CH N T O GI NG KHÁNG
Ọ Ạ
Ố
1. Gi
i ớ thi uệ
ả ấ ậ ị ủ ố ọ ạ ệ ạ ệ ị ườ ể ộ ọ ừ ầ ọ ng b t l Các nhà ch n gi ng và s n xu t đã nh n ra giá tr c a tính kháng b nh đ i v i cây ố ớ đ u th k 19. Ngày nay, vi c ch n t o gi ng kháng d ch h i đã tr nên c c tr ng t ự ở ồ i đã hi u rõ các nh kỳ quan tr ng do m c đ thâm canh ngày càng tăng và con ng ả ng và s c kh e c a vi c s d ng bi n pháp hóa h c. h ệ ệ ử ụ ưở ố ế ỷ ứ i đ i v i môi tr ấ ợ ố ớ ỏ ủ ườ ứ ọ
ỹ ệ ể ọ ọ ố ơ ể ạ ệ ệ ơ ở ủ ế ầ ứ ấ ế Các k thu t công ngh sinh h c đã giúp các nhà ch n gi ng kháng hi u rõ c ch ng tác gi a cây và tác nhân gây b nh, s đa d ng c a qu n th tác nhân gây b nh t ệ ự ươ ọ cũng nh b n ch t các gen kháng b nh c a cây. Các ki n th c này là c s khoa h c ủ ng trình ch n t o gi ng kháng. cho các ch ậ ữ ư ả ươ ọ ạ ố
ệ ế ượ ủ ấ ọ ầ ử ụ ệ ố c phòng Gi ng kháng b nh luôn là m t thành ph n quan tr ng c a b t kỳ chi n l ố ch ng d ch nào; và m t khi s n có, s d ng gi ng kháng là bi n pháp phòng ch ng ộ hi u qu nh t, r ti n nh t đ i v i nông dân. ộ ẵ ấ ố ớ ấ ẻ ề ố ố ệ ị ả
Các b ướ c chính đ i v i m t ch ố ớ ộ ươ ng trình ch n t o gi ng kháng bao g m ố ọ ạ ồ
1. Xác đ nh m c đ đa d ng c a qu n th tác nhân gây b nh ủ ứ ộ ể ệ ạ ầ ị
2. Xác đ nh ngu n gen kháng ồ ị
3. L a ch n gen kháng phù h p ợ ự ọ
4. Chuy n gen vào gi ng cây u tú ư ể ố
5. Ch n l c và đánh giá dòng/gi ng cây u tú mang gen kháng ọ ọ ư ố
6. Đánh giá trên qui mô đ ng ru ng ồ ộ
7. Đăng ký và ng d ng ứ ụ
ng t ướ ọ ạ ướ ự ư c trên, v c b n cũng t ề ơ ả ỹ ậ ọ ố ề ả ở ộ ố ủ ề ố ỉ c ch n t o gi ng mang các tính Các b nh các b ươ nhi u giáo trình tr ng nông h c. Các k thu t lai và chuy n gien có th tham kh o ể ể ạ ch n gi ng và công ngh sinh h c. D i đây ch trình bày m t s ch đ ho c chú ý ướ ặ ọ ọ liên quan đ n ch n t o gi ng kháng b nh. ệ ệ ố ọ ạ ế
2. Đa d ng c a qu n th tác nhân gây b nh
ủ
ệ
ể
ạ
ầ
2.1. Đa d ng c a tác nhân gây b nh ủ ệ ạ
i 1 vùng đ a lý th ị ạ ệ ườ ể ủ ồ ọ ọ ầ ạ ệ ệ i loài và th ườ ướ ư ữ ấ ng r t khác nhau cũng nh không t ọ ườ ệ ộ ị , qu n th c a tác nhân gây b nh còn có th đ ng là các nghiên c u phân t ự ầ ể ủ ử ấ ng không đ ng nh t. Các cá th c a loài tác nhân gây b nh t i d ng các ch ng (race, strain), type sinh h c (biotype), nòi Chúng có th t n t i d ủ ể ồ ạ ướ ạ t = f.sp.)... C n chú ý sinh h c (biovar, pathovar = pv.), d ng chuyên hóa (forma specialis ứ ở là các khái ni m race, strain....nêu trên là các khái ni m phân lo i không chính th c ạ ng nhau gi a các m c d ng đ ươ ươ ứ ng do các nhà khoa h c nghiên c u m t nhóm/loài nhóm/loài tác nhân gây b nh (th ứ tác nhân nào đó qui đ nh). Ngoài ra, d a vào các nghiên c u ph h (phylogenetic), ả ệ ứ ể ượ c th ệ ườ x p vào các nhóm ph h khác nhau (phylogenetic group). ế ứ ả ệ
1
ạ ộ ố ể ấ ứ ủ ươ i ta c n ph i bi ệ ộ ố t đ ế ượ ề ể ạ ầ ậ ườ ứ ộ ệ ạ ầ ả ộ Các nhóm đa d ng trên có th r t khác nhau v tính gây b nh/tính đ c trên m t ng ng. Do v y, đ t o ra m t gi ng cây kháng b nh áp loài/gi ng cây ký ch t d ng cho m t vùng nào đó, đ u tiên, ng ủ c m c đ đa d ng c a ộ ụ tác nhân gây b nh.ệ
M t s ví d v m c đ đa d ng: ụ ề ứ ộ ộ ố ạ
1. N m Pyricularia oryzae (b nh đ o ôn lúa): xem ch ng 6 ệ ấ ạ ươ
ấ ạ ẫ ề ệ ạ ạ ả ậ ồ ố ứ ể ự ệ ồ 3. N m Fusarium oxysporum. Đây là loài n m đa d ng, gây b nh héo m ch d n trên ấ r t nhi u loài th c v t có hoa. Loài này g m kho ng 100 d ng chuyên hóa (formae ự ồ ấ ỗ speciales = s nhi u) căn c trên tính gây b nh trên các loài cây tr ng khác nhau. M i ệ ề d ng chuyên hóa l i có th bao g m các ch ng khác nhau d a trên tính gây b nh trên ủ ạ ạ gi ng khác nhau. ố
ụ ạ ộ ọ ứ ệ ạ ố ộ i đ ố ạ ượ ễ t đ i (tropical race 4) và race 4 c n nhi c chia ti p thành race 4 nhi ố ớ ố ậ ế ệ ệ Ví d : Fusarium oxysporum f.sp. cubense gây h i trên các cây thu c 2 h Musaceae và Heliconeaceae (b Zingiberales). D ng chuyên hóa này, căn c tính gây b nh trên các c chia thành 4 race là race 1, race 2, race 3 và race 4. Trong 4 race gi ng chu i l i này, race 4 nhi m ch y u trên các gi ng Cavendish (AAA) = nhóm chu i tiêu, và l ạ ủ ế đ ớ t đ i ượ (subtropical race 4).
2.2. Các k thu t dùng đ nghiên c u m c đ đa d ng c a tác nhân gây b nh là: ứ ộ ứ ủ ệ ể ạ ậ ỹ
2.2.1. S d ng gi ng ng 6) ử ụ ố ch th (khái ni m và ví d : xem ch ệ ụ ỉ ị ươ
2.2.2. Các phân tích phân tử
ỹ ậ ề ử ể ạ ể ử ụ ủ ụ ậ ỹ t, ti ng Anh và internet. D i đây là tóm t ứ ộ ể ộ ố ỹ ề ổ ế ướ ế ắ có th s d ng đ đánh giá m c đ đa d ng c a tác nhân gây Nhi u k thu t phân t ủ ệ nhi u tài li u b nh. Nguyên lý và ng d ng c a các k thu t này có th tham kh o ả ở ứ ệ ti ng Vi t m t s k thu t ph bi n trong ậ ế nghiên c u đa d ng tác nhân gây b nh cây. ệ ứ ệ ạ
ỹ ậ ự ồ ồ ẫ ẫ ướ ả ớ ả ứ ả t tr ế ướ ơ ậ ệ ả ể ạ ị ỏ ứ ộ ắ ể ữ ề ắ ồ ử RAPD (random amplified polymorphic DNA). K thu t này d a trên ph n ng PCR s ả ứ c kho ng kho ng 10 nts do d ng các m i ng u nhiên. Các m i ng u nhiên có kích th ả ụ OC). u di m Ư ể đó ph n ng PCR v i các m i này nhìn chung có Ta th p (kho ng 34-37 ấ ồ gien c a tác c thông tin v trình t c a k thu t là đ n gi n, không đòi h i bi ủ ự ủ ỹ nhân gây b nh và có th đánh giá m c đ đa hình trên toàn b b genome. M c đ đa ứ ộ hình hình thành do sai khác t i v trí g n m i và c sai khác v đ dài (m t đo n, thêm ồ ạ ấ đo n) gi a 2 v trí g n m i. Nh ng khác nhau ườ ớ ị gi a các phòng thí nghi m d n t ề ộ ộ ề ộ ả c đi m l n nh t là đi u ki n PCR th ệ ấ i k t qu không th ng nh t. ố ượ ẫ ớ ế ạ ữ ệ ả ấ
ậ ồ ỹ ướ c RFLP (Restriction Fragment Length Polymorphisms). K thu t này g m các b chính sau.
ướ ủ ệ ế ấ ượ c ti p theo là c t b ng enzyme ắ ằ ậ ng DNA yêu c u ph i th t ầ ả t. • Tinh chi c t gi ắ thu n khi ầ t DNA c a tác nhân gây b nh. Vì b ế i h n (RE = restriction enzyme) nên ch t l ớ ạ ế
• C t DNA b ng RE. ắ ằ
2
ắ ớ ệ ệ ẩ ặ ả t các m u. • Lai hóa (Southern blot) các s n ph m c t v i dò (probe) đ c hi u. Vi c ch n ọ l a dò r t quan tr ng đ m b o sao cho các băng đa hình (polymorphism) hình ấ ọ ự thành đ đ phân bi ủ ể ả ả ẫ ệ
• Phân tích m c đ đa hình b ng ph n m m thích h p. ứ ộ ề ằ ầ ợ
ẫ ậ ừ ướ ạ ứ ộ nhi u n ề ẩ ỹ ượ ử ụ ứ ặ ạ c s d ng là (i) đo n ch a nguyên t ấ ạ ứ ế ạ ả ố ộ ậ ụ ừ ừ ự ồ ố c ượ c châu Á đã đ Ví dụ: Adhikari et al (1995): 308 m u Xoo thu th p t t đ đánh giá m c đ đa d ng b ng k thu t RFLP. DNA vi khu n sau khi tinh chi c ế ượ ậ ằ ố ặ l p c t v i EcoRI ho c BamHI. Hai lo i dò đ ắ ớ (repetitive element) và (ii) đo n ch a gen AvrXa10. K t qu phân tích cho th y các m u Xoo châu Á g m 5 c m, v a phân b đ c l p theo qu c gia, v a có s di chuy n ể gi a các n c. ẫ ữ ướ
ỹ ủ ủ ứ ể ể ộ c chính sau: ậ ế ợ ư AFLP (Amplified Restriction Fragment Polymorphism). Đây là k thu t k t h p u đi m c a RFLP và PCR. S c m nh c a AFLP là kh năng ki m tra m c đ đa hình ứ ạ trên toàn b b genome c a tác nhân gây b nh. K thu t g m các b ệ ả ậ ồ ướ ỹ ủ
ướ ủ ệ ế c ti p theo là c t b ng enzyme ắ ằ ng DNA là yêu t DNA c a tác nhân gây b nh. Vì b ậ ố ấ ượ ộ ộ • Tinh chi ế c t gi i h n nên, gi ng nh đ i v i k thu t RFLP, ch t l ư ố ớ ỹ ớ ạ ắ c u quan trong. ầ
ng 1 ER có chu i c t hi m (nh EcoRI) còn ER kia ắ ỗ ắ ư ế • C t DNA b ng 2 RE, th ườ ằ có chu i c t ph bi n h n. ơ ỗ ắ ổ ế
• N i s n ph m c t v i adaptor (ch a chu i ER). S n ph m n i là khuôn cho ẩ ẩ ố c a RE là trình t ả ứ ỗ adapter và trình t ự ủ ự ự ồ găn m i ắ ớ ế c ti p theo. ố ả ph n ng PCR ti p theo. Trình t ả ứ c a b ủ ướ ế
ồ ề ọ ọ ự ủ ượ ự c a RE + 1 nucleotid đ ượ ử ụ ầ ồ ề ầ ầ • PCR l n 1 (preselective amplification): s d ng 2 m i ti n ch n l c. Trình t ử ụ adapter + trình t ầ ộ ố ồ ề ọ ọ ể ự c thêm m i ti n ch n l c là trình t ọ ọ c s d ng làm khuôn cho vào đ u 3’. S n ph m PCR l n 1 (hòa loãng) đ ẩ ả PCR l n 2. Chú ý: đ i v i m t s protocol, m i ti n ch n l c có th không ố ớ ch a 1 nucleotid b sung. ứ ổ
ử ụ ọ ọ • PCR l n 2 (selective amplification): s d ng 2 m i ch n l c. Trình t m i ti n ch n l c + 2 nucleotid đ ự ồ c thêm vào đ u 3’. S l ự ồ ề ồ ượ ầ ẽ ươ ứ ộ ặ ằ m i ch n ọ ng ố ượ ố ả ờ ứ ộ ọ ọ ồ ọ ọ 4, 16 và 64 l n). M t trong 2 m i ch n l c ồ ầ c đánh d u b c x ho c huỳnh quang nh m phân tích đi n di t ệ c đ ự c s d ng đ đánh giá chính ể ượ ượ ử ụ ượ ề ặ ể ầ l c là trình t ọ ọ ọ nucleotid (1,2,3) thêm vào đ u 3’ s tăng m c đ ch n l c đ ng th i gi m s ầ s n ph m PCR t ng ng t ả ẩ ừ th ng đ ấ ứ ạ ườ đ ng. Nhi u c p m i ch n l c có th đ ọ ọ ồ ộ xác m c đ đa hình. ứ ộ
• S n ph m PCR là các băng chung + các băng khác nhau gi a các m u. Các băng ữ ả ẩ ẫ ẽ ượ ề c đánh giá dùng ph n m m ầ khác nhau này là các DNA đa hình hình và s đ thích h p.ợ
ị ễ ẫ P. oryzae thu th p t ậ ạ c phân tích dùng k thu t AFLP. RE s d ng là EcoRI và MseI. M i ti n s ụ ượ ậ ậ
i mi n B c ắ Ví d . Nguy n Th Ninh Thu n (2006): 114 m u ề ồ ề ử đã đ ử ụ ỹ AATTC-3’, không ch a 1 nt b sung) d ng là EcoRI primer (5’- GACTGCGTACC ụ và MSEI primer (5’-GATGAGTCCTGAGTAA-3’, cũng không ch a 1 nt b sung). ứ ứ ổ ổ
3
s d ng 8 c p m i ch n l c đ t o ra 733 s n ph m AFLP-PCR trong đó ọ ọ ể ạ ả ẩ ặ ồ ng 6). Tác gi ả ử ụ 160 s n ph m là đa hình (xem thêm ch ả ẩ ươ
hi n nay có th đ c th c hi n d dàng t ả ậ ự ệ ạ ỹ ệ i trình t ứ ườ ố ệ ể ầ ư ứ ộ ệ ế ọ ợ ộ ị ườ ề ệ ạ c gi ủ ạ ệ ẩ ể ượ ẩ ầ ả ề i nhi u Sequencing. K thu t gi ể ượ ự ệ ễ ng ph n ánh phòng thí nghi m. Nghiên c u ph h d a vào chu i nucleotid hay aa th ỗ ả ả ệ ự ệ khá chính xác m i quan h cũng nh m c đ đa d ng c a qu n th tác nhân gây b nh ạ c vùng gen thích h p. Hi n nay nhi u lo i vector dòng hóa thu c nhóm n u ch n đ ượ ề ng t o đi u ki n cho vi c dòng hóa nhanh chóng s n vector TA s n có trên th tr ả ẵ ả i ph m PCR mà không c n ph i x lý enzym RE. S n ph m PCR cũng có th đ ả ử mã tr c ti p không c n dòng hóa. ự ế ầ
ỏ ụ ố ớ ấ ườ ụ gen CP c a m t s ề ự ủ i Vi ệ ạ ậ ạ ẫ ệ ụ ề
ồ c ngoài nh Philippin, Nh t B n, Đài Loan. T ng t ẻ ứ ả ậ ư ự ố c phân tích, các virus ơ ữ ộ ố ấ ạ
ỗ ẵ ạ ủ ể ả ệ ượ ư ệ ủ ố ầ ớ ữ ẫ ớ ệ ứ ộ ệ ự ụ ặ Potyvirus, h ọ Potyviridae), gen mã hóa v protein (CP Ví d . Đ i v i các potyvirus (chi c s d ng nhi u nh t cho m c đích phân lo i và ng đ = Coat Protein) là gen th ạ ượ ử ụ ộ ố nghiên c u đa d ng. Các nghiên c u g n đây d a vào trình t ầ ứ ự ứ ấ Papaya ring spot virus (PRSV) gây b nhệ t Nam cho th y potyvirrus thu th p t t Nam (1) r t đa d ng, (2) chia thành c m mi n Nam và đ m hình nh n đu đ c a Vi ạ ấ ủ ủ ố ồ ng đ ng cao v i các chu i có ngu n mi n Băc, (3) m t s m u chia x m c đ t ỗ ớ ộ ươ ộ ố ẫ ề , trong s 13 potyvirrus g c n ươ ố ướ Bean common mosaic virus (BCMV), Sugarcane mosaic đ ượ virus và Potatovirus Y (PVY) cũng có m c đ đa d ng r t cao. H n n a, m t s isolate ứ ộ g c c a cây ph h (đ c phân tích v i ph n l n các BCMV và SCMV có v trí n m ằ ở ố ủ ớ ị chu i s n có trên GenBank) còn cho th y d t Nam là 1 trong nh ng trung ng nh Vi ườ ấ i khó tâm đa d ng c a 2 virus này. M c đ đa d ng cao c a 4 potyvirrus k trên d n t ạ ự khăn đáng k khi áp d ng các bi n pháp phòng ch ng d a trên tính đ c hi u trình t ể (ch ng h n RNA silencing). ẳ ạ
3. Xác đ nh ngu n gen kháng
ồ
ị
3.1. S đa d ng c a th c vât ủ ự ự ạ
ồ ế ọ ọ ạ ố ặ ự ả ủ ộ ệ ủ ễ ồ i t t ừ ổ ạ ề ố ố ạ ặ ề ư ự ố ạ ủ ư ự chúng mang các gen kháng ch ng l ứ ệ ạ ố Cây tr ng ngày nay là k t qu c a quá trình ch n l c và nhân gi ng các d ng/dòng cây ự ế nhiên trên m t ho c nhi u vùng đ a lý qua hàng tri u năm. S ti n v n đã ti n hóa t ị ề ế ố i cây tr ng ngày nay di n ra ch m và, trong tiên hoang d i t hóa c a m t loài cây t ậ ạ ớ ộ ẫ ồ ạ ớ quá trình ti n hóa đã t o ra vô s các bi n d mà nhi u s trong chúng v n t n t i ế ị ế i d ng các loài hoang d i. M c dù nhi u loài hoang d i có th không có ý ngày nay d ể ướ ạ ươ nghĩa trong nông nghi p nh ng s đa d ng cũng nh s s ng sót c a chúng khi đ ng ệ ạ đ u vói nhi u tác nh n gây b nh ch ng t i các tác ỏ ậ ầ nhân gây b nh này. ề ệ
c v i đi u ki n th i ti t đ a ph ỗ ứ ọ ề ệ ượ ớ ộ ố ạ ờ ế ị ấ ư ố ấ ượ ạ ặ ị ọ ọ t nh t cũng nh ch ng ch u đ ng ti p t c đ ế ụ ượ i tác đ ng c a 3 y u t ế ố ượ ự ấ c ch n l c. Quá trình ch n l c này có th đ ọ ọ nhiên, (ii) d ch h i và (iii) con ng ạ ườ ự ủ ị th 3 s gi ế ố ứ ẽ ữ ạ ẫ ả ữ ấ ố ố i b t đ u làm nông nghi p, h ch n m t s d ng cây d i đ tr ng. ạ ể ồ Ở ọ ng, cho năng su t ấ ươ ệ ữ c s t n công c a d ch h i đ c tr ng ư ng t ủ ị ư c xem nh ể ượ ế ố ầ i. Hai y u t đ u i nh ng cá l ể ế ữ t nh t trong s nh ng cá th s ng sót. Vì quá trình ch n l c di n ra ọ ọ ễ ấ ố ng đ i đ c l p nên h u qu laf có r t nhi u gi ng cây tr ng mang đ c đi m ch ng ể ặ ề ấ ể ố ố ả ấ ồ i. Khi con ng ườ ắ ầ m i vùng, nh ng cây thích ng đ và ch t l ố c a đ a ph ươ ủ ị (i) t d ướ ộ lo i b nh ng cá th y u đu i và m n c m nh t còn y u t ạ ỏ ữ ố th có năng su t t ể t ậ ố ộ ậ ươ ch u khác nhau trên th gi ế ớ ị
4
ươ ế ỷ ơ ự ệ ố ồ ọ ạ ồ ể ố ầ ữ ạ ứ ộ ố ấ ượ t, đ ng nh t, th i gian sinh tr ờ ồ ng, nh p n i, cây d i...) th m chí gây đ t bi n nhân t o và t o ra vô s ị ộ ạ ậ ể ộ ứ ộ ủ ọ ổ ướ ố ạ ỏ ố ố ườ ố t này l ề ệ ớ i các gen kháng b nh, đ ượ ệ ẽ ớ ấ ộ ấ ề ể ộ ị ộ ủ ộ ụ ị ắ ố các cây tr ng t ồ ả ạ ự ụ các cây giao ph n (Vd ngô…). Đi u nay gi ể ể ự ậ ự ề ố ầ i phát tri n khá ch m i đã ti n hành các ch ng trình ch n t o gi ng mang Trong th k 20 và 21, con ng ườ ố ế tính h th ng h n, d a vào nh ng ki n th c m i v ký sinh, cây tr ng và t ng tác ữ ớ ề ứ ươ ế gi a chúng. Tuy nhiên xét v m c đ đa d ng c a cây tr ng, có th chia làm 2 giai ề ứ ủ ạ ộ đo n. Lúc đ u, m c đ đa d ng c a cây khá cao do các nhà ch n gi ng, trong quá trình ọ ạ ủ ạ t, ch ng ch u d ch h i ng t tìm ki m các gen các gen h u ích (năng su t cao, ch t l ế ị ị ố ấ ữ ng ng n....) đã lai các gi ng có ngu n g c r t khác t ố ấ ấ ố ưở ồ ố ắ nhau (đ a ph ố ậ ạ ế ạ ươ ướ ng các dòng/gi ng có ki u gen khác nhau. G n đây, m c đ đa dang c a cây có xu h ầ ố t vào trong m t s ít các ng t ng h p các gen t gi m vì các nhà ch n gi ng có xu h ộ ố ợ ả ố i ng h p, các gi ng t t. Trong nhi u tr gi ng và lo i b các gi ng không t ạ ố ợ ề ố c tr ng trên di n tích l n. Khi các cây ký ch đ ng nh t v m t di truy n, đ c đ ặ ấ ề ặ ủ ồ ồ ượ ộ c tr ng trên m t di n tích l n, thì s có m t t khi xét t bi ớ ệ ồ ệ kh năng l n là m t ch ng tác nhân gây b nh m i s xu t hi n và t n công các cây ký ệ ệ ớ ả ớ ẽ ệ ch này, d n t i m t v d ch. Do đ ng nh t v di truy n, t c đ phát tri n d ch b nh ấ ề ố ồ ẫ ớ ủ các cây tr ng nhân gi ng vô tính (Vd khoai tây, cao nh t, nhìn chung, b t g p ồ ặ ở ấ ộ ấ th (Vd l c…); và t c đ th p mía…); t c đ trung bình b t g p ố ắ ặ ở ố ộ ạ i sao h u h t các i thích t nh t b t g p ế ầ ấ ấ ắ ặ ở d ch b nh trên các qu n th th c v t t ấ nhiên, v n có ki u gen r t không đ ng nh t, ồ ấ ệ ị l ậ ạ ể
3.2. Ngu n gen kháng ồ
ồ ệ ể ng ị ồ ệ ọ ị ể ể ươ c truy n ổ c gây ạ Ngu n gen kháng b nh có chung ”b gen” nh đ i v i các gen qui đ nh các tính tr ng ố nh pậ di truy n khác. ”B gen” này có th là các gi ng ề n iộ , gi ng đ a ph hoang ố d iạ và c các gi ng đ ố ả ư ố ớ ươ hi n tr ng, gi ng ố đ a ph ị đã b lo i b ị ạ ỏ, các loài cây h hàng ạ . đ t bi n nhân t o ề , gi ng ố ế ộ ng ượ
ể ệ ặ . Trong tr ơ ệ ệ b nh n ng ặ ồ ở ố ể loài cây t ươ ữ ể ọ ả ế chúng ph i mang gen kháng. T ự i n i có áp l c ấ ạ ơ ng h p không th tìm th y cây s ng sót ấ ố ườ ở ơ n i ng ng tr ng ứ ể ạ . M t kh năng n a đ tìm ngu n gen kháng là ồ ồ ạ i ệ vì n u cây đã t n t ươ ng i ạ trung tâm kh i nguyên c a tác nhân gây b nh ớ ự h hàng hoang d i ở ặ ủ ệ ỏ ngu n gen kháng cũng có th tìm th y t ộ ủ ứ i . Thông th ng, gen kháng b nh có th tìm th y trên các cây s ng sót t ườ b nh cao ho c n i có ệ ợ ặ t i m t n i có b nh n ng thì gen kháng có th tìm ộ ơ ạ khác ho c tìm trên ặ tìm trên cây t lâu dài cùng v i s có m t c a b nh thì ch ng t t ự ấ ạ trung tâm kh i nguyên c a cây ả ở ủ ể ồ
ế ế ề ồ ủ
ở ấ ứ ủ ồ ủ ư ấ ạ ạ ạ ố ồ ở ủ ủ ạ ấ nhiên gi a KS và KC đã di n ra ầ ủ ọ ọ ự ữ ế ễ ở Thuy t Vavilop v đ ng ti n hóa ký sinh – ký ch • Vùng kh i nguyên xu t s c a m t loài cây tr ng là trung tâm hình thành phong ộ đó cũng phú nh t các lo i, d ng, gi ng c a loài cây tr ng đó và cây d i. Nh ng là trung tâm hình thành đ y đ nh t các loài, d ng, ch ng, nòi c a ký sinh nh có ờ quá trình ti n hoá và ch n l c t ờ đây lâu đ i nh tấ
• Tính đa d ng cây tr ng và ký sinh ạ ế ở ể ệ ố ề ờ ồ ỹ ị ạ vùng này th hi n qua quá trình bi n d m nh m nh t, nh đó xu t hi n và tích lu nhi u gi ng có tính kháng cao và đ ng th i ờ xu t hi n và tích lu nhi u ch ng ký sinh có tính đ c cao. ồ ấ ỹ ệ ề ẽ ấ ấ ệ ủ ộ
ủ ế ả ả ộ • Quan h ký sinh và ký ch đó cũng luôn bi n đ ng song cũng đ m b o th cân ế i cho s phát tri n c a c 2 phía. Phía ậ ợ b ng b n gi a ký sinh và ký ch t o thu n l ằ ể ủ ả ủ ạ ệ ề ữ ự
5
ờ ạ ệ ặ ộ ồ cây tr ng có các đ c tính ch ng b nh m i, đ ng th i t o cho ký sinh có đ c tính ớ m i đ v ot qua tính kháng c a cây tr ng đó. ồ ớ ể ự ố ủ ồ
ố ỉ ấ ở ế ớ ủ ệ ồ ấ • Trong m i quan h đ ng ti n hoá đó thì ti n hoá kh i đ u ch th y ủ ở ầ ớ ể ộ loài cây, gi ng cây ở ế ệ ồ ầ ố ở ồ ồ ễ ọ ọ ấ ạ ọ ố ỷ các loài cây ậ i. V y ký ch sau đó m i xu t hi n ch ng ký sinh có tính đ c m i đ cùng t n t ồ ạ vùng đ a lý, xu t chúng ta c n tìm ki m ngu n gen kháng ấ ở ị ế ậ ệ s kh i nguyên c a chúng trên th gi i. Ngu n gen kháng đó là ngu n v t li u ế ớ ủ ứ nguyên thu có tri n v ng nh t trong lai t o ch n l c gi ng có tính mi n d ch và ị ể kháng sâu b nh.ệ
4. L a ch n gen kháng
ự
ọ
4.1. Vai trò c a tính kháng ngang và kháng d c ọ trong t o gi ng kháng ủ ố ạ
4.1.1. Tính kháng d cọ
ng do m t ho c m t vài gen qui đ nh nên còn đ ọ ộ ặ ườ ượ ọ ể ệ ị ướ ự ệ ủ ỉ ầ ượ ặ ộ ộ ọ
ể ố ặ ỉ ng thích c a tác nhân gây b nh (nên còn đ ủ ọ ề ề ọ ng ng c a ký sinh là quan h gen-for-gen. c g i là tính Tính kháng d c th ộ kháng đ n gen. c/s ki n quan tr ng trong quá trình Các gen này đi u khi n các b ề ọ ơ c g i là các gen kháng ch . Ch c n m t ho c m t vài phát tri n b nh do đó còn đ ể gen kháng ch đã có th t o ra tính kháng. Tính kháng d c mang tính đ c hi u cao, ệ ặ ọ ể ạ ủ ủ c các ch ng nh m vào m t ho c m t s ch ng tác nhân gây b nh ch có th ch ng đ ệ ộ ố ủ ộ ượ ằ t c g i là tính kháng đ c hi u ch ng). ệ ặ ượ ệ ủ ươ Di truy n tính kháng d c tuân theo qui lu t di truy n Mendel và quan h gi a gen ký ậ ệ ữ ch qui đ nh tính kháng d c và gen t ươ ứ ủ ủ ệ ọ ị
ọ ễ ể ng đ ệ . H n n a tính Cây mang tính kháng d c nhìn chung kháng hoàn toàn tác nhân gây b nh ữ ơ kháng d c d thao tác h n (phân l p, chuy n gen, đánh giá) trong các ch ng trình ọ ươ ậ c a thích h n. nhân gi ng nên th ố ơ ượ ư ườ ơ
i các ch ng t ọ ấ ặ ệ ươ ứ ủ ủ ả ố ữ ề ươ ệ ớ ấ n i khác t ừ ơ ồ ệ ế ầ ặ ả ộ ể ị ng 4). ng ng c a tác nhân gây Tính kháng d c, m c dù r t hi u qu ch ng l ạ h ng nhìn chung không b n v ng. Tính kháng có th b m t n u xu t hi n ệ b nh n ể ị ấ ế ư ệ ớ i ng thích (t trong qu n th tác nhân gây b nh các ch ng m i không t ủ ầ ho c ch ng b kháng đ t bi n) có kh năng gây b nh (xem thêm ph n đ ng ti n hóa ủ ế R-Avr ch ươ
Tính kháng d c, do v y, có hi u qu nh t khi: ệ ậ ấ ả ọ
• Đ c t ng h p vào cây hàng năm d nhân gi ng nh cây c c h t nh (lúa mỳ, ễ ượ ổ ố ạ ư ợ ố ỏ lúa...).
• Nh m ch ng các lo i tác nhân gây b nh không sinh s n ho c phát tán nhanh ệ ạ ặ ố nh n m Fusarium, ho c không đ t bi n nhanh nh n m Puccinia ế ặ ộ ả ư ấ ằ ư ấ
• Bao g m các gen kháng ch đ ”m nh” đ b o v hoàn toàn và lâu dài cây ký ủ ủ ể ả ệ ạ ồ ch .ủ
• Qu n th ký ch không ch g m 1 gi ng đ ng nh t v di truy n đ ấ ề ỉ ồ ề ể ầ ồ ố ượ ồ c tr ng trên m t vùng r ng l n. ớ ộ ủ ộ
ế ượ ề ề ệ ặ c thì tính kháng d c s nhanh N u m t ho c nhi u đi u ki n trên không đáp ng đ ự chóng b phá v . Ngoài ra, tính kháng d c, vì m c đ kháng r t cao nên cũng t o áp l c ứ ứ ộ ọ ẽ ạ ộ ị ấ ọ ỡ
6
i d hình thành các ch ng tác nhân ệ ầ ẫ ớ ễ ủ ch n l c l n lên qu n th tác nhân gây b nh d n t ể ọ ọ ớ gây b nh m i. ệ ớ
ọ ở ộ ế ượ ộ ể ụ ẳ ắ Vì tính kháng d c d b b g y b i m t ch ng tác nhân gây b nh đ c m i hình thành ớ ệ ủ ạ nên nhi u chi n l c đi m này ch ng h n c áp d ng đ kh c phuch nh ượ ể ề nh h n h p gi ng ho c t o gi ng mang nhi u gen kháng ch . ủ ề ố ễ ị ẻ ẫ c đã đ ượ ặ ạ ư ỗ ợ ố
H n h p gi ng ỗ ợ ố (cultivar mixture).
ọ ự ả ự ươ ơ ằ ấ ể ạ ỗ ể ộ ố ỗ ợ ố ợ ư ờ ưở ặ ọ ạ i ta có th làm gi m s phát tri n c a d ch b nh b ng cách t o Trong tr ng tr t, ng ườ ể ủ ị ồ ệ ra s đa d ng di truy n c a m t loài cây tr ng. Ph ng pháp đ n gi n nh t đ t o ra ề ủ ả ồ ạ s đa d ng này là h n h p gi ng (cultivar mixture). H n h p gi ng là h n h p các ỗ ạ ự ợ gi ng gi ng nhau v các đ c tr ng nông h c nh th i gian sinh tr ể ng, phát tri n, ư ề ố ố ng và hình d ng h t...nh ng khác nhau v gen kháng. ch t l ư ạ ấ ượ ề ạ
c b nh nh ng làm gi m đáng k t c đ ỗ ượ ể ố ư ệ ả ộ H n h p gi ng không ch ng hoàn toàn đ ố phát tri n b nh nh 4 c ch : ơ ế ố ệ ợ ể ờ
(i) Kho ng cách gi a các cây m n c m tăng d n t ẫ ả ẫ ớ ữ ả i gi m t c đ phát tán. ố ộ ả
(ii) T ng t , t o ra rào c n v t lý là các cây c a gi ng có tính kháng cao. ươ ự ạ ủ ả ậ ố
(iii) T o tính kháng t o đ c do ch ng không đ c gây ra. ạ ượ ạ ủ ộ
ng b t l ổ ệ ệ ộ ậ ế ấ ợ ớ ấ ề ơ ệ ố ờ ướ ẫ ả ữ ạ , s ngày v i m đ 100% vào 8 gi ộ ẻ ố ố ớ ẩ ả ộ ị ệ ế ỗ (iv) Thay đ i vi khí h u theo h i cho b nh. Vd. trong m t thí nghi m h n h p gi ng gi a 1 lúa n p (m n c m v i n m đ o ôn, có chi u cao cao h n 35-40 cm ) ố ợ ả sáng trên ru ng thí nghi m đã gi m 1 gi ng lúa t t ừ ng đã gi m t ủ ươ ả ừ 84% xu ng 36% (Zhu et al. 2005). K t qu TLB trên gi ng lúa n p đã gi m 90%. ả 20 ngày xu ng còn kho ng 2 ngày và di n tích lá lúa n p b ph s ế ế ả ố ố
ỗ ố ớ ệ t có ý nghĩa đ i v i các b nh h i ph n trên m t đ t đa chu kỳ. ạ ng pháp ặ ấ ầ i t nh Vân Nam áp d ng ph ụ ươ H n h p gi ng đ c bi ố ợ Ví d : t ụ ạ h n h p gi ng đ ch ng b nh đ o ôn, TLB gi m 1 – 20 % . ợ ỗ i TQ, đ n năm 2000, >3000 ha lúa t ệ ặ ế ể ố ệ ạ ỉ ả ạ ố
Tham kh oả : http://199.86.26.56/education/AdvancedPlantPath/Topics/cultivarmixtures/
ề ợ ổ ộ ố Ng ườ ể ườ ể ạ ề ữ ề ờ ể ẻ ẫ ệ ạ ề T ng h p nhi u gen kháng trong m t gi ng. i ta có th lai các gi ng mang các ố ng tính kháng gen kháng khác nhau đ t o ra gi ng ch a nhi u gen kháng. Thông th ứ ề ố ng khá b n v ng vì tác nhân gây b nh c a các gi ng mang nhi u gen kháng ch th ệ ủ ườ ủ ố không d đ t bi n đ ng th i đ b g y nhi u gen kháng. Tuy nhiên, vi c t o gi ng ồ ế mang nhi u gen kháng r t ph c t p. ố ễ ộ ề ứ ạ ấ
4.1.2. Tính kháng ngang
ườ ượ ọ ị ỗ ề ứ ộ ộ ọ c g i là tính kháng đa c g i là tính ng (nên còn ng do nhi u gen qui đ nh (nên còn đ ỏ ề ượ ề ố ượ ậ c g i là tính kháng s l ng). Tính kháng ngang th gen), m i gen đóng góp m t m c đ nh vào tính kháng (nên còn đ kháng gen th )ứ . Tính kháng ngang di truy n theo qui lu t di truy n s l đ ượ ọ ố ượ
ư ữ ề ọ ư ủ ế ấ ả ủ ơ Tính kháng ngang qui đinh tính kháng không hoàn toàn nh ng b n v ng. Tính kháng ngang không b b g y nhanh và b t thình lình nh tính kháng d c. Tính kháng ngang ị ẻ ẫ ấ ặ i ph n ng phòng th . Tính kháng ngang có m t liên quan đ n nhi u quá trình d n t ả ứ ẫ ớ ề kh p n i, trên c cây tr ng l n cây d i, ch ng t ệ t c các ch ng c a tác nhân gây b nh ố ủ ạ ẫ ồ ắ c g i là tính kháng không đ c hi u). k c nh ng ch ng đ c nh t ượ ọ ể ả ữ ấ (nên còn đ ả ủ ệ ặ ộ
7
ấ Tính kháng ngang (tính kháng c b n áp l c ch n l c th p lên qu n th tác nhân gây b nh. ấ ạ ơ ả ) nhìn chung có m c đ kháng th p và do đó t o ứ ộ ể ọ ọ ự ệ ầ
t tính kháng d c và ngang
Có th tể óm t
ắ
ọ
ố ố ơ Gi ng kháng ngang ề ố ượ Gi ng kháng d c ọ 1 vài gen kháng (đ n gen) R t chuyên tính Nhi u gen kháng(đa gen) Không chuyên tính ấ ọ Ch tiêu ỉ ng gen kháng ọ
ề ữ ị Cao Không b n v ng ) ít ch ngủ ủ ớ Th pấ B n v ng ề ữ H u h t các ch ng trong ế ầ qu n th ký sinh ể ầ ủ ầ
ẩ ự ẩ ự
ầ ớ 1.S l 2.Tính (ch n l c) chuyên tính c a gen kháng ủ 3.M c đ kháng ứ ộ 4.Tính n đ nh ổ 5. Kháng đ i v i thành ố ph n ch ng trong qu n th ể ầ ký sinh 6.Tác đ ng c a gen kháng ộ ủ vào qu n th ký sinh (áp ầ ể l c ch n l c) ọ ọ ự
ả ứ phát Không thúc đ y s sinh hình thành các nòi race m i (qu n th ký sinh n ổ ể đ nh lâu dài) ị Các ph n ng khác nhau ả ứ 8.Ph n ng t ả ứ v ự ệ
Theo di truy n s l ng ề ố ượ 9.Di truy nề
D b nh h ng Thúc đ y s phát sinh hình thành các nòi, race m iớ (ch ng có đ c tính cao ộ ủ h n)ơ Thường là ph n ng siêu nh yạ Theo quy lu t di truy n ề ạ Mendel, ph n l n di truy n ề ầ ớ tính tr iộ Ít b nị ả h h ngưở ễ ị ả ưở ưở ạ ng c a ngo i ủ 10. nh h Ả c nhả
4.2. L a ch n gen kháng ọ ự
ọ ề ứ ệ ự ạ ầ ặ ệ ủ ặ ế ố ể , quan tr ng nh t ấ ọ ộ c aủ t là c a các ch ng, nòi chi m u th . Ngoài ra các ệ ệ kháng căn c vào nhi u y u t ế ố ệ ế ư ế ứ ộ ặ ể ủ c l a ch n nên có kh năng kháng ph r ng. ả ượ ự ổ ộ
t Nam, các gen kháng Pi-1, Pi-2, Pi- mi n B c Vi ụ ệ ắ ở c s d ng đ t o gi ng kháng n m đ o ôn. ố ớ ệ 33, Pi-ta2, Pi-k nên đ ề ể ạ ấ ạ ố
ụ ệ ề ạ Vi c l a ch n gen kháng ho c y u t là m c đ đa d ng c a qu n th tác nhân gây b nh, đ c tính gây b nh và tính đ c qu n th tác nhân gây b nh đ c bi ủ ầ gen đ ọ • Ví d 1. Đ i v i b nh đ o ôn ạ ượ ử ụ • Ví d 2. Đ i v i b nh b c lá ầ t Nam, vì các race 5, 3 và 2 chi m u ế ứ ượ c mi n B c Vi ở ạ ố ớ ệ ể ẩ ắ th trong qu n th vi khu n b c lá nên các gen kháng xa5, Xa7 và Xa21 nên đ ế s d ng. ử ụ
• Ví d 3. Đ i v i b nh xoăn vàng lá cà chua do begomovirus, trong tr ng h p s ụ ườ ố ớ ệ ậ ườ ỹ ọ ủ ủ ặ ả ợ ử i ta nên ch n các vùng gen ho c d ng k thu t kháng d a vào RNA silencing, ng ặ ự ụ ầ gen b o th cho c chi begomovirus, ch ng h n nh đ u C c a gen CP ho c đ u ư ầ ạ ẳ N c a gen Rep đ t o các c u trúc RNA silencing chuy n vào cây cà chua. ể ả ể ạ ủ ấ
8
5. S d ng marker phân t
trong ch n t o gi ng kháng.
ử ụ
ử
ọ ạ
ố
(ph bi n nh t là các marker d a trên RFLP và PCR) có th ạ ổ ế ử ấ ề c s d ng đ (i) tìm ki m gen kháng t ự ở ầ c) và đ ch n l c gi ng mang gen kháng t o đ ể v t li u kh i đ u (các dòng/gi ng cây ừ ậ ệ ượ c ọ ọ ố ạ ể ạ ể ậ ặ ố Nhi u lo i marker phân t đ ượ ử ụ ế tr ng ho c cây d i thu th p đ ượ ồ thông qua lai gi ng ho c chuy n gen b ng công ngh sinh h c. ể ố ệ ặ ằ ọ
ụ ư ề ể ế ố ạ ờ ệ ế ợ ạ ố
ồ ặ ụ ạ ậ ừ ẫ ị ượ ẫ c tr ng lúa châu Á (trong đó có gi ng Tetep – m t gi ng c truy n c a Vi và các công c đánh giá truy n th ng khác nh lây nhi m Vi c k t h p marker phân t ễ ề ử ọ t ki m đ c r t nhi u th i gian và ti n b c trong quá trình ch n nhân t o có th ti ề ượ ấ ệ t o gi ng kháng. ạ • Ví d 1. Đ i v i b nh đ o ôn, Wang et al (2007) đã s d ng các c p m i đ c hi u ệ i. Trong s này, ố ề các c xác đ nh mang gen kháng tr i Pi-ta, thu th p ch y u ủ ế ở ộ ệ t ủ ề ặ ử ụ nhi u n i trên th gi ế ớ ơ ậ ổ ố ộ ố ố ớ ệ gen Pi-ta đ th trên 141 m u lúa thu th p t ể ử 20 m u lúa đã đ n ồ ướ Nam).
ụ • Ví d 2. Đ i v i b nh b c lá, Huang et al (1997) đã s d ng các marker phân t ử ử ụ các gen kháng Xa4, xa5, xa13 và Xa21 vào các ạ ể ụ ố ớ ệ d a vào RFLP và PCR đ qui t ự gi ng lúa. ố
6. Đánh giá tính kháng
ọ ạ ệ ầ ể ặ ả ọ Đ i v i ch n t o gi ng kháng b nh, vi c đánh giá tính kháng luôn là ph n quan tr ng ố ớ c trong quá trình ch n l c cá th mang gen kháng sau lai ho c chuy n gen và c trong ả quá trình tìm ki m v t li u kh i đ u. ố ọ ọ ậ ệ ệ ể ở ầ ế
Đánh giá tính kháng đúng yêu c u 3 y u t ế ố ầ
ng pháp lây nhi m đúng ươ ễ
ệ ề ễ
• Ph • Đi u ki n lây nhi m đúng • H th ng tính đi m chính xác ệ ố ể
ng nghiên c u (c cây và tác nhân gây trên r t khác nhau tùy thu c đ i t ấ ế ố ộ ố ượ ứ ả
ụ ươ ạ ễ ng pháp lây nhi m là dùng kéo nhúng vào dung c đánh giá căn ỉ ẽ ượ ả ứ ễ ề
C 3 y u t ả b nh)ệ • Ví d 1. Đ i v i b nh b c lá. Ph ố ớ ệ d ch vi khu n và c t trên đ nh lá lúa. Ph n ng kháng nhi m s đ ắ ị ẩ c chi u dài v t b nh sau 18 ngày. ế ệ ứ • Ví d 2. Đ i v i b nh xoăn vàng lá. Ph ụ ố ớ ệ ử ụ ậ ọ ộ ỹ ễ ặ ọ ẽ ệ (d a theo m c đ bi u hi n tri u ễ ả ứ ứ ộ ể ứ ự ự ệ ấ b ng d ng pháp lây nhi m là s d ng vector b ươ ph n ho c dùng m t k thu t g i là agroinoculation. Ph n ng kháng nhi m s ấ đ ượ ch ng) nh trình bày ư ứ c đánh giá dùng thang phân c p th t ở ả i ướ
9
Thang phân c p b nh xoăn vàng ng n cà chua ọ
ứ ấ ỉ ẹ C pấ 0 1 2 3 ẹ ề ố ngưở 4 ấ i thành hình thìa r t ạ ố ệ ấ Mô tả Không tri u ch ng ệ mép lá chét trên lá đ nh Bi n vàng r t nh ế ẹ ở Bi n vàng nh và đ nh lá chét cu n nh ố ế ỉ Bi n vàng nhi u, lá cu n và cu n và cng thành hình thía. Cây v n ẫ ố ế sinh tr Bi n vàng và lùn r t d d i; lá cu n và cong l ấ ữ ộ ế rõ. Cây ng ng sinh tr ng. ưở ừ
10
