con ngƣời. Trên thế giới, cây

lúa đƣợc xếp vào vị trí thứ hai sau cây lúa mì về diện tích và sản lƣợng. Ở

Châu Á, lúa gạo đƣợc coi là cây lƣơng thực quan trọng nhất, chiếm diện tích

135 triệu trong tổng số 148,4 triệu ha trồng lúa của toàn thế giới.

Ở Việt Nam, lúa đƣợc trồng rộng rãi và là nguồn lƣơng thực chủ yếu

của con ngƣời. Tuy nhiên có nhiều yếu tố gây hại làm giảm năng suất và sản

lƣợng lúa. Một trong số những bệnh làm giảm đáng kể sản lƣợng lúa là bệnh

bạc lá lúa do vi khuẩn Xanthomonas oryzae. Bệnh xuất hiện cả ở vùng nhiệt

đới lẫn ôn đới. Thông thƣờng, các nòi tại vùng nhiệt đới có độc tính cao hơn

các nòi ở vùng ôn đới.

Theo thống kê, bệnh bạc lá lúa có thể gây hao hụt năng suất lúa một

cách đáng kể. Tại Nhật Bản có khoảng 300.000 - 400.000 ha lúa bị nhiễm

bệnh hàng năm. Có những ruộng lúa có năng suất giảm từ 20 đến 50% do bị

nhiễm bệnh bạc lá. Ở Việt Nam, bệnh bạc lá có thể làm giảm từ 6% - 60%

năng suất và bệnh xuất hiện ở hầu hết các vùng trồng lúa trong cả nƣớc [4].

Để phòng trừ bệnh bạc lá ở lúa, đến nay chủ yếu vẫn sử dụng kỹ thuật

canh tác còn biện pháp hóa học thì chƣa có loại thuốc hóa học đặc trị. Hƣớng

tạo giống lúa kháng bệnh bạc lá đƣợc ghi nhận là có hiệu quả nhiều mặt vì

vừa giảm chi phí, bảo vệ môi trƣờng lại tạo đƣợc nông phẩm sạch đảm bảo

chất lƣợng. Việt Nam là nƣớc nằm trong vùng nhiệt đới nóng ẩm mƣa nhiều

thích hợp cho các chủng vi khuẩn bạc lá phát triển mạnh, gây trở ngại cho

công tác phòng trừ, mặt khác còn giảm sản lƣợng lúa một cách đáng kể. Vì

vậy, nâng cao và ổn định sản lƣợng, đồng thời tạo giống có khả năng chống

bệnh lâu bền trong sản xuất là một trong những nội dung quan trọng của

chƣơng trình nghiên cứu chọn tạo giống lúa của thế giới cũng nhƣ của Việt

Nam [12].

Hiện nay, khi chất lƣợng cuộc sống ngày càng tăng, nhu cầu tiêu thụ

những giống lúa gạo chất lƣợng cao cũng ngày càng tăng. Mặc dù Việt Nam

2

là một nƣớc xuất khẩu gạo đứng thứ hai trên thế giới (sau Thái Lan), nhƣng

chỉ thƣờng xuất khẩu các giống lúa có chất lƣợng trung bình và giá cả thƣờng

thấp hơn giá gạo của Thái Lan khoảng 10 - 20%. Hơn thế nữa, chúng ta mới

có rất ít loại lúa thơm để đặt chân vào thị trƣờng gạo thơm trên thế giới.

Trong thực tế, nƣớc ta hàng năm vẫn phải nhập một lƣợng gạo thơm nhất định

từ Thái Lan và một số nƣớc khác để bán trên thị trƣờng nội địa và giá cả các

loại này thƣờng gấp 4 - 5 lần giá gạo thƣờng trong nƣớc.

Ở các tỉnh trong nƣớc, nông dân đang gieo trồng các giống lúa thơm là

các giống lúa cổ truyền nhƣ tám thơm, dự… và một số giống lúa cải tiến đƣợc

nhập từ Trung Quốc: bắc thơm số 7, hƣơng thơm số 1… Tuy nhiên, các giống

lúa này chỉ cho chất lƣợng tốt và có mùi thơm ở những vùng, địa phƣơng nhất

định. Mặt khác một số giống nhƣ bắc thơm số 7, AC5… lại thƣờng bị nhiễm

một số bệnh hại lúa: đạo ôn, bạc lá… nên việc phát triển các giống lúa này

còn rất bấp bênh. Nông dân và ngƣời tiêu dùng đang đòi hỏi có giống lúa

thơm chất lƣợng cao, kháng sâu bệnh tốt phục vụ cho tiêu dùng, xuất khẩu và

tăng thêm thu nhập…

Hiện nay, Bộ môn công nghệ sinh học, Viện cây lƣơng thực thực phẩm

đang ứng dụng những thành tựu của CNSH hiện đại trong phân tích, xác định

gen kháng bạc lá trên các giống lúa thơm chất lƣợng cao nhằm tạo giống lúa

có năng suất cao, chất lƣợng ổn định, chống chịu sâu bệnh bền vững để phục

vụ không những nhu cầu trong nƣớc mà còn tăng cƣờng thị phần xuất khẩu

gạo thơm chất lƣợng cao trên thế giới.

Dựa trên cơ sở thực tiễn đó, chúng tôi tiến hành đề tài: “Xác định gen kháng

bạc lá phổ rộng ở một số giống lúa thơm chất lượng cao. ”

3

Chƣơng 1

TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

1.1. Giới thiệu chung về cây lúa

Cây lúa thuộc họ hòa thảo, thân bụi, lá mềm. Cây lúa trồng thuộc chi

Oryza với nhiều loại khác nhau. Trong số 23 loại đã phân loại, chỉ có hai loài là

O.glaberryma sreud và Oryza sativa L. đƣợc trồng cấy. Loài O.glaberryma

sreud chỉ đƣợc trồng chủ yếu ở một số nƣớc miền Tây Châu Phi. Loại O. sativa

L. đƣợc trồng khắp thế giới và hiện đƣợc chia thành hai loại: Japonica và Indica.

Lúa Japonica sinh trƣởng ở điều kiện khí hậu ôn hòa có hạt tròn, khó bị gãy

hoặc vỡ, khi nấu chín, loại gạo này thƣờng dính và dẻo. Lúa Indica thƣờng sinh

trƣởng và phát triển ở vùng khí hậu nóng ẩm, có hạt gạo thƣờng dài và dễ bị vỡ,

khi nấu thông thƣờng không bị kết dính. Tất cả các loại gạo có nguồn gốc từ

Nam Á, bao gồm Ấn Ðộ, Thái Lan, Việt Nam và Nam Trung Quốc đều là lúa

Indica [23].

Lúa O. sativa L. có bộ nhiễm sắc thể đơn bội n = 12. Đa số các loại lúa

dại và lúa trồng hiện nay có bộ gen ở trạng thái lƣỡng bội và là cây tự thụ phấn,

ít có khả năng thụ phấn chéo [23].

Trên thế giới, lúa O. sativa L. có diện tích gieo trồng của đứng thứ hai

sau lúa mì, tổng sản lƣợng đứng thứ ba sau lúa mì và ngô. Lúa đƣợc trồng ở

khắp các lục địa trừ Antarctica. Sản phẩm thu đƣợc từ cây lúa là thóc. Sau khi

xát bỏ lớp vỏ ngoài thu đƣợc sản phẩm chính là gạo. Lúa gạo là nguồn lƣợng

thực quan trọng cho khoảng 2/3 dân số trên thế giới, vì thế lúa O. sativa L. trở

thành loại lƣơng thực đƣợc con ngƣời tiêu thụ và ƣa chuộng nhiều nhất [22].

Hiện nay, diện tích trồng lúa chiếm trên 1/10 diện tích đất trồng trên thế

giới và có 15 nƣớc trên thế giới trồng lúa với diện tích hơn hơn 1 triệu ha, trong

đó có tới 13 nƣớc ở Châu Á. Riêng Trung Quốc và Ấn Độ chiếm khoảng 50%

diện tích trồng lúa và 56% sản lƣợng lúa toàn cầu. Bangladesh, Indonexia và

Thái Lan, mỗi nƣớc đều có diện tích trồng lúa lớn hơn tổng diện tích trồng lúa

4

của tất cả các nƣớc Mĩ La Tinh. Châu Phi có diện tích trồng lúa gần bằng diện

tích trồng lúa của Việt Nam, nhƣng sản lƣợng lúa lại thấp hơn Việt Nam từ 2 - 3

lần [11, 21].

1.2. Giới thiệu về lúa thơm

Lúa thơm là loại lúa có mùi thơm đặc trƣng và có vị trí đặc biệt trong thị

trƣờng xuất khẩu gạo với giá trị kinh tế cao. Căn cứ vào sự thể hiện mùi thơm

của hạt cơm, ngƣời ta phân ra 2 kiểu gen ở cây lúa: thơm (aroma) và không

thơm (non-aroma). Thuật ngữ aroma phát xuất từ resine, tinh dầu và cao đƣợc thị

trƣờng phân hạng theo mùi thơm của nó. Và các nghiên cứu trên thế giới cũng

nhƣ ở Việt Nam đã chỉ ra rằng mùi thơm của hạt đã đƣợc xác định là 2.acetyl -

1-pyroproline [13, 17, 18].

1.2.1. Phân loại

Cũng giống nhƣ các giống lúa khác, lúa thơm cũng đƣợc phân loại theo

cấu trúc, màu sắc và hình dạng hạt gạo của chúng.

Ví dụ, theo kích thƣớc hạt lúa, đƣợc phân loại thành:

+ Loại hạt dài: có chiều dài hơn 6 mm, có thể gấp 3 lần chiều rộng, khi

nấu hạt cơm không dính, cũng có gạo dài mà dính ở Lào và Thái lan.

+ Loại hạt trung bình: có kích thƣớc trung bình khoảng 5 - 6mm.

+ Loại hạt ngắn: có chiều dài khoảng 4 - 5 mm chiều dài và khoảng 2,5

mm chiều rộng.

Về màu sắc hạt, có những loại lúa thơm khác nhau cho hạt gạo màu nâu,

hạt gạo màu trắng, hạt gạo màu đỏ và hạt gạo màu đen… [12].

Một giống lúa thơm của Thái Lan cho loại gạo hạt dài và tƣơng đối ít

dính, do gạo hạt dài chứa ít amylopectin hơn so với các giống hạt ngắn. Các loại

gạo nếp là gạo hạt ngắn.

Lúa thơm ở Nhật Bản là loại gạo hạt ngắn và dính.

- Ở Việt Nam: Các giống lúa thơm đang đƣợc gieo trồng trong nƣớc cũng

đƣợc chia ra nhiều loại và chủ yếu dựa vào chiều dài của hạt gạo nhƣ:

5

+ Dạng hạt dài có: Tẻ thơm, Nàng thơm, Bắc thơm, Nghi hƣơng, hƣơng

cốm, hƣơng thơm số 1, AC5, AC15…

+ Dạng hạt tròn có : Nếp nƣơng, Nếp cái hoa vàng, nếp thơm chợ đào…

1.2.2. Đặc điểm hình thái và nông học của lúa thơm

Các giống lúa thơm có dạng hạt dài, màu nâu vàng đặc trƣng. Khi gieo

trồng, lúa có màu sắc lá xanh mƣợt (giai đoạn mạ) đến xanh đậm (khi đem gieo

cấy ngoài đồng ruộng), kiểu đẻ nhánh chủ yếu là xòe, thời gian sinh trƣởng

khoảng 110 – 115 ngày (đối với các giống hạt dài ), nên chúng đƣợc dùng để

gieo trồng trà trung trong vụ mùa ở miền Bắc. Còn các giống lúa thơm hạt tròn

có thời gian snh trƣởng dài hơn khoảng 120 – 130 ngày. Lúa thơm có mùi đặc

trƣng tích trữ trong tất cả các bộ phận của cây, trừ rễ.

1.2.3. Các nghiên cứu về gen quy định tính trạng mùi thơm ở cây lúa

Gen điều khiển mùi thơm của hạt gạo đã đƣợc nhiều tác giả nghiên cứu,

với nhiều kết luận khác nhau:

- 1 gen lặn (Ghose và Butany, 1952; Sood và Siddiq, 1978; Berner và Hofl,

1986).

- 1 gen trội (Kadam và Patan kar, 1938).

- Hai gen lặn, hoạt động bổ sung - tỉ lệ 7 : 9 ở F2 (Tripathi và Rao, 1979).

- Hai gen lặn, hoạt động lặp đoạn - tỉ lệ 1 : 15 ở F2 (Dhulappanvar,

Mensinkai, 1969).

- Hai gen lặn, 1 gen hoạt động nhƣ một yếu tố ức chế - tỷ lệ 3 : 13 ở F2

(Charkravarty 1948, Tsuzuky và Shimokawa, 1990).

- Ba gen lặn - tỷ lệ 27 : 37 ở F2 (Kadam và patarkar 1938, Nagarju và ctv

1975, Reddy và Sathynaraynaiah, 1980).

- 4 gen lặn - tỷ lệ 81 : 175 ở F2 (Dhulappanavar, 1976).

- Đa gen (Richharia và ctv, 1965) [19, 20].

Tại Đại học Cornell, Ahn và ctv (1992) đã áp dụng kỹ thuật RFPL marker

để nghiên cứu gen quy định tính trạng mùi thơm ở cây lúa. Đó là một gen lặn, ký

hiệu là fgr, định vị trên nhiễm sắc thể số 8, liên kết chặt với marker RG28.