Luận án tiến sĩ Phùng Tôn Quyền: Chọn tạo giống lúa kháng rầy nâu bằng chỉ thị phân tử

Rầy nâu là côn trùng gây hại chính trong các vùng trồng lúa. Chúng hút nhựa cây, làm cây lúa suy yếu. Mức độ gây hại nghiêm trọng. Rầy nâu cũng là vật trung gian truyền bệnh virus. Dịch bệnh vàng lùn, lùn xoắn lá lây lan nhanh chóng. Các quần thể rầy nâu thường phát triển nhanh. Điều kiện thuận lợi cho chúng là khí hậu ẩm nóng. Việc kiểm soát rầy nâu bằng thuốc hóa học có thể tạo áp lực chọn lọc. Điều này dẫn đến sự xuất hiện của các quần thể rầy kháng thuốc. Do đó, cần có giải pháp tích hợp và bền vững hơn.

Cây lúa có nhiều cơ chế tự vệ chống lại rầy nâu. Các cơ chế này bao gồm tính không ưa thích, tính kháng sinh và tính chịu đựng. Tính không ưa thích là khi rầy nâu ít chọn cây lúa làm thức ăn. Tính kháng sinh làm giảm sự sinh trưởng và sinh sản của rầy nâu. Tính chịu đựng cho phép cây lúa duy trì năng suất dù bị rầy tấn công. Nhiều gen kháng rầy nâu đã được xác định. Các gen này kiểm soát tính kháng. Hiểu biết về di truyền tính kháng rầy nâu giúp nhà chọn giống. Họ có thể phát triển các giống lúa mới hiệu quả hơn. Mục tiêu là tạo ra tính kháng rầy bền vững.

Chỉ thị phân tử là các đoạn ADN có trình tự đặc hiệu. Chúng liên kết chặt chẽ với các gen hoặc vùng gen cụ thể. Đặc biệt là các gen kiểm soát tính trạng mong muốn. Các loại chỉ thị phân tử phổ biến gồm RFLP, RAPD, AFLP và SSR. SSR (Simple Sequence Repeats) là loại chỉ thị được ưa chuộng. Chúng có tính đa hình cao, dễ sử dụng. Chỉ thị phân tử hoạt động như dấu hiệu trên bản đồ di truyền lúa. Chúng giúp xác định vị trí của gen kháng rầy nâu. Việc này là chìa khóa trong công nghệ MAS.

MAS (Marker-Assisted Selection) là phương pháp chọn lọc hỗ trợ chỉ thị phân tử. Đây là một chiến lược quan trọng để chọn tạo giống lúa kháng rầy nâu. MAS cho phép chọn lọc cây con mang gen kháng từ giai đoạn sớm. Ngay cả khi tính trạng đó chưa biểu hiện rõ ràng. Việc này rút ngắn đáng kể thời gian chọn tạo giống. MAS giúp chuyển gen kháng rầy nâu vào các giống lúa ưu tú. Quá trình lai tạo giống lúa trở nên hiệu quả hơn. Công nghệ này đảm bảo việc tích lũy nhiều gen kháng rầy nâu. Từ đó tạo ra giống lúa có tính kháng bền vững. MAS góp phần vào sự phát triển của công nghệ sinh học thực vật.

Vật liệu nghiên cứu bao gồm các dòng/giống lúa cho gen kháng rầy nâu (donor). Các giống nhận gen (recipient) cũng được sử dụng. Giống donor mang các gen kháng rầy nâu cụ thể. Ví dụ như gen Bph3 và BphZ(t). Giống recipient là giống lúa thương phẩm có năng suất cao nhưng mẫn cảm với rầy. Phương pháp lai hồi giao (backcross) được áp dụng. Mục đích là chuyển gen kháng từ giống donor sang giống recipient. Nhiều thế hệ lai được tạo ra. Quần thể phân ly được đánh giá cẩn thận.

Các kỹ thuật phòng thí nghiệm đóng vai trò cốt lõi. Tách chiết ADN từ lá cây lúa con là bước đầu tiên. ADN sau đó được tinh sạch và kiểm tra chất lượng. Phản ứng PCR (Polymerase Chain Reaction) được thực hiện. Các chỉ thị phân tử SSR liên kết với gen Bph3 và BphZ(t) được sử dụng. Sản phẩm PCR được điện di trên gel agarose. Việc này giúp xác định sự có mặt của chỉ thị phân tử. Từ đó, xác định cây con mang gen kháng rầy nâu. Quá trình chọn lọc này hiệu quả và chính xác. Cây mang gen kháng được chọn cho thế hệ tiếp theo.

Nghiên cứu đã tiến hành đánh giá tập đoàn dòng/giống lúa. Mục tiêu là tìm kiếm nguồn vật liệu có tính kháng rầy nâu. Phản ứng kháng/nhiễm của các dòng/giống được kiểm tra trong điều kiện thực tế. Các dòng/giống bố mẹ ưu tú được lựa chọn. Chúng có tính kháng rầy nâu rõ rệt. Các tổ hợp lai được thiết lập dựa trên kết quả này. Việc này đảm bảo sự chuyển giao gen kháng rầy nâu hiệu quả. Đồng thời duy trì các đặc tính nông học tốt. Các tổ hợp lai là nền tảng để tạo ra các thế hệ lúa mới.

Kết quả phân tích ADN tổng số và PCR xác nhận sự có mặt của chỉ thị phân tử. Các chỉ thị này liên kết với gen kháng rầy nâu Bph3 và BphZ(t). Các chỉ thị phân tử đã giúp xác định cây con mang gen kháng trong quần thể lai. Quá trình phân tích này được thực hiện trên các dòng BC (Backcross). Nhiều dòng lúa có sự tích hợp gen kháng rầy nâu đã được xác định. Các dòng này được coi là dòng lúa ưu việt. Chúng có tiềm năng lớn để phát triển thành giống thương phẩm mới. Việc này góp phần vào việc cải thiện giống lúa Việt Nam.