Nghiên cứu ứng dụng kỹ thuật công nghệ sinh học trong chọn tạo giống lúa chịu mặn ứng phó biến đổi khí hậu tại Việt Nam

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:6

Thêm vào BST

Báo xấu

27
lượt xem 3
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

“Nghiên cứu ứng dụng kỹ thuật công nghệ sinh học trong chọn tạo giống lúa chịu mặn ứng phó biến đổi khí hậu tại Việt Nam” được thực hiện nhằm nhanh chóng lai tạo giống lúa mới với khả năng chống chịu mặn thích nghi tốt ở các vùng chịu ảnh hưởng của tác động biến đổi khí hậu tại Việt Nam.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Nghiên cứu ứng dụng kỹ thuật công nghệ sinh học trong chọn tạo giống lúa chịu mặn ứng phó biến đổi khí hậu tại Việt Nam

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ SINH HỌC TRONG CHỌN TẠO GIỐNG LÚA CHỊU MẶN ỨNG PHÓ BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU TẠI VIỆT NAM Nguyễn Thúy Kiều Tiên*1, Lê Hùng Lĩnh2, Nguyễn Khắc Thắng1, Trần Ngọc Thạch1, Trần Ánh Nguyệt1, Trần Thu Thảo1, Khuất Thị Mai Lương2, Đỗ Đức Tuyến1, Phòng Ngọc Hải Triều1, Trần Anh Thái1, Võ Thanh Toàn1, Nguyễn Thanh Quân2, Lê Huy Hàm2, Nguyễn Thị Minh Nguyệt2 (1) Viện Lúa Đồng bằng sông Cửu Long, (2) Viện Di truyền Nông nghiệp. Tóm tắt: Kết quả của đề tài đã thu thập trong và ngoài nước được 305 giống lúa và tiến hành thanh lọc khả năng chống chịu mặn trong điều kiện nhân tạo kết hợp với đánh giá kiểu gen đã xác định được 4 giống lúa phục vụ cho nghiên cứu lai chuyển gen/QTL chống chịu mặn vào các giống lúa đang phổ biến là OM4900 và Bắc Thơm 7 là: Pokkali, FL478, Bắc Việt và VN193. Hai giống lúa chịu mặn triển vọng được phát triển gồm OM89 mang QTL Saltol có nền di truyền của giống lúa OM4900 và SHPT15 mang QTL Saltol có nền di truyền của giống lúa Bắc Thơm 7 nhờ ứng dụng thành công kỹ thuật MABC (lai hồi giao có sự hỗ trợ của chỉ thị phân tử). Các nguồn vật liệu có biểu hiện khả năng chống chịu được mặn cao ≥ 6 ‰ được sử dụng như giống cho gen để tạo quẩn thể con lai, lập bản đồ tìm new QLT chống chịu mặn cao, hai bản đồ QTL liên kết với tính chống chịu mặn mới ngoài vùng QTL Saltol được phát hiện trên hai quần thể OM4900*2/Bắc Việt và Hương Việt*2/VN193 cũng được phát hiện trong nghiên cứu này. Đề tài cũng đã công bố 02 quy trình chọn giống lúa kháng mặn trên cơ sở sử dụng các chỉ thị phân tử liên kết với QTL Saltol và gen chống chịu mặn mới, có thể rút ngắn thời gian chọn tạo giống lúa chống chịu mặn. 1. ĐẶT VẤN ĐỀ Biến đổi khí hậu là một trong những thách thức lớn nhất của nhân loại, làm gia tăng nhiệt độ trái đất kết quả làm tan băng dẫn đến mực nước biển dâng cao gây nên ngập lụt và xâm nhập mặn ảnh hưởng lớn tới hệ thống sản xuất nông nghiệp. Việt Nam cũng không nằm ngoài tác động tiêu cực này, những năm gần đây biến đổi khí hậu đã và đang diễn biến ngày càng phức tạp, đất canh tác lúa bị mặn hóa do nước biển xâm nhập sâu bên trong nội đồng đang ngày càng trở nên phổ biến, khó dự đoán. Cây lúa đặc biệt nhạy cảm với độ mặn ở giai đoạn mạ non và sinh trưởng sinh thực. Trong những năm gần đây, nhiều nghiên cứu lập bản đồ gen (QTL) thường tập trung để sáng tỏ và kiểm tra các 2
gen chính kiểm soát cơ chế chống chịu mặn và loại trừ ion Na+ từ thân lúa sử dụng đa dạng các giống chịu mặn. Trong số các QTL được khám phá, Saltol là một QTL có ảnh hưởng lớn đã cung cấp cơ hội tuyệt vời để đưa vào các giống lúa cao sản hoặc kết hợp cho nhiều chống chịu stress khác thông qua lai hồi giao cải tiến dựa trên marker phân tử (MABC). Vùng Saltol kéo dài từ 9.3 đến 16.4 Mb trên cánh ngắn NST số 1 từ quần thể lai đơn (RIL) (IR29 x Pokkali), được ký hiệu là Saltol1. Theo nhiều công trình công bố thì QLT Saltol1 có cho biểu hiện chống chịu mặn trên cây lúa từ 4-6‰, với mong muốn tìm new QLT mang gen chống chịu mặn ngoài Saltol1 có khả năng chống chịu mặn cao hơn, trước hết là sàng lọc kiểu hình nguồn vật liệu gen chống chịu mặn, lựa chọn các vật liệu thể hiện khả năng chống chịu mặn cao hơn giống mang gen Saltol1, tạo quần thể con lai và lập bản đồ QTL với mục tiêu xác định vị trí của new QLT, nghiên cứu này thật sự cần thiết để hội tụ chúng vào trong các giống năng suất cao và chống chịu mặn ổn định. Với các giống lúa hiện đang được trồng phổ biến ở Đồng bằng sông Cửu Long (OM4900) và đồng bằng sông Hồng (Bắc Thơm 7) có khả năng thích ứng rộng, phẩm chất gạo tốt, ngắn ngày năng suất cao nhưng khả năng chống chịu mặn kém sẽ được sử dụng MABC như là một công cụ hiệu quả trong việc lai chuyển gen chống chịu mặn Saltol 1 vào các giống này nhưng vẫn giữ được các tính tính cơ bản của giống nền (OM4900 và Bắc Thơm 7). Song song đó với các nguồn vật liệu tại ngân hàng gen hoặc du nhập có biểu hiện khả năng chống chịu được mặn cao ≥ 6 ‰ được sử dụng như giống cho gen để tạo quẩn thể con lai, lập bản đồ tìm new QLT chống chịu mặn cao. Vì vậy, đề tài “Nghiên cứu ứng dụng kỹ thuật công nghệ sinh học trong chọn tạo giống lúa chịu mặn ứng phó biến đổi khí hậu tại Việt Nam” được thực hiện nhằm nhanh chóng lai tạo giống lúa mới với khả năng chống chịu mặn thích nghi tốt ở các vùng chịu ảnh hưởng của tác động biến đổi khí hậu tại Việt Nam. 2. VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1. Vật liệu Gồm 305 dòng thu thập như; Bắc Việt, Cần lùn, OM2517, OM359, OM380, OM429, OM442, OM461, OM462, OM463, OM464, OM5451, OM8017, IR29, Pokkali, RC222…. Hai giống lúa thơm chất lượng cao cần cải thiện khẳ năng chống chịu mặn: Bắc Thơm 7 và OM4900. Hai giống lúa cho QTL Saltol: Pokkali, F478. Hai quần thể quần thể lập bản đồ gồm: OM4900*2/Bắc Việt và Hương Việt*2/VN193. 3
1760 markers bao gồm các markers liên quan đến tính trạng chịu mặn và các tính trạng khác phân bố trên 12NST của cây lúa. 2.2. Phương pháp nghiên cứu Thanh lọc mặn giai đoạn mạ: Thanh lọc theo quy trình của IRRI-1997 về đánh giá khả năng chống chịu mặn giai đoạn mạ của cây lúa. Lai tạo: Áp dụng phương pháp lai đơn và hồi giao cho các quần thể nghiên cứu. Đánh giá kiểu gen và phân tích số liệu: Số liệu được ghi nhận trong chương trình Excel và xử lý trong chương trình Graphical Genotyper (Van Berloo, 2008). Phân tích Cluster: Dữ liệu phân tích đã được thực hiện bằng cách sử dụng phần mềm NTSYSpc. Lập bản đồ QTL chịu mặn: Kết hợp đánh giá kiểu hình và kiểu gen của quần thể nghiên cứu lập bản đồ QTL quy định tính chịu mặn Khảo nghiệm tác giả và khảo nghiệm VCU Đánh giá khả năng chống chịu sâu bệnh trên đồng ruộng: Ghi nhận năng suất thực tế và phản ứng với sâu bệnh của các dòng trên đồng ruộng. Đánh giá theo thang điểm 9 cấp của IRRI năm 1997. Phương pháp thí nghiệm đồng ruộng: Đánh giá cùng với nhiều giống khác trong các bộ quan sát, so sánh năng suất sơ khởi, so sánh năng suất hậu kỳ, khảo nghiệm sinh thái và khảo nghiệm VCU được thực hiện theo “Qui phạm khảo nghiệm giá trị canh tác và sử dụng của giống lúa” (QCVN 01-55: 2011/BNN) do Bộ Nông nghiệp và PTNT ban hành ngày 05 tháng 7 năm 2011. 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1. Két quả phát hiện và sàng lọc được một số gen chống chịu mặn mới và chọn tạo các giống lúa có tính chịu mặn cao mang gen kháng mặn mới Tập đoàn các giống lúa được sử dụng đề xác định khả năng chống chịu mặn năm 2017 và 2018 gồm 305 dòng/giống, từ kết quả thanh lọc khả năng chống chịu mặn đã chọn được 18 nguồn vật liệu biểu hiện khả năng chống chịu mặn tốt nhất phục vụ cho mục tiêu phát triển quần thể để lập bản đồ xác định QTL quy định khả năng chống chịu mặn là: Trei May, Ba Bụi Lùn, Bắc Việt, Cẩn Lùn, Nàng Quất Nhuyễn, IR15T1354, IR15T1434, IR15T1387, IR15T1112, IR15T1335, IR15T1466, AB51, OM442, AB42, IR13T160, IR15T1132. Kết hợp với kết quả đánh giá trạng thái allen của các giống lúa tại vùng Saltol đã xác định các cặp lai tiềm năng: OM4900/TreiMay, OM4900/Nàng Quất Nhuyễn và OM4900/Bắc Việt phát triển các quần thể lai ở các thế hệ F1, BC1F1, 4
BC1F2 và BC1F3 để tiến hành lập bản đồ di truyền phân tích các QTL có liên quan đến tính chống chịu mặn ở các thế hệ phân ly. Kết quả nghiên cứu hai quần thể OM4900*2/Bắc Việt và Hương Việt*2/VN193 xác định được hai bản đồ liên quan đến tính trạng chống chịu mặn 6‰ của hai quần thể trên như sau: Hình 1. Bản đồ 03 locus gen chịu mặn và các chỉ thị phân tử liên kết trên NST số 1, 6 và 11 của giống VN193 Hình 2. Bản đồ QTL quy định khả năng chịu mặn giai đoạn mạ 6‰ có nguồn gốc từ quần thể OM4900*2/Bắc Việt quy định tính chống chịu mặn tốt hơn giống đối chứng Pokkali. 5
3.2. Kết quả sử dụng phương pháp chọn giống bằng chỉ thị phân tử và lai trở lại tích hợp để quy tự gen kháng mặn Saltol vào giống lúa chủ lực OM4900 Các giống mang QTL Saltol được lựa chọn để cải thiện khả năng chịu mặn của giống lúa OM4900 gồm hai giống là: Pokkali và FL478. Thực hiện các bước lai tạo và chọn lọc để cải thiện khả năng chống chịu mặn giai đoạn mạ của giống lúa OM4900 (nhiễm mặn-cấp 7) bằng nguồn gen chịu mặn Saltol từ hai giống lúa FL478, Pokkali và nguồn gen từ QTL mới đề tài đã chọn được 5 dòng triển vọng biểu hiện chống chịu mặn nhưng có các đặc tính phẩm chất, năng suất tương đương với giống lúa OM4900 là: F18-1-103-53-39-39, F18-1-103-56-43-43, P2-4-200-130-B-109, P8-74-12-1-46-134 và OM44. Kế thừa các quần thể được phát triển trước đó 3 giống lúa mới biểu hiện khả năng chống chịu mặn cao đã được phát triển gồm: OM89, OM24 và OM3. Trong đó giống lúa OM89 đã thông qua hội đồng nghiệm thu cấp cơ sở đánh giá tính vượt trội của giống so với giống đối chứng Nàng Hoa 9 trong khảo nghiệm VCU. 3.3. Kết quả tích hợp đa gen kháng mặn vào giống lúa OM4900 và Bắc Thơm 7 3.3.1. Tích hợp đa gen chịu mặn vào giống lúa OM4900 Một quần thể lai được phát triển giữa dòng mang QTL Saltol của tổ hợp lai OM4900*4/Pokkali ký hiệu P8-74-12 với dòng mang QTL mới quy định tính chịu mặn từ quần thể OM4900*2/Bắc Việt ký hiệu là NewQTL-6-7 cho mục tiêu tích hợp đa gen chịu mặn vào giống lúa OM4900. Kết quả lai tích hợp đa gen chịu mặn vào giống lúa OM4900 đề tài đã phát hiện được 1 cá thể tích hợp cả 2 vùng QTL: QTL Saltol từ giống Pokkali và QTL mới từ giống Bắc Việt. Tuy nhiên, tính chống chịu mặn của cá thể này trong điều kiện lây nhiễm nhân tạo ở độ mặn 6‰ chưa biểu hiện vượt trội so với cá thể chỉ tích hợp vùng Saltol (P8-12-7-3) và giống Pokkali điều này có thể do ảnh hưởng của môi trường hoặc cũng có thể ảnh hưởng bởi hiện tượng tương tác ức chế giữa các gen cùng quy định 1 tính trạng khi xuất hiện trong cùng 1 nền di truyền do đó cần có những nghiên cứu kỹ hơn nữa để giải thích cho cơ chế nêu trên. Cá thể tích hợp đa gen P8-12- 7-1 được thu hạt và chọn lọc ở những thế hệ kế tiếp phục vụ cho những nghiên cứu tiếp theo của đề tài 3.3.2. Tích hợp đa gen chịu mặn vào giống lúa Bắc Thơm 7 Quần thể lai tích hợp đa gen nhằm cải thiện khả năng chống chịu mặn của giống Bắc Thơm 7 được phát triển trên cơ sở giống lúa cho gen VN193, kết quả đã xác đinh được 5 dòng chịu mặn cao có các đặc tính nông sinh học tốt là: SalT-7-35-15, SalT-13- 16-13, SalT-13-20-1, SalT-30-1-21 và SalT-30-4-6 có khả nặng chịu mặn giai đoạn mạ ở độ mặn 7‰ tương đương so với giống cho gen (VN193) và giống đối chứng chống chịu (Pokkali). Hàm lượng amylose của các dòng triển vọng đều dưới 20%. 6
3.4. Kết quả nghiên cứu phát triển giống lúa có nền Bắc Thơm 7 mang gen chịu mặn Saltol cho các tỉnh ven biển Đồng bằng sông Hồng Kế thừa kết quả nghiên cứu từ trước, giống lúa SHPT15 được phát triển từ tổ hợp Bắc Thơm 7*4/FL478 ở thế hệ BC3F6 đề tài tiếp tục các bước nghiên cứu kế tiếp và phát triển thành giống SHPT15 tham gia vào mạng lưới khảo nghiệm VCU tại các tỉnh phía Bắc từ vụ Mùa 2018, mô hình thử nghiệm cũng được xây dựng trên giống lúa SHPT15 với quy mô 30 ha tại 3 tỉnh Bắc Giang, Hải Dương và Nam Định trong 2 vụ Xuân 2019 và Mùa 2020 cho thấy hiệu quả kinh tế mang lại của mô hình là 7.475.000 đồng/ha so với canh tác giống lúa Bắc Thơm 7. Quy trình kỹ thuật canh tác cho giống SHPT15 cũng được xây dựng tại các tỉnh phía Bắc cho thấy giống SHPT15 cho hiệu quả tối ưu khí cấy ở mật độ 45 – 50 khóm/m2, cấy 02 – 03 dảnh/khóm với lượng phân bón 100 kg N + 90 kg P2O5 + 80 kg K2O + 10 tấn phân chuống/ha. Vụ Mùa bón giảm 10% lượng phân so với vụ Xuân, lượng phân bón 100 kg N + 90 kg P2O5 + 80 kg K2O + 10 tấn phân chuồng /ha. 05 lớp tập huấn kỹ thuật canh tác giống lúa SHPT15 chịu mặn cho nông dân tại và 02 hội thảo đầu bờ nhằm giới thiệu về giống lúa SHPT15 tới cán bộ kỹ thuật và người dân địa phương. 4. KẾT LUẬN Kết quả của đề tài đã thu thập và đánh giá tính chống chịu mặn tổng cộng 305 dòng/giống lúa. Xác định được hai giống lúa sử dụng để xây dụng bản đồ QTL quy định trạng chịu mặn 6‰ là Bắc Việt và VN193. Hai quần thể lập bản đồ QTL được phát triển là OM4900*2/Bắc Việt và Hương Việt*2/VN193, hai bản đồ liên kết tính trạng chịu mặn có nguồn gốc từ hai giống Bắc Việt và VN193 được xây dựng với từ 10 chỉ thị liên kết chặt với tính trạng chống chịu mặn. Xây dựng 01 quy trình chọn giống sử dụng chỉ thị liên kết với tính trạng mục tiêu nhằm cải thiện khả năng chống chịu mặn giai đoạn mạ của cây lúa từ QTL Saltol và 01 quy trình chọn giống sử dụng các chỉ thị phân tử liên kết với gen chịu mặn mới. Các giống lúa chịu mặn mới được chọn tạo là OM89 mang nền di truyền của giống lúa OM4900 và giống lúa SHPT15 mang nền di truyền của giống Bắc Thơm 7. 7