Một số phương pháp khác trong chọn tạo giống lúa chất lượng

Từ những năm 1970, Cơ quan Năng lượng nguyên tử quốc tế (IAEA) và Tổ chức Nông Lương Thế giới (FAO) đã hỗ trợ và mở rộng hướng nghiên cứu gây đột biến, cải tạo những giống cây nông nghiệp và cây công nghiệp ở nhiều nước trên thế giới và đã chọn tạo thành công hàng loạt giống mới đối với lúa, lúa mỳ, lúa mạch, táo, chanh, đường, chuối, hoa, cây cảnh và một số các cây trồng khác.

Chọn giống lúa đột biến được bắt đầu từ những năm 1960 và cho đến năm 2006 đã có rất nhiều giống lúa đột biến được đưa ra sản xuất trên thế giới. Năm 1966, Nhật Bản đã đưa ra sản xuất giống lúa Remei - là một giống đột biến của từ giống lúa địa phương chịu lạnh Fujiminori - có đặc điểm thấp cây, chống đổ, được ưa chuộng và thường được sử dụng trong việc lai tạo với các giống lúa khác. Hiện nay đã có hơn 60 giống lai tạo từ giống Remei được trồng ở Nhật Bản và đặc biệt là giống lúa Ikuhikari được tạo ra bằng cách lai giữa Remei và giống lúa đặc sản Koshihikari để đưa gen chống đổ sd1 vào giống lúa Koshihikari. Giống lúa đột biến từ giống Pandawangi là một giống lúa địa phương nổi tiếng về hương thơm, vị ngon và có thêm đặc tính kháng bệnh rầy nâu BHP type 1 [60].

Trung Quốc đã ứng dụng năng lượng nguyên tử trong chọn giống vào những năm 1960 và cho đến những năm cuối thế kỉ 20 đã có 78 giống lúa đột biến được đưa ra sản xuất [15], hầu hết các giống lúa đột biến này được trồng ở các tỉnh Chiết Giang, Hồ Nam, Giang Tô. Hai giống lúa của Trung Quốc là ZhongHua11 thuộc lúa Japonica và Shuang Ke Zao thuộc lúa Indica được xử lý đột biến bằng tia gamma nguồn ⁶⁰Co và đã tạo ra được hơn 700 dòng đột biến về hình thái và sinh lý. Các dòng đột biến này được sử dụng làm nguồn vật liệu cho chọn giống [63].

Tại Ấn Độ, ba giống lúa chất lượng là Basmati 370, Pusa Basmati 1 và Pakistan Basmati được sử dụng làm vật liệu cho chọn giống đột biến. Các giống này được xử lý chiếu xạ bằng tia gamma với liều chiếu 100, 150 và 200 Gray. Qua thế hệ M7 đã chọn lọc được 15 dòng đột biến từ giống Basmati 370, 07 dòng đột biến từ giống Pusa Basmati 1 và 10 dòng đột biến từ giống lúa Pakistan Basmati. Trong số các dòng đột biến nhận được, thấy xuất hiện một dòng đột biến triển vọng là CR2007, có nguồn gốc từ Basmati 370. Dòng CR2007 có chất lượng tương tự như giống Basmati gốc, nhưng có năng suất vượt trội so với giống gốc và còn có đặc tính kháng đạo ôn cổ bông, bệnh đốm nâu [40].

Chọn giống lúa đột biến ở Malyasia được bắt đầu từ những năm 1972, đến năm 1983 các giống lúa chất lượng được cải tiến bằng phương pháp này. Giống lúa thơm Pongsuseburi 2 được chiếu xạ bằng tia gamma đã tạo ra được dòng đột biến PS1297 thơm và thấp cây.

Tại Myanma và Pakistan, hai giống lúa đột biến Lone Thwe Hmwe (LTH M4-14) được chọn lọc từ đột biến hóa chất và giống Manawthuka (MNTK M4-10) chọn lọc từ đột biến phóng xạ đã cho năng suất cao hơn và có tính kháng rầy nâu so với các giống gốc [27].

Ở Pakistan, bằng phương pháp chiếu xạ tia gamma đối với các giống lúa, tạo ra các giống lúa đột biến như Kashmir Basmati, NIAB-IRRI-9, Khushboo-95, là các giống chất lượng có năng suất cao được đưa ra sản xuất.

Ở Việt Nam, chọn giống lúa thơm bằng phương pháp đột biến gen đã được ứng dụng trên giống lúa Tám thơm và khai thác biến dị tế bào soma trên giống Khao Dawk Mali 105 (KDML 105) [2].Theo tác giả Nguyễn Đức Thành và cộng tác viên (1999) thì chọn giống đột biến và biến dị dòng soma được áp dụng để phá vỡ tính cảm quang chu kỳ nhằm tăng năng suất, tuy nhiên các giống lúa này mất hương thơm và thay đổi hàm lượng amyloza. Viện Lúa Đồng bằng Sông Cửu Long cũng đã tiến hành nghiên cứu đột biến gen bằng phương pháp đồng vị phóng xạ trên giống Tám xoan của Nam Định [3]. Kết quả ghi nhận có hai dòng:

+ Tám xoan 1, không cảm quang, thời gian sinh trưởng là 110 ngày, amylose trung bình, năng suất 6 tấn/ha, nhưng không thơm.

+ Tám xoan 2, không cảm quang, thời gian sinh trưởng là 130 ngày, amylose trung bình, thơm ít, năng suất 4 tấn/ha.

Trong giai đoạn 2001 - 2005, Viện Cây Lương thực và Cây Thực phẩm đã nhập nội và tiến hành lai tạo được một số giống lúa thơm như HT1, LT2, HT2... Ngoài ra, Viện cũng đã tiến hành phục tráng và đưa vào sản xuất hạt giống siêu nguyên chủng giống lúa Tám xoan cho các địa phương [2], dòng lúa tẻ thơm T10 ngắn ngày, năng suất cao (đạt 56,1 tạ/ha) [5].

Ứng dụng Công nghệ sinh học trong lĩnh vực Nông nghiệp đã tạo ra những đột phá kể từ khi tạo được lúa chuyển gen hơn 15 năm trước đây. Bằng phương pháp chuyển gen gián tiếp thông qua vi khuẩn Agrobacterium đã tạo ra được các giống lúa có khả năng chống chịu các điều kiện bất lợi của môi trường cũng như có khả năng chống chịu sâu bệnh. Các tính trạng về chất lượng cũng như giá trị dinh dưỡng của gạo cũng được quan tâm nhiều hơn và được chuyển vào cây lúa bằng phương pháp chuyển gen. Để tăng cường hàm lượng vitamin A trong gạo các giống lúa được chuyển gen psy (phytoen synthase), β-lcy (lycopen β cyclase) và crt1 (phytoen desaturase) vào trong cây lúa. Các gen này có chức năng mã hóa sinh tổng hợp ra β- caroten. Giống lúa chuyển gen mang các gen này được gọi là “lúa vàng” và có hàm lượng vitamin A tăng 25% so với các giống lúa thông thường [44].

Các giống lúa được chuyển gen để tăng cường hàm lượng protein trong nội nhũ cũng đã được tạo ra như giống lúa chuyển gen tăng hàm lượng glycinin [26], lysin [31], [59], tryptophan [52]. Công nghệ RNAi cũng đã được sử dụng trong chuyển gen cây lúa để tạo được các giống lúa có hàm lượng protein thấp dành cho các bệnh nhân [29].

Áp dụng phương pháp chuyển gen để làm giảm hàm lượng amyloza trong lúa gạo và tăng độ dẻo của cơm đã được thực hiện. Một gen đột biến ở vị trí đầu nối 5’ của đoạn intron đầu tiên của gen wx^a tạo ra một mRNA có kích thước nhỏ hơn và tạo ra lượng amyloza thấp hơn gen wx^a đã được sử dụng để chuyển vào cây lúa. Ngoài ra, cơ chế dịch mã của gen Wx đã được nghiên cứu và cho thấy protein MYC (OsPB-5) tương tác với protein EREBP (Os-EPB-89) để điều khiển sự dịch mã của gen Wx. Ức chế hoạt động của protein OsPB-5 bằng cách sử dụng RNAi cũng có thể dẫn tới làm giảm hàm lượng amyloza trong cây lúa mà không ảnh hưởng đến kiểu hình của cây [62].

Sử dụng các chỉ thị phân tử trong chọn tạo giống lúa chất lượng là một trong những phương pháp hữu hiệu, đơn giản, lượng mẫu đưa vào phân tích nhỏ, do đó có thể tiết kiệm được thời gian và chi phí trong việc chọn tạo giống. Các chỉ thị phân tử trong chọn tạo giống lúa chất lượng thường được sử dụng là các chỉ thị SSR liên kết với các tính trạng chất lượng hoặc chỉ thị SNPs. Một số các chỉ thị SNPs được sử dụng để đánh giá tính trạng thơm của lúa đã được sử dụng (Bảng 1).

Để nghiên cứu về tính trạng dẻo của lúa, các chỉ thị STS và CAPS cũng đã được sử dụng để nghiên cứu các locus Wx và SBE1 (starch branching enzym 1) và SBE3 (starch branching 3) ở các giống lúa. Thông tin của các mồi này được trình bày ở bảng 2: