Luận án đa dạng di truyền của quần thể cây cao su Rondonia hevea brasiliensis muell arg được bảo tồn tại việt nam

Tính cấp thiết của đề tài Cây cao su có nguồn gốc từ lưu vực rừng Amazon và được phân bố tự nhiên trên lãnh thổ của chín Quốc gia Nam Mỹ (Wycherley, 1992). Chi Hevea thuộc họ Euphorbiaceae gồm 11 loài, các loài đều là nhị bội (2n = 36) và có thể giao phấn liên loài (Ong, 1979; Wycherley, 1992). Trong số các loài, Hevea brasiliensis là loài quan trọng nhất cho sản xuất và cung cấp hơn 98% sản lượng mủ cao su (Priyadarshan và Goncalves, 2003). Sản lượng mủ cao su trên thế giới đã tăng gấp 2,3 lần trong vòng hai thập kỷ gần đây, từ 5,8 triệu tấn vào năm 1994 lên đến 13,5 triệu tấn vào năm 2016 (Trần Thị Thúy Hoa và ctv, 2018).

Sản lượng mủ gia tăng nhanh chóng là do tăng diện tích và tăng năng suất, trong đó giống vẫn là yếu tố chính. Hiện nay, Việt Nam đã trở thành một trong những nước dẫn đầu về năng suất và đứng thứ ba về sản lượng mủ cao su thiên nhiên (ANRPC, 2018). Cải tiến giống cao su phụ thuộc rất lớn vào sự đa dạng di truyền và những tính trạng hữu ích có trong các bộ sưu tập quỹ gen (Santanna và ctv, 2021). Tuy nhiên, các quần thể cao su tự nhiên đang suy giảm và mất dần tính đa dạng di truyền do môi trường sống ngày càng bị thu hẹp; do đó, bảo tồn và phát triển quỹ gen với đa dạng di truyền tối đa nhằm đảm bảo cho sự tiến bộ của các chương trình cải tiến giống (Le Guen và ctv, 2009).

Cơ sở di truyền ban đầu để chọn tạo giống chỉ với số lượng mẫu rất hạn chế từ 22 cây được Wickham sưu tập tại Brazil năm 1876 (Webster và Baulkwill, 1989), nhưng chưa quá 10 thế hệ từ tổ tiên hoang dại ở rừng Amazon (Souza và ctv, 2015). Ở các nước trồng cao su, chọn tạo giống chủ yếu tập trung trên những dòng năng suất mủ cao, sinh trưởng khỏe và chu kỳ tuyển chọn giống đã được rút ngắn (Priyadarshan, 2017); hơn nữa, nguồn giống trồng hiện nay đang có nguy cơ thoái hóa vì các chương trình lai tạo đều sử dụng bố mẹ năng suất mủ cao và trải qua nhiều thế hệ trên cùng nguồn gen đã làm cho giống mới khó cải thiện được năng suất 2 mủ và thích nghi kém với môi trường (Lopes và Marques, 2015; Priyadarshan, 2016). Từ đó, việc mở rộng các nguồn gen mới là rất cần thiết cho công tác cải tiến giống. Để phục vụ cho mục tiêu chọn tạo giống, nhiều nguồn gen từ rừng Amazon đã đưa vào châu Á và châu Phi trong suốt thế kỷ XX; nổi bật nhất là bộ sưu tập quỹ gen do Hiệp hội Nghiên cứu và Phát triển Cao su quốc tế (IRRDB) thực hiện vào năm 1981, những mẫu giống được thu thập ở trung tâm nguồn gốc của cây cao su tại Brazil gồm các bang Acre, Mato Grosso và Rondonia (Onokpise, 2004).

Giá trị về mặt nông học, những mẫu giống của nguồn gen IRRDB’81 đều có năng suất mủ thấp và sinh trưởng khỏe; bên cạnh đó, dòng lai giữa nguồn gen Wickham và Amazon vẫn chưa cải thiện nhiều về năng suất mủ, nhưng sinh trưởng có biến thiên rất lớn và nhiều cơ hội để lựa chọn các dòng lai (Priyadarshan, 2017). Đánh giá di truyền dựa vào chỉ thị phân tử đóng vai trò quan trọng cho công tác chọn tạo giống và có độ chính xác cao hơn so với kiểu hình (Oktavia và ctv, 2017). Đa dạng di truyền của các quỹ gen cây cao su từng bước đã được đánh giá bằng các chỉ thị như RFLP, RAPD và SSRs (Besse và ctv, 1994; Lai Van Lam và ctv, 2009; Souza và ctv, 2015). Đặc điểm chung của nghiên cứu về đa dạng di truyền là sự phân chia các nguồn gen thành từng cụm di truyền riêng biệt tương ứng theo các vùng địa lý đã sưu tập và cuối cùng là mối quan hệ di truyền với nguồn gen Wickham (Le Guen và ctv, 2009; Souza và ctv, 2015).

Nhận thấy tầm quan trọng của quỹ gen trong công tác cải tiến giống cao su, Việt Nam đã nhập hơn 3.000 mẫu giống từ nguồn gen IRRDB’81; hầu hết mẫu giống đã được đánh giá đặc tính nông học, nhiều mẫu giống nổi trội được đưa vào trồng cao su gỗ - mủ và tạo ra nhiều thế hệ lai mới tiến bộ hơn (Vũ Văn Trường và ctv, 2021). Tuy nhiên, số lượng mẫu giống được đánh giá về di truyền còn rất hạn chế (Lai Van Lam và ctv, 2009; 2012). Do sự cần thiết nghiên cứu di truyền ở mức độ phân tử trên bộ sưu tập quỹ gen cây cao su ở Việt Nam nhằm đánh giá sự đa dạng, mối quan hệ di truyền giữa các nguồn gen và tiềm năng của các mẫu giống để sử dụng hiệu quả và bền vững. Vì vậy, đề tài “Đa dạng di truyền của quần thể cây cao su Rondonia (Hevea brasiliensis Muell.) được bảo tồn tại Việt Nam” đã được thực hiện.

Mục tiêu nghiên cứu 2.1 Mục tiêu tổng quát Đánh giá di truyền ở mức độ phân tử một phần của bộ sưu tập quỹ gen cây cao su ở Việt Nam nhằm xác định sự đa dạng, mối quan hệ di truyền giữa các nguồn gen và tiềm năng của các mẫu giống có nguồn gốc từ bang Rondonia (Brazil) để sử dụng hiệu quả và bền vững trong dài hạn.2 Mục tiêu cụ thể Xác định được mức độ đa dạng di truyền của các nguồn gen cây cao su có nguồn gốc từ bang Rondonia (Brazil) đang bảo tồn ở Việt Nam. Xác định được mối quan hệ di truyền giữa các mẫu giống và giữa các nhóm giống cao su có nguồn gốc từ các tiểu vùng thuộc bang Rondonia của Brazil. Xác định cấu trúc di truyền của các mẫu giống cao su được sưu tập từ các tiểu vùng thuộc bang Rondonia (Brazil) đang bảo tồn ở Việt Nam. Xác định mối quan hệ giữa các mẫu giống tiềm năng về sinh trưởng và năng suất mủ có trong mỗi nhóm giống từ các tiểu vùng thuộc bang Rondonia của Brazil.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 3.1 Đối tượng nghiên cứu Nghiên cứu di truyền cho toàn bộ mẫu giống cao su có nguồn gốc từ bang Rondonia (Brazil); trong đó, 1.042 mẫu giống thuộc bộ sưu tập quỹ gen IRRDB’81. Tất cả các mẫu giống của bộ sưu tập quỹ gen cây cao su Việt Nam được bảo tồn dưới dạng vườn nhân chồi ghép (ex-situ germplasm) tại Viện Nghiên cứu Cao su Việt Nam và đã được đánh giá đặc tính nông học trên các thí nghiệm ở dạng quy mô nhỏ tại Lai Khê (Lai Hưng - Bàu Bàng - Bình Dương).2 Phạm vi nghiên cứu Các thông số di truyền quần thể được xác định dựa vào 15 chỉ thị SSRs để đánh giá về mức độ đa dạng, mối quan hệ di truyền giữa các nguồn gen cao su từ bang Rondonia (Brazil). Đánh giá tiềm năng về sinh trưởng và năng suất mủ của các 4 mẫu giống cao su; mối liên hệ giữa tính trạng nông học với di truyền của các mẫu giống tiềm năng có nguồn gốc từ các tiểu vùng thuộc bang Rondonia (Brazil). Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 4.1 Ý nghĩa khoa học Cung cấp những thông tin quan trọng về đa dạng, mối quan hệ di truyền giữa các nguồn gen và tiềm năng của mẫu giống trong các nguồn gen cây cao su đang bảo tồn nhằm để cải tiến giống cao su của Việt Nam.2 Ý nghĩa thực tiễn Xác định mối quan hệ di truyền giữa các mẫu giống để giảm sự trùng lặp của mẫu giống đang bảo tồn trong bộ sưu tập quỹ gen cây cao su ở Việt Nam.

Khai thác về sự đa dạng, mối quan hệ di truyền của các nguồn gen để tránh nguy cơ thoái hóa giống và tạo ra những ưu thế lai trong chương trình chọn tạo giống cao su của Việt Nam. Khai thác hiệu quả những mẫu giống cao su tiềm năng về các tính trạng nông học có trong các nhóm giống được sưu tập từ các tiểu vùng thuộc bang Rondonia (Brazil) đang bảo tồn ở Việt Nam. Tính mới của đề tài SSR là chỉ thị phân tử hiện đại được ứng dụng hiệu quả trong nghiên cứu di truyền trên cây cao su ở Việt Nam; đây là nghiên cứu đầu tiên về sự đa dạng và cấu trúc di truyền của toàn bộ mẫu giống cao su có nguồn gốc từ bang Rondonia (Brazil) đang bảo tồn tại Việt Nam. Thông qua 15 chỉ thị SSRs đã xác định được mối quan hệ di truyền gần gũi giữa các mẫu giống mà kiểu hình khó có thể phát hiện trong quá trình bảo tồn.

Kết quả của nghiên cứu cũng hữu ích trong việc định hướng và lựa chọn các nguồn gen mới cho chương trình chọn tạo giống với mức độ đa dạng cao và khoảng cách di truyền lớn giữa các nguồn gen có trong bộ sưu tập quỹ gen cây cao su tại Việt Nam. 5 Chương 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 Tóm lược hiện trạng và quá trình phát triển của cây cao su 1.1 Quá trình phát triển cây cao su trên thế giới Cao su thiên nhiên là nguyên liệu đóng vai trò quan trọng cho nhiều ngành công nghiệp và là sản phẩm nông nghiệp rất linh hoạt với hơn 50.000 sản phẩm khác nhau, từ công nghiệp ô tô đến chăm sóc sứu khỏe và xây dựng (Le Guen và ctv, 2009; Nair, 2021). Chi Hevea chủ yếu tập trung ở Brazil và cũng xuất hiện ở các Quốc gia Nam Mỹ thuộc lưu vực sông Amazon (Wycherley, 1992). Trong số các loài thuộc chi Hevea, H.

brasiliensis là loài quan trọng nhất cho sản xuất kinh doanh; hiện nay, cây cao su được trồng ở hầu hết các nước nhiệt đới châu Á, châu Phi và Nam Mỹ; nhưng sản lượng mủ cao su thiên nhiên trên thế giới chủ yếu được sản xuất từ các nước Đông Nam Á (Nair, 2021). Cây cao su được biết đến rộng rãi ở các nước châu Âu, kể từ sau chuyến thám hiểm châu Mỹ của Christopher Columbus năm 1492. Vào thế kỷ XIX, do ngành công nghiệp ô tô phát triển nhanh chóng đã làm tăng nhu cầu mủ cao su, cũng như sự thành công trong việc chuyển cây cao su đến các nước châu Á và đã đáp ứng được nhu cầu nguyên liệu ngày căng tăng cho sản xuất (Nair, 2021). Những cây cao su đầu tiên được đưa vào châu Á năm 1876 từ bộ sưu tập của Wickham tại Brazil; năm 1883, từ Sri Lanka và Malaysia đã cung cấp giống cho nhiều nước trồng cao su châu Á và châu Phi (Webster và Baulkwill, 1989).

Sau năm 1889, cây cao su ở châu Á bắt đầu thu hoạch mủ và giữ vị trí chủ đạo cho đến nay. Những tiến bộ về giống cao su từng bước đã đưa năng suất mủ tăng dần từ 469 kg/ha/năm với những giống chưa được chọn tạo ở những những năm 1920 lên 1.600 kg/ha/năm vào những năm 1950 và tiềm năng đã tăng lên đến 2.