HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM
HOÀNG THỊ GIANG
TẠO THỂ LAI MANG GEN KHÁNG BỆNH MỐC SƯƠNG
BẰNG DUNG HỢP TẾ BÀO TRẦN GIỮA KHOAI TÂY DẠI
VÀ KHOAI TÂY TRỒNG
CHUYÊN NGÀNH: DI TRUYỀN VÀ CHỌN GIỐNG CÂY TRỒNG
MÃ SỐ: 62 62 01 11
TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ
HÀ NỘI - 2016
Công trình hoàn thành tại:
HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM
Ngƣời hƣớng dẫn: 1. GS.TS. NGUYỄN QUANG THẠCH
2. TS. RAMONA THIEME
Phản biện 1: PGS.TS. NGUYỄN ĐỨC THÀNH
Viện Công nghệ Sinh học
Phản biện 2: PGS.TS. HÀ VIẾT CƢỜNG
Học viện Nông nghiệp Việt Nam
Phản biện 3: PGS.TS. ĐẶNG TRỌNG LƢƠNG
Viện Di truyền Nông nghiệp
Luận án sẽ được bảo vệ trước Hội đồng đánh giá luận án cấp Học viện họp tại:
Học viện Nông nghiệp Việt Nam
Vào hồi giờ, ngày tháng năm 2016
Có thể tìm hiểu luận án tại thƣ viện:
- Thƣ viện Quốc gia Việt Nam
- Thƣ viện Học viện Nông nghiệp Việt Nam
1
PHẦN 1. MỞ ĐẦU
1.1. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI
Trong các bệnh gây hại khoai tây, bệnh mốc sương do Phytophthora
infestans (Mont.) de Bary gây ra được coi là bệnh phổ biến và nguy hại nhất. Trong
điều kiện thuận lợi bệnh có thể phát triển nhanh thành dịch, phá hủy toàn bộ mùa
màng trong vòng một đến hai tuần lễ. Việc sử dụng biện pháp phòng chống bệnh
hại bằng thuốc hóa học vừa gây ô nhiễm môi trường vừa tăng chi phí sản xuất
(Darsow et al., 2008) nhưng vẫn không giảm thiệt hại hoàn toàn. Hơn nữa, nấm mốc
sương có tính di truyền khá linh động và thích ứng cao nên dễ kháng các loại thuốc
hóa học. Chọn giống kháng bệnh mốc sương được coi là một biện pháp hiệu quả.
Chọn giống khoai tây kháng bệnh vào đầu thế kỷ 20 (những năm 1950 và 1960) tập
trung vào việc sử dụng các gen trội (R còn gọi là gen Rpi) chính kháng mốc sương từ
loài hoang dại Solanum demissum và 11 gen R được chuyển vào khoai tây. Mặc dù
gen kháng chính có hiệu quả cao, nhưng tính kháng ở các giống mang gen kháng
chính R nhanh chóng bị vượt qua vì nấm mốc sương có khả năng thích nghi với cây
kháng rất nhanh (Fry, 2008; McDonald and Linde, 2002). Tuy nhiên, nhiều chiến
lược khác nhau được xem xét để sử dụng nhiều gen kháng để tạo ra khả năng kháng
đồng ruộng bền vững (Jones, 2001; Park et al., 2009; Darsow, 2014) và sử dụng các
gen kháng từ nhiều loài hoang dại khác nhau. Các gen kháng từ các nguồn khác
nhau được tích tụ nhờ phương pháp lai chuyển gen truyền thống và sử dụng chị thị
phân tử (Tan et al., 2008, 2010).
Các nghiên cứu gần đây cho thấy nhiều loài khoai tây dại mang nguồn gen
kháng bệnh mốc sương cao (Szczerbakowa et al., 2005, Thieme et al., 2008, 2010).
Tuy nhiên, rất khó để chuyển đặc tính kháng này qua con đường lai hữu tính giữa
các loài hoang dại (2n = 2x = 24) với khoai tây trồng (2n = 4x = 48) do cơ chế cách
ly về sinh sản (Jackson and Hanneman, 1999), cụ thể là sự khác biệt về số lượng
nhiễm sắc thể và số cân bằng nội nhũ (Borgato et al., 2007; Tiwari et al,, 2010). Để
khắc phục rào cản lai này nhà chọn giống có thể sử dụng kỹ thuật nhiễm sắc thể, lai
bắc cầu, thụ phấn mento, xử lý auxin và cứu phôi. Dung hợp tế bào trần để tạo con
lai, gọi là con lai soma, là một giải pháp để khắc phục rào cản lai xa (Oberwalder et
al., 2000; Wielgat and Wasilewska, 2001) và chuyển nhiều gen kháng vào khoai
tây trồng. Dung hợp tế bào trần hay lai soma có thể chuyển các tính trạng đơn gen
và đa gen từ các loài hoang dại vào khoai tây nhưng vẫn bảo toàn được hệ gen nhân
và tế bào chất (Gavrilenko et al., 2003) và tạo ra nguồn vật liệu đa dạng mang mức
kháng bệnh cao (Mattheij et al., 1992; Thach et al., 1993; Davey et al., 2005;
Thieme et al., 2010).
1.2. MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI
Xác định được các thông số để tách, dung hợp, nuôi cấy tái sinh tế bào trần
giữa các loài khoai tây dại nhị bội kháng bệnh mốc sương và các giống khoai tây
2
trồng mẫn cảm với bệnh mốc sương.
Tạo được các con lai soma bằng dung hợp tế bào trần giữa các loài khoai tây
dại nhị bội với các giống khoai tây trồng tứ bội nhằm chuyển tính kháng bệnh mốc
sương từ loài dại vào khoai tây trồng.
Tạo được các con lai lại (backcross) giữa các con lai soma với các giống
khoai tây trồng tứ bội nhằm tạo được dòng vật liệu di truyền khoai tây mang gen
kháng và có đặc điểm nông sinh học phù hợp phục vụ phát triển giống khoai tây
kháng bệnh mốc sương ở Việt Nam.
1.3. PHẠM VI NGHIÊN CỨU
Trên cơ sở thu thập được nguồn vật liệu quý là các dòng khoai tây dại mang
nguồn gen kháng bệnh mốc sương, đề tài tập trung nghiên cứu quy trình tách, dung
hợp tạo các thể lai soma cải thiện được khả năng kháng bệnh mốc sương đồng thời
tổ hợp được những tính trạng quý từ khoai tây trồng. Trên nền đa dạng di truyền đã
tạo ra tiền hành đánh giá, chọn lọc các thể lai soma có khả năng kháng bệnh mốc
sương và mang các đặc tính nông sinh học quý.
1.4. NHỮNG ĐÓNG GÓP MỚI CỦA ĐỀ TÀI
Đã xác định được các thông số để dung hợp tế bào trần giữa khoai tây dại
mang gen kháng bệnh mốc sương và khoai tây trồng bao gồm: nồng độ dung dịch
enzym thích hợp cho từng dòng/giống; thời gian ủ thích hợp của các mẫu lá trong
dung dịch enzyme đối với các dòng/giống khoai tây dao động từ 14-16 giờ; dung
hợp ở thông số 800 kHz với 2 lần xung; mật độ tế bào thích hợp nhất để xung điện
là từ 4x 105 tế bào/ml đến 5x 105 tế bào/ml; môi trường nuôi cấy các sản phẩm sau
dung hợp là môi trường VKMII lỏng; môi trường Cul-medium để tạo callus và môi
trường RJM để tái sinh chồi.
Đã lai thành công soma bằng dung hợp tế bào giữa khoai tây dại nhị bội (2x)
mang gen kháng bệnh mốc sương (S. bulbocastanum, S. pinnatisectum, S. tarnii)
với giống khoai tây trồng (Solanum tuberosum L.) tứ bội (4x) mẫn cảm với bệnh
mốc sương (Agave, Atlantic, Delikat, Quarta và Rasant) nhưng có năng suất và
chất lượng tốt. Các con lai soma của tổ hợp lai giữa dòng khoai tây dại
S.bulbocastanum với giống khoai tây trồng Delikat (2295/2, 2292/4, 2181/10 và
2283/5) mang gen kháng bệnh mốc sương Rpi-blb1 và Rpi-blb3 là nguồn vật liệu
kháng bệnh khoai tây có giá trị cho chương trình chọn tạo giống khoai tây kháng
bệnh của Việt Nam.
Đã lai trở lại thành công giữa các con lai soma với khoai tây trồng tạo được
11 tổ hợp lai và chọn được 4 con lai từ tổ hợp lai blb2G (+) Delikat/2283/5 x
Delikat (13.1303.2, 13.1303.4, 13.1303.6 và 13.1303.11) mang gen kháng bệnh
mốc sương đồng thời có các đặc điểm nông sinh học phù hợp, đây là nguồn vật liệu
có giá trị cho chọn giống khoai tây kháng bệnh ở nước ta.
3
1.5. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ Ý NGHĨA THỰC TIỄN
1.5.1. Ý nghĩa khoa học
Đây là một nghiên cứu có tính khoa học chuyên sâu về di truyền chọn giống cây
trồng. Đề tài cũng là một bước phát triển kỹ thuật cao của công nghệ tế bào thực vật
(kỹ thuật dung hợp tế bào trần) trong tạo giống khoai tây. Các kết quả của đề tài có
giá trị khoa học cả trong nước và quốc tế. Đề tài đã góp phần chứng minh khả năng
chuyển được tính kháng bệnh mốc sương từ các loài khoai tây dại sang các giống
khoai tây trồng thông qua dung hợp tế bào trần và ứng dụng thành công kết quả này
trong chọn tạo các giống khoai tây trồng kháng các loại bệnh quan trọng.
1.5.2. Ý nghĩa thực tiễn
Nghiên cứu đã chọn tạo được thành công 4 dòng con lai soma và khoai tây
trồng giống Delikat (blb2G (+) Delikat/2283/5 x Delikat là các dòng 13.1303.2,
13.1303.4, 13.1303.6 và 13.1303.11 có khả năng kháng bệnh mốc sương đồng thời
có đặc điểm nông sinh học phù hợp. Đây là nguồn vật liệu có giá trị cho chương
trình chọn giống khoai tây kháng bệnh mốc sương ở Việt Nam.
PHẦN 2. TỔNG QUAN TÀI LIỆU
2.1. TÌNH HÌNH SẢN XUẤT KHOAI TÂY TRÊN THẾ GIỚI VÀ VIỆT NAM
Theo số liệu tổng kết của FAOSTAT (2014), tổng diện tích trồng khoai tây
trên thế giới năm 2013 là 19.463.041 ha, trong đó khu vực Châu Á chiếm 51,68%
tổng diện tích trồng khoai tây trên thế giới, Việt Nam có diện tích trồng khoai tây
năm 2013 là 23.077 ha). Năng suất bình quân của thế giới là 18,9 tấn/ha trong đó
năng suất bình quân thực tế của Việt Nam chúng ta mới chỉ đạt 13,6 tấn/ha. Vấn đề
khó khăn nhất hiện nay đối với ngành sản xuất khoai tây đó là giống, đặc biệt là các
giống khoai tây sạch bệnh. Hiện giống khoai tây ở trong nước mới chỉ đáp ứng từ
20-25% nhu cầu, số còn lại phải nhập khẩu từ Trung Quốc, Hà Lan…
2.2. NGUỒN GEN KHOAI TÂY DẠI VÀ TÌNH HÌNH KHAI KHÁC NGUỒN
GEN KHOAI TÂY DẠI
Có rất nhiều các loài dại đã được phát hiện mang các đặc tính kháng sâu bệnh
và chống chịu với các điều kiện bất thuận đã được phát hiện và khai thác vào nguồn
gen khoai tây trồng. Ross (1986) đã chỉ ra rằng có 6 loài khoai tây dại được khai
thác cho các giống khoai tây trồng của Châu Âu bao gồm: S. demissum (kháng mốc
sương, PLRV), S. acaule (Kháng PVX, PLRV, PSTV, wart, Globoder và chịu
sương giá), S. stoloniferum (Kháng PVA, PVY), S. chacoense (Kháng PVA, PVY,
mốc sương, Colorado beetle, bọ nhậy), S. spegazzinii (kháng Fusarium, wart,
Globodera), S. vernei (kháng GloboderaI, có hàm lượng tinh bột cao). Theo thời
gian, nguồn gen kháng từ các loài khoai tây dại đã được khai thác và chuyển vào
nguồn gen khoai tây trồng.
