MỤc lục báo cáo kết quả thực hiện chuyêN ĐỀ nghiên cứu khoa họC (Chuyên đề 7)

Cây lúa (Oryza sativa L.) là một trong những cây lương thực chính của Việt Nam và nhiều nước trên thế giới, nó có vai trò rất quan trọng trong sản xuất nông nghiệp. Khoảng 40% dân số trên thế giới sử dụng lúa gạo làm nguồn lương thực chính, 25% sử dụng lúa gạo trên 1/2 khẩu phần thức ăn hằng ngày. Lúa được tiêu thụ chủ yếu ở các nước Châu Á với mức tiêu dùng hàng năm khoảng 180 - 200 kg/người, còn Châu Mỹ, Châu Âu khoảng 100 kg/người [5].

Trong những năm gần đây, Việt Nam đã có những bước tiến vượt bậc về sản xuất lúa gạo, mang lại nhiều lợi ích cho người sản xuất và cho ngành lương thực phục vụ xuất khẩu nhờ vào việc sử dụng các giống lúa có năng suất cao cùng với việc thâm canh tăng vụ. Nhưng chính điều này cũng là một cơ hội cho sự bùng phát dịch hại, đặc biệt là dịch hại rầy nâu trong những vùng sản xuất lúa trọng điểm của cả nước trong năm 2006 [1].

Ở Việt Nam, lúa gạo là một trong những nguồn cung cấp lương thực chính với tích trồng lúa khá lớn nên vấn đề dịch hại luôn được quan tâm. Trong các bệnh gây dịch hại, rầy nâu (Nilarpavata lugens Stal) là một trong những đối tượng sâu hại nghiêm trọng nhất cho lúa ở Việt Nam nói riêng và thế giới nói chung [11]. Rầy nâu không những trực tiếp gây hại bằng cách chích hút dịch nhựa ở thân cây, làm cho cây lúa sinh trưởng và phát triển kém mà rầy nâu còn là môi giới truyền bệnh virut vàng lùn, lùn xoắn lá cho cây lúa, làm giảm năng suất và thoái hóa giống.

Tại một số tỉnh miền Trung hay các tỉnh vùng cao của miền Bắc việc gieo cấy các giống lúa địa phương khá phổ biến, đặc biệt là ở các vùng trồng lúa có điều kiện khó khăn như vùng trung du miền núi, vùng ven biển đầm phá. Những giống lúa địa phương luôn có những ưu điểm nhất định mà những giống lúa lai tạo, nhập nội và những giống đang trồng phổ biến hiện nay không thể có được như về đặc tính kháng sâu bệnh, về tính phù hợp với từng điều kiện canh tác của từng địa phương, về phẩm chất gạo… Vì vậy, việc nghiên cứu khả năng kháng rầy nâu trên các giống lúa là rất quan trọng góp phần phục vụ cho sản xuất lúa gạo, mặt khác, các giống lúa có khả năng kháng rầy còn được sử dụng làm vật liệu nghiên cứu tiếp theo trong công tác chọn tạo giống lúa [14].

I. TỔNG QUAN TÀI LIỆU

1.1. Tổng quan về cây Lúa

Cây lúa thuộc họ hòa thảo (Graminae), tộc Oryzae, chi Oryza, có tổng số nhiễm sắc thể 2n = 24. Oryza có khoảng 20 loài phân bố chủ yếu ở vùng nhiệt đới ẩm của Châu Phi, Nam và Đông Nam Châu Á, Nam Trung Quốc, Nam và Trung Mỹ và một phần ở Châu Úc [26]. Trong đó, chỉ có 2 loài là lúa trồng, còn lại là lúa hoang hằng niên và đa niên [5]. Loài lúa trồng quan trọng nhất, thích nghi rộng rãi và chiếm đại bộ phận diện tích lúa thế giới là Oryza sativa L. Loài này hầu như có mặt ở khắp nơi từ đầm lầy đến sườn núi, từ vùng xích đạo, nhiệt đới đến ôn đới, từ khắp vùng phù xa nước ngọt đến vùng đất cát sỏi ven biển nhiễm mặn phèn …

Từ “Janvanica” có gốc từ chữ Java là tên của một đảo của Indonesia. Từ “Japonica” có lẽ xuất xứ từ chữ Japan là tên nước Nhật Bản. Còn “Indica” có lẽ có nguồn gốc từ India (Ấn Độ). Như vậy, tên gọi của 3 nhóm thể hiện nguồn gốc xuất phát của các giống lúa từ 3 vùng địa lý khác nhau. (Bảng 2)

Hiện nay, diện tích trồng lúa chiếm trên 1/10 diện tích đất trồng trên thế giới và có 15 nước trên thế giới trồng lúa với diện tích hơn hơn 1 triệu ha, trong đó có tới 13 nước ở Châu Á. Riêng Trung Quốc và Ấn Độ chiếm khoảng 50% diện tích trồng lúa và 56% sản lượng lúa toàn cầu. Bangladesh, Indonexia, Thái Lan mỗi nước đều có diện tích trồng lúa lớn hơn tổng diện tích trồng lúa của tất cả các nước Mĩ La tinh. Châu Phi có diện tích trồng lúa gần bằng diện tích trồng lúa của Việt Nam, nhưng sản lượng lúa lại thấp hơn Việt Nam từ 2-3 lần .

Bảng 2: Đặc trưng hình thái và sinh lý tổng quát của 3 nhóm giống lúa

Đặc tính	INDICA	JAVANICA	JAPONICA
Thân	- Thân cao	-Thân cao trung bình	-Thân thấp
Chồi	- Nở bụi mạnh	-Nở bụi thấp	-Nở bụi trung bình
Lá	- Lá rộng, xanh nhạt	-Lá rộng, cứng, xanh nhạt	-Lá hẹp, xanh đậm
Hạt	-Hạt thon dài, dẹp -Hạt hầu như không có đuôi -Trấu ít lông và lông ngắn -Hạt dễ rụng	-Hạt to, dầy -Hạt không có đuôi hoặc có đuôi dài -Trấu có lông dài -Ít rụng hạt	-Hạt tròn, ngắn -Hạt không đuôi tới có đuôi dài -Trấu có lông dài và dầy -Ít rụng hạt
Sinh học	-Tính quang cảm rất thay đổi	-Tính quang cảm rất yếu	-Tính quang cảm rất thay đổi

1.2. Tình hình sản xuất lúa trên thế giới và Việt Nam

Hiện nay cây lúa được trồng ở 113 quốc gia trên thế giới, phân bố chủ yếu ở những nước có vĩ tuyến từ 30 - 40⁰ vĩ tuyến Nam đến 48 - 49⁰ vĩ tuyến Bắc. Theo số lượng thống kê năm 2001, diện tích trồng lúa của thê giới đạt khoảng trên 151 triệu ha và sản lượng đạt 595,10 triệu tấn (Bảng 3). Năng suất lúa giữa các châu lục chênh lệch nhau khá nhiều [7]. Năng suất cao thường tập trung ở các nước có diện tích ít như Châu Âu, Châu Úc. Ngoài ra năng suất còn phụ thuộc vào điều kiện khác như thời tiết khí hậu, chế độ thâm canh, điều kiện cơ sở vật chất kỹ thuật ...

Diện tích trồng lúa của thế giới rất lớn, khoảng 152.15 triệu ha, nhưng phân bố không đều, tập trung chủ yếu ở Châu Á, chiếm khoảng 85% diện tích, và 90% sản lượng lương thực thế giới, thấp nhất là Châu Đại Dương với diện tích chiếm khoảng 0,03% và 0,02% tổng sản lượng [22].

Mặc dù sản lượng lúa của thế giới không ngừng tăng lên trong những năm vừa qua nhưng năng suất và chất lượng gạo còn thấp, chưa đảm bảo được an ninh lương thực toàn cầu. Ở Châu Phi, có rất nhiều nước đang trong tình trạng thiếu lương thực nghiêm trọng. Bên cạnh đó, diễn biến thời tiết khí hậu có tính chất rất phức tạp như lũ lụt hạn hán .. làm ảnh hưởng đến nền sản xuất nông nghiệp, nhất là ngành sản xuất lúa gạo. Vì vậy, việc lựa chọn những giống lúa phù hợp với từng vùng, từng địa phương là rất quan trọng.

  Ở Việt Nam, sản xuất lúa gạo giữ vai trò quan trọng trong nền sản xuất nông nghiệp, chiếm gần 50% GDP. Gần đây, diện tích đất trồng lúa có xu hướng giảm xuống nhưng sản lượng lúa gạo không ngừng tăng lên, bởi hiện nay năng suất lúa tăng cao. Năng suất lúa bình quân của Việt Nam vào khoảng 48,9 tạ/ha xếp thứ hai sau Indonexia. Diện tích trồng lúa Việt Nam là 7326,2 nghìn ha xếp thứ hai sau Trung Quốc [15]. Năm 2006, mặc dù dịch bệnh xảy ra trên diện rộng ở Đồng bằng Sông Cửu Long nhưng diện tích lúa cả nước vẫn cao đạt khoảng 7032 triệu ha, năng suất bình quân 48,9 tạ/ha, sản lượng đạt 35,83 triệu tấn, giảm 6,1 triệu tấn so với năm 2005 [3], [17]. Lượng gạo xuất khẩu đạt 4,7 triệu tấn, thu về khoảng 1.3 tỷ USD cho đất nước. Năm 2007 với mục tiêu đề ra là tập trung thực hiện thâm canh đồng bộ, mở rộng diện tích ở các tỉnh miền bắc và sử dụng giống lúa chất lượng cao để tăng năng suất, nâng cao chất lượng và hiệu quả sản xuất lúa, tích cực phòng chống dịch bệnh trên cây lúa như vàng lùn, lùn xoắn lá, đạo ôn và đặc biệt là rầy nâu.

Rầy là một trong những loài sâu gây hại lớn nhất cho lúa. Rầy được chia thành nhiều loài khác nhau, trong đó phổ biến là rầy nâu và rầy lưng trắng, hai loài này gây thiệt hại rất lớn về năng suất cũng như chất lượng lúa. Ikeda và Vaughan (2006) cho rằng hiện nay có 4 biotype: Biotype 1 phân bố rộng ở Đông và Đông Nam Á; Biotype 2 có nguồn gốc ở Philipin, phát sinh sau khi sử dụng rộng rãi các giống có gen Bph 1; Biotype 3 phát sinh tại các phòng thí nghiệm ở Nhật Bản và Philipin; Biotype 4 chỉ thấy ở vùng Nam Á [30]. Theo công bố mới đây của Jena và CTV (2006), tại IRRI đã phát hiện ra gen kháng rầy Bph 18(t) trên giống lúa dại Oryza australiensis [34], [40].

Tại Việt Nam, từ 1999 - 2003, rầy nâu và rầy lưng trắng là một trong ba nhóm dịch gây hại lớn nhất trên lúa, trung bình diện tích bị nhiễm, nhiễm nặng và bị mất trắng tương ứng là 409 000 ha, 34000 ha và 179 ha [6]. Vụ xuân năm 2006, tại đồng bằng sông Cửu Long, rầy nâu bùng phát thành dịch bệnh trên diện rộng, làm thiệt hại ước tính đến 600 tỷ đồng, ảnh hưởng rất lớn cho sản xuất nông nghiệp. Một số nghiên cứu đã chỉ ra rằng, các chủng rầy nâu ở Việt Nam đang thay đang có sự thay đổi độc tính [13], [16], [17], [18], [29].

Rầy nâu hại lúa (N. lugens Stal) là loài côn trùng thuộc họ muội bay (Delphacida), bộ cánh đều (Homoptera). Rầy nâu phân bố rộng ở nhiều nước trồng lúa trên thế giới, ngoài cây lúa nó còn có thể sống trên nhiều loại kí chủ như cỏ lồng vực, cỏ môi, cỏ công viên, cỏ mần trầu, cỏ tranh, cỏ sâu róm, cỏ đuôi chó, cỏ họa mi, cỏ gấu, cỏ bông, cỏ chân nhện.

Vòng đời của sâu gai từ 25- 30 ngày và thay đổi theo mùa

+ Thời gian trứng: 5- 14 ngày

+ Thời gian rầy non: 12- 32 ngày

+ Thời gian rầy trưởng thành: 3- 20 ngày

Rầy cái trưởng thành có thể đẻ 150- 250 trứng và có tính hướng sáng mạnh. Con trưởng thành và rầy non đều hút nhựa cây từ dảnh và lá lúa. Rầy nâu xâm nhập vào ruộng lúa ngay từ khi mới cấy và hại cả trên mạ. Rầy nâu phát sinh với mật độ cao và gây hại nặng vào giai đoạn trước lúc lúa trỗ bông, ngậm sữa và bắt đầu chín [11]. Nếu chỉ đơn thuần rầy gây hại không là môi giới truyền bệnh thì đánh giá mức gây hại của rầy nâu là không lớn nhưng cách phòng trừ loại rầy này lại tương đối khó. Rầy nâu có phản ứng kháng, nhiễm với các giống lúa rất rõ, nó có khả năng hình thành các nòi sinh học mới khi có sức ép chọn lọc của môi trường đủ lớn. Rầy có khả năng di cư đám đông rất xa và kháng thuốc cao. Rầy nâu còn có tác hại chủ yếu là truyền lan các loại virut [32]. Nguy hiểm hơn cả là bệnh vàng lùn và lùn xoăn lá lúa. Quy luật phát sinh và mức độ gây hại liên quan nhiều yếu tố sinh cảnh như nhiệt độ không khí cao, ẩm độ cao, lượng mưa nhiều sau đó trời hửng nắng thì rầy nâu dễ phát sinh thành dịch. Nhiệt độ từ 20 - 30⁰C, độ ẩm 80 - 85% là điều kiện thích hợp cho rầy phát triển [11], [18].

Ở miền Nam rầy có thể gây hại liên tục các vụ lúa, còn ở miền Bắc cháy rầy thường xảy ra vào tháng 5 (vụ xuân) và cuối tháng 9 đầu tháng 10 (vụ mùa). Tỉ lệ rầy nâu N. lugens có thể truyền bệnh khác nhau theo từng vùng trên ruộng lúa, và biến động từ 5 - 60% [7], [8]. Tỷ lệ rầy truyền bệnh có thể được tăng lên bằng cách chọn lọc và nhân mật số các cá thể rầy có khả năng truyền virus, nhưng lại giảm đi khi không còn áp lực chọn lọc. Rầy non có khả năng truyền bệnh cao hơn và có giai đoạn ủ virus ngắn hơn rầy trưởng thành [11].

Các bức xạ bức xạ ion hoá mật độ cao chủ yếu gây ra những biến đổi nhiễm sắc thể (sắp xếp lại, mất đoạn,..), trong khi bức xạ ion hoá mật độ thưa (tia X, tia gamma) và bức xạ không ion hóa (tia tử ngoại) gây ra nhiều đột biến điểm hơn. Các tác nhân hoá học đa dạng hơn nhiều về chủng loại so với tác nhân lý học. Các tác nhân như ethyl methan sulphonat (EMS) và các hợp chất siêu đột biến nitrozo urê (nitrozo ethyl urê) gây ra tần số đột biến cao ở nhiều loại cây trồng. Với tia bức xạ, có thể xử lý nhanh (từ vài phút đến vài giờ) hoặc xử lý lâu dài trong trường gamma (từ nhiều tuần trở lên với cường độ thấp), nhưng cũng có thể xử lý gián đoạn bằng cách ngắt quãng một khoảng thời gian nhất định. Để xử lý bằng chiếu xạ, hạt, cây con, các bộ phận sinh dưỡng (hoa, bao phấn, hạt phấn,..) được đặt dưới nguồn chiếu. Với tia bức xạ, có thể xử lý nhanh (từ vài phút đến vài giờ) hoặc xử lý lâu dài trong trường gamma (từ nhiều tuần trở lên với cường độ thấp); nhưng cũng có thể xử lý gián đoạn bằng cách ngắt quãng một khoảng thời gian nhất định.

Xử lý các chất hoá học thường diễn ra trong dung dịch. Thông thường để đạt hiệu quả cao và có thể lặp lại kết quả, xử lý tác nhân hoá học được tiến hành theo nhiều bước: Làm trương hạt trong nước, xử lý, rửa sạch, phơi khô hạt,.. Khi xử lý tác nhân hoá học, tác động của tác nhân đột biến cũng bị ảnh hưởng bởi trạng thái sinh lý của các bộ phận xử lý [4], [12].

Hiện nay ở Việt Nam, giống lúa VND 95-20 được chọn tạo từ đột biến phóng xạ gamma Co60, trên giống IR64 và chọn lọc phả hệ. Được công nhận giống chính thức năm 1999 theo Quyết định số 3493 QĐ/BNN-KHCN ngày 09/09/1999 của của Bộ Nông Nghiệp & Phát triển Nông thôn. VND 95-20 có khả năng kháng rầy nâu, ít nhiễm bệnh đạo ôn, ít nhiễm bệnh vàng lá, đốm và chịu phèn. Đây là một trong 5 giống lúa chủ lực cho xuất khẩu ở các tỉnh phía Nam, giống có tính ổn định cao, trong điều kiện thâm canh có thể đạt 9 tấn/ha/vụ. Đây được xem là một trong những giống có diện tích lớn nhất trong sản xuất. Theo Tác giả Võ Công Thành, trong 2 năm 2008 - 2009, giống lúa BN được chọn tạo từ giống lúa IR50404 đột biến cho thấy có khả năng thích nghi trên vùng đất phèn, chịu hạn ở Đồng Tháp, Trà Vinh và Hậu Giang với diện tích được gieo trồng 400 - 500 ha. Giống BN kháng rầy, đạo ôn, bệnh cháy lá, lúa von,.. và cho gạo có chất lượng tốt (bạc bụng 5%, mềm cơm,..). Hiện tại, giống lúa BN2 (cải tiến từ giống BN) được tác giả đánh giá là giống lúa có thể đưa vào sản xuất trên diện rộng trong thời gian tới.

Với việc áp dụng phương pháp đột biến phóng xạ và chọn tạo giống lúa, viện Khoa học Nông nghiệp miền Nam đã nghiên cứu và đưa ra một số giống như VNĐ 95-19, VNDD95-20, VNĐ 65, VNĐ 250, VNĐ 98-1 có khả năng kháng rầy cao, một phần kháng được bạc lá và chịu hạn. Những giống lúa này đã và đang góp phần thúc đẩy sản lượng lúa của cả nước tăng lên qua việc thâm canh, tăng vụ, mở rộng diện tích trên toàn quốc một cách rõ rệt. Tại Hội nghị khoa học và công nghệ hạt nhân toàn quốc lần thứ VIII diễn ra tại Nha Trang (Khánh Hòa) Viện Khoa học Kỹ thuật Nông nghiệp miền Nam cho biết: trong giai đoạn 2000-2009, các giống lúa đột biến như VND95-20, VND99-3, TNDB100, OM2717 được đưa vào sản xuất với diện tích trung bình trên 418.000ha/năm, đã tăng thu nhập cho người trồng khoảng 836 tỷ đồng mỗi năm. Riêng giống lúa VND95-20 có diện tích trên 300.000ha/năm đã trở thành 1 trong 5 giống lúa chủ lực trong chương trình xuất khẩu gạo của Việt Nam. Các giống lúa đột biến này được tạo ra từ các giống gốc IR64, IR50404, Nàng Hương, Tám Xoan... bằng kỹ thuật chiếu nguồn tia gamma phóng xạ. Các dòng và giống lúa đột biến qua thử nghiệm đều đạt các tiêu chuẩn quốc gia về năng suất, phù hợp với nhiều vùng sinh thái khác nhau và có tính ổn định. Phần lớn các giống đột biến có tính kháng rầy nâu, đạo ôn, chống chịu với điều kiện bất lợi (phèn, nhiễm mặn) vượt trội so với giống gốc.

2.2. Phương pháp chuyển gen

Phương pháp chuyển gen gián tiếp nhờ PEG (polyetylen glycol): Vào năm 1986, Uchimiya và cộng sự lần đầu tiên đã thu được các callus chuyển gen sau khi sử dụng PEG là chất chuyển ADN của gen nptII vào tế bào trần của lúa sau đó chọn lọc bằng kanamycin. Trong một nghiên cứu hệ thống về các nhân tố ảnh hưởng đến hiệu quả chuyển gen trung gian nhờ PEG và tái sinh mô chuyển gen [33]. Hayashimoto và cộng sự (1990) đã chỉ ra rằng sự gia tăng của nồng độ PEG từ 0 - 30% làm giảm hiệu quả bao bọc đối với tế bào trần của giống lúa Nipponbare từ 11% xuống 3% và của tế bào trần giống lúa Taipei-309 từ 14% xuống 5% [27]. Hầu hết các báo cáo kết quả chuyển gen nhờ PEG cho hiệu quả tái sinh cao của các cây lúa chuyển gen đều sử dụng PEG ở nồng độ 20 - 25% trong thời gian 10 - 30 phút và nồng độ ADN là 10 - 100μg/ml tế bào trần [31].

Chuyển gen gián tiếp nhờ xung điện: Đây là phương pháp chuyển gen được sử dụng rộng rãi để đưa các ADN trần vào tế bào trần.

Chuyển gen nhờ súng bắn gen: Phương pháp này cũng được sử dụng phổ biến ở khá nhiều phòng thí nghiệm. Quy trình thực hiện của phương pháp này đã được Sanford mô tả chi tiết [47] . Trong các thí nghiệm ban đầu, Christou và cộng sự (1997) đã sử dụng các phôi chưa thành thục được lấy từ các giống lúa Japonica, Javonica và Indica được trồng trong nhà lưới. Gen được bắn vào vùng phân hoá lá mầm trên phôi và kiểm tra sự có mặt của gen sau 24 giờ bắn gen. Các mô sau khi chuyển gen được nuôi cấy trên môi trường với các nhân tố chọn lọc để thu được phôi và các mô chuyển gen [21].

Chuyển gen gián tiếp nhờ vi khuẩn Agrobacterium: Trước đây, các cây một lá mầm bao gồm các cây ngũ cốc quan trọng như gạo và lúa mì được xem là không thể sử dụng công nghệ chuyển gen này vì các cây này không phải là cây ký chủ của Agrobacterium. Tuy nhiên, trong thời gian gần đây đã có những báo cáo ghi nhận thành công của phương pháp chuyển gen này trên cây lúa [28], [20], [23], [24], [25], [38], [39], [52], [53]. Hai tác giả Hiei và cộng sự (1994), Rashid và cộng sự (1996) đã thành công chuyển gen giống lúa Japonica và Indica từ callus và chứng minh rằng callus sau 3 tuần tuổi có sự ổn định trong quá trình chuyển nạp [28], [46]. Trong cùng năm, Dong và cộng sự (1996) cũng mô tả thành công của phương pháp chuyển gen này trên giống lúa Javanica. Aldemita và Hodges (1996) đã chỉ rõ phôi chưa trưởng thành là vật liệu khởi đầu tốt cho kỹ thuật chuyển gen nhờ vi khuẩn Agrobacterium đối với các giống lúa Japonica và Indica [20]. Park và cộng sự (1996) cũng thành công của việc chuyển gen nhờ vi khuẩn Agrobacterium vào cây lúa thông qua chồi đỉnh [44]. Khanna và Raina (1999) đã chuyển gen vào các giống lúa Indica nhờ vi khuẩn Agrobacterium mang vectơ kép [38].

Viện Nghiên cứu lúa Quốc tế IRRI đã đưa vào sản xuất giống lúa IR8, giống lúa cải tiến đầu tiên cho vùng đất ngập nước có tưới. Từ đó, nhiều nỗ lực nhằm cải tiến lúa theo hướng đạt năng suất cao hơn và có nhiều đặc tính mong muốn vẫn tiếp tục được nghiên cứu. Công nghệ di truyền cung cấp phương tiện lai tạo hiệu quả và chính xác để chuyển các gen mang tính trạng mong muốn vào cây lúa và đạt kết quả cao: gen Xa21 kháng bệnh cháy bìa lá, gen cry kháng sâu đục thân, gen ORF2 kháng virut, gen DREB/TPSP chống chịu hạn và mặn, gen chi11, RC7, và NPR1 kháng bệnh do nấm, kháng rầy nâu, gen psy và  crtI tổng hợp tiền vitamin-A, gen glgc cho số hạt chắc cao, gen PEPC quang tổng hợp theo cây C₄. Chuyển gen Xa bằng kỹ thuật đánh dấu phân tử đã cho kết quả rất tốt trên lúa, kỹ thuật này được sử dụng rộng rãi ở Ấn Độ, Philippin, Trung Quốc, Indonesia, và Thái Lan

Việc sử dụng chỉ thị phân tử trong nghiên cứu di truyền và phục vụ cho công tác chọn giống cây trồng đang được nhiều phòng thí nghiệm trên thế giới triển khai rộng rãi. Nhiều bản đồ phân tử cùng vị trí các gen kiểm soát các tính trạng khác nhau đã được định vị, thay thế cho những phương pháp đánh giá theo hình thái cổ điển thông thường [43]. Các nhà khoa học ở trường Đại học Tổng hợp Cornel (Mỹ) là những người đầu tiên định vị hàng loạt các chỉ thị phân tử RFLP trên bản đồ di truyền ở lúa. Trong chương trình giải mã genome lúa do Nhật Bản chủ trì, các nhà khoa học đã phát hiện và tách dòng hơn 3000 đoạn ADN bổ trợ. Đến nay, đã có khoảng chục nghìn chỉ thị phân tử SSR ở lúa đã được phát hiện và thiết kế, trong đó có nhiều chỉ thị liên kết với gen có ý nghĩa quan trọng về kinh tế.

Hiện nay có 12 gen kháng rầy nâu và một số QTL kháng đạo ôn và rầy nâu đã được phát hiện. Ngoài ra gen thơm của giống Jasmin, gen điều khiển tính trạng hạt dài, gen điều khiển thời gian sinh trưởng và nhiều gen và QTL có liên quan đến tính trạng khác của cây lúa như chịu hạn, chịu mặn, chịu độc nhôm, chịu thiếu photpho, bất dục đực nhân nhậy cảm quang chu kì, bất dục đực nhân nhạy cảm nhiệt độ, gen tương hợp rộng...cũng được phát hiện hay được lập bản đồ phân tử để đưa vào sử dụng trong chọn giống [48]. Nhiều chỉ thị phân tử liên kết với các gen nói trên đã được phát hiện bởi các tác giả trong nước. Ngoài ra, thông qua việc đánh giá đa dạng di truyền và khoảng cách di truyền, chỉ thi phân tử còn giúp các nhà chọn giống xác định gián tiếp các cặp lai cho ưu thế lai.

III. MỘT SỐ KẾT QUẢ VÀ THÀNH TỰU TRONG CHỌN TẠO GIỐNG LÚA KHÁNG RẦY

3.1. Những thành tựu nghiên cứu chọn tạo giống lúa kháng rầy trên thế giới

Những thiệt hại do rầy nâu gây ra hàng năm làm mất khoảng 10% sản lượng lúa, đôi khi tới 30% hoặc hơn thế nữa [2]. Biện pháp để ngăn chặn nạn dịch rầy nâu là sử dụng thuốc diệt côn trùng. Tuy nhiên, việc sử dụng tràn lan các loại thuốc bảo vệ thực vật, thuốc trừ sâu đã gây ra sự trỗi dậy của loại côn trùng này như kết quả của sự thích nghi có chọn lọc. Do vậy, nhiều công trình nghiên cứu của các nhà khoa học đã nêu bật vai trò quan trọng của việc sử dụng các giống lúa kháng rầy nâu trong sản xuất. Viện lúa quốc tế xác định được hơn 300 giống, dòng có phản ứng kháng với rầy nâu [42]. Gần đây, các nhà khoa học trên thế giới đã sử dụng marker phân tử để xác định và mô tả nguồn gen kháng. Ở lúa có 19 gen chính kháng rầy đã được lập bản đồ phân tử. Những gen kháng đã được xác định có thể dễ dàng chuyển vào những giống lúa có đặc tính ưu việt thông qua chọn giống chỉ thị phân tử (MAS) [45].

Ở Trung Quốc, giống lúa Shanyou 63 là một trong những giống đóng vai trò chủ lực trong nền nông nghiệp sản xuất lúa gạo, tuy nhiên, giống lúa này đang bị giảm năng suất vì nhiễm rầy nâu. Để nâng cao tính kháng rầy nâu trong giống lúa lai Shangyou 63, các nhà khoa học của Đại Học Nông Nghiệp Huazhong, Trung Quốc  đã sử dụng phương pháp chọn giống bằng chỉ thị phân tử (marker-assisted selection) với sự kết hợp của các gen kháng Bph14 và Bph15. Hai gen này có nguồn gốc từ lúa hoang Oryza officianalis [35].

Theo tác giả Jirapong và ctv (2007) thì gen Bph13 định vị trên nhiễm sắc thể số 3, Bph12 định vị trên nhiễm sắc thể số 4. Trong nghiên cứu của mình, các tác giả ở trường Đại học Cornell của Mỹ lập năm 2001 thì lại cho rằng gen Bph3 nằm trên nhiễm sắc thể số 4. Các chỉ thị liên kết chặt với gen Bph 3 là RZ69, RG396, RZ749, GN0271. Nhưng năm 2007, Jirangpong lại lập bản đồ gen Bph3 trên nhiễm sắc thể số 6 [36]. Locus gen Bph2 kháng rầy nâu được xác định và lập bản đồ phân tử từ giống lúa Indica ASD7. Gen Bph2 nằm trên nhiễm sắc thể số 12, liên kết chặt với SSR marker RM7102 và RM463 với khoảng cách 1.0cM. Gen Bph2 là một trong những locus gen kháng rầy nâu rất thuận lợi cho việc chọn giống bằng chỉ thị phân tử [49]. Gen kháng rầy nâu Bph4 đã được phát hiện và lập bản đồ tại vị trí trên cánh tay đòn ngắn của nhiễm sắc thể số 6 [37]. Locus gen Bph17 kháng rầy nâu được lập bản đồ phân tử từ giống lúa trồng Rathu Heenati của Srilankan, giống lúa này có khả năng kháng với 4 biotype rầy nâu. Gen kháng rầy Bph17 liên kết chặt với hai marker RM8213 và RM5953 trên nhiễm sắc thể số 4, khoảng cách bản đồ khoảng 3,6cM [41]. Ishii và ctv 1994 đã thiết lập bản đồ RFLP và xác định gen Bph10 kháng biotype 2 và 3, định vị trên nhiễm sắc thể 12 liên kết với RG457 [31]. Cặp primer được thiết kế từ RG457 (chỉ thị STS) đã phát hiện được gen kháng rầy nâu Bph10 với khoảng cách di truyền 1.7cM trên quần thể lúa hoang Oryza australiensis và những dòng con lai có xuất xứ từ loài lúa hoang này [30].

Tác giả Lưu Thị Ngọc Huyền (2003), đã lập bản đồ phân tử cho 3 gen kháng rầy nâu BphX, Bph4, Bph6 và phát hiện một loạt chỉ thị phân tử SSR liên kết gần với các gen kháng đó [10]. Bùi Chí Bửu cùng với sự cộng tác của các nhà khoa học thuộc Viện Nghiên cứu Lúa Quốc Tế IRRI đã thành công trong việc lập bản đồ gen kháng Bph10 là một gen kháng tốt đối với quần thể rầy nâu thuộc đồng bằng Sông Cửu Long [2].

Trên thế giới cũng như Việt Nam hiện nay, vấn đề an toàn lương thực luôn được đặt lên hàng đầu, trong bối cảnh thiên nhiên không thuận lợi, thường xuyên xảy ra thiên tai và hiện tượng bùng phát các dịch bệnh. Cây lúa đóng vai trò chủ đạo trong các cây lương thực thường xuyên bị ảnh hưởng bởi các nạn dịch bệnh nguy hiểm như bạc lá, đạo ôn và đặc biệt là rầy nâu...làm ảnh hưởng không nhỏ tới năng suất và chất lượng. Vì vậy, việc chọn tạo ra các giống lúa có khả năng kháng lại các tác động ảnh hưởng xấu tới chất lượng và sản lượng là vấn đề cấp thiết hiện nay.

1. 
   Bùi Bá Bổng, Nguyễn Văn Huỳnh, Nguyễn Hữu Huân, Hồ Văn Chiến, Ngô Vĩnh Viễn, Mai Thành Phụng, Phạm Văn Dư và Rogelio Cabunagan. 2006. Sổ tay hướng dẫn phòng trừ rầy nâu truyền bệnh vàng lùn, lùn xoắn lá hại lúa. Trung tâm Khuyến nông Quốc Gia (Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn).
   
2. 
   Bùi Chí Bửu, K.Reganayaki, A.S Reddy. 1997. Phân tích di truyền tính kháng rầy nâu của giống lúa hoang nhờ marker. NXB Nông nghiệp Thành phố Hồ Chí Minh tài liệu tư tưởng Hồ Chí Minh.
   
3. 
   Nguyễn Thị Giáng Đan. 2008. Phát hiện gen kháng rầy nâu trên một số giống lúa ở Đồng bằng Sông Cửu Long bằng marker phân tử.
   
4. 
   Trịnh Đình Đạt. 2006. Công Nghệ Sinh Học, tập 4. NXB Giáo dục.
   
5. 
   Nguyễn Ngọc Đệ. 1994. Giáo trình cây lúa. Tủ sáchThư viện Sách, Mỗi Ngày Một Cuốn Sách Đại học Cần Thơ.
   
6. 
   Nguyễn Văn Đĩnh (2004). Một số nhận xét về tình hình dịch hại lúa trong 5 năm 1999-2003. Tạp chí BVTV 4: 33-39.
   
7. 
   Nguyễn Văn Đĩnh và Trần Thị Liên. 2005. Khảo sát tính kháng rầy nâu Nilaparvata lugens S. của các giống lúa Đồng bằng Sông Hồng và miền núi phía bắc Việt Nam. Hội nghị côn trùng học toàn quốc.
   
8. 
   Nguyễn Văn Đĩnh và Trần Thị Liên (b) (2005). Nghiên cứu độc tính của 2 quần thể rầy nâu Nilaparvata lugens S. ở Hà Nội và Tiền Giang. Hội nghị khoa học Trồng trọt. Bộ Nông nghiệp và PTNT.
   
9. 
   Thiều Văn Đường, Lưu Thị Ngọc Huyền, Phạm Thị Mùi, Vũ Thị Chại và Vũ Đức Quang (2000). Khảo sát tính kháng rầy nâu ở các dòng chỉ thị và một số dòng, giống lúa. Thông tin Công nghệ Sinh học Ứng dụng, số 4, tr. 67-72.
   
10. 
    Lưu Thị Ngọc Huyền, Vũ Đức Quang, Thiều Văn Đường (2003). ”Định vị các gen kháng rầy nâu bph4 và Bph6 trên nhiễm sắc thể lúa “, Di truyền học và ứng dụng.
    
11. 
    Nguyễn Đức Khiêm. 2006. Giáo trình Côn Trùng Nông Nghiệp. NXB Nông nghiệp Hà Nội.
    
12. 
    Võ Thị Thương Lan. 2006. Giáo Trình Sinh Học Phân Tử Tế Bào Và Ứng Dụng. NXB Giáo dục.
    
13. 
    Nguyễn Văn Luật và Lương Minh Châu (1991). “Nghiên cứu quá trình biến đổi tính kháng rầy nâu của các giống lúa ở đồng bằng sông Cửu Long”, Thông tin bảo vệ thực vật số 3
    
14. 
    Nguyễn Văn Luật. 2002. Cây lúa Việt Nam thế kỷ 20, NXB Nông nghiệp Hà Nội.
    
15. 
    Nguyễn Xuân Lý. 2005. Khảo nghiệm đặc tính nông học, năng suất, phẩm chất của 15 giống lúa quốc gia A2 tại trại giống Bình Đức – An Giang vụ đông xuân 2004 – 2005
    
16. 
    Nguyễn Công Thuật, Hồ Văn Chiến và Nguyễn Thị Hường (1993). Theo dõi sự thay đổi Biotype rầy nâu ở ĐBSH và ĐBSCL và tuyển chọn giống lúa kháng Biotype rầy nâu mới. Hội nghị khoa học BVTV 24-25/III, Hà Nội, tr. 19-20.
    
17. 
    Nguyễn Công Thuật, Hồ Văn Chiến (1996). Kết quả nghiên cứu đánh giá và tuyển chọn giống lúa kháng rầy nâu cho các vùng trồng lúa phía Bắc và phía Nam 1990-1995. Báo cáo khoa học Viện Bảo vệ thực vật 1990 -1995
    
18. 
    Nguyễn Công Thuật, Hoàng Phú Thịnh, Vũ Thi Chại (2000). Kết quả nghiên cứu sự chuyển biến Biotype rầy nâu ở vùng đồng bằng sông Hồng, đánh giá và chọn tạo giống lúa kháng rầy (1996-1999)”.
    
19. 
    Ngô Vĩnh Viễn (2007), Kết quả nghiên cứu và xây dựng mô hình phòng chống rầy nâu, bệnh vàng lùn, lùn xoắn lá tại Long An và Bến Tre, vụ Đông Xuân 2006-2007. Hội nghị toàn quốc tổng kết công tác Bảo vệ thực vật năm 2006, kế hoạch công tác năm2007.
    Tài liệu tiếng Anh
    
20. 
    Aldemita RR, Hodges TK 1996. Agrobacterium tumefaciensmediated transformation of japonica and indica rice varieties. Planta 199:612-617.
    
21. 
    Christou, P., 1997. Rice transformation: Bombardment. Plant Mol. Biol., 35: 197-203.
    
22. 
    Dyck V.A., Thomas B. (1979), The brown planthopper problem. In: Brown Planthopper: Theat to Rice Production in Asia. IRRI, Philippines. Pp 3-17 11.
    
23. 
    Datta, K, Velazhahan R, Oliva N, Ona I, Mew T, Kush GS, Muthukrishnan S, and Datta SK (1999) Over-expression of the cloned rice thaumatin-like protein (PR-5) gene in transgenic rice plants enhances environmental friendly resistance to Rhizoctonia solani causing sheath blight disease. Theor Appl Genet 98: 1138-1145.
    
24. 
    Datta K, Koukolikova-Nicola Z, Baisakh N, Oliva N, and Datta SK (2000). Agrobacterium-mediated engineering for sheath blight resistance of indica rice cultivars from different ecosystems. Theor Appl Genet 100: 832-839.
    
25. 
    Datta K, Tu J, Oliva N, Ona I, Velazhahan R, Mew TW, Muthukrishnan S, and Datta SK (2001) Enhanced resistance to sheath blight by constitutive expression of infection-related rice chitinase in transgenic elite indica rice cultivars. Plant Sci 60:405-414.
    
26. 
    De Datta, S.K., 1981. Principles and practices of rice production. John Wiley & Son Inc., Canada.
    
27. 
    Hayashimoto A, Li Z, Murai N. A polyethylene glycol-mediated protoplast transformation system for production of fertile transgenic rice plants. Plant Physiol. 1990 Jul;93(3):857–863.
    
28. 
    Hiei Y, Ohta S, Komari T, Kumashiro T. Efficient transformation of rice (Oryza sativaL.) mediated by Agrobacterium and sequence analysis of the boundaries of the T-DNA.The Plant Journal 1994;6:271-282
    
29. 
    Ho Van Chien, Ngo Vinh Vien, Nguyen Van Ba & Vo Thi Thu Suong (2000). Brown plant hopper (Nilaparvata lugens Stal) translocation and transmission of Grassy Stunt Virus disease on rice in the South of Vietnam (1999-2000).
    
30. 
    Ikeda R. and DA Vaughan (2006). The distribution of resistance genes to the brown plant hopper in rice germplasm. In http://www.shigen.nig.ac.jp/rice/rgn/vol8/v8p125.html
    
31. 
    Ishii T, DS Brar, DS Multani, GS Khush. 1994. Molecualar Tagging of genes for brown planthoper resistance and earliness introgressed from Oryza australiennsis into cultivated rice, O.sativa genome 37: 217-231
    
32. 
    Iwasaki M., Nakano M., and Shinkai A. (1982), “Variation in the transmission rates of rice grassy stunt virus in various colonies of brown planthopper”, Proc Assoc Plant Prot Kyushu.
    
33. 
    Iwasaki M., Nakano M., and Shinkai A. (1985b), “Detection of rice grassy stunt virus in planthopper vectors and rice plants by ELISA”, Ann Phytopanthol Soc Jpn.
    
34. 
    Jena KK, Jeung JU, Lee JH, Choi HC, Brar DS. 2006. High-resolution mapping of a new brown planthopper (BPH) resistance gene, Bph 18(t) and maker-assisted selection for BPH resistance in rice (Oryza sativa L.). Summary from Theory application genetics.
    
35. 
    Jie Hu, Xin Li, Changjun Wu, Changju Yang, Hongxia Hua, Guanjun gao, Jinghua Xiao and Yuqing He. Pyramiding and evaluation of the brown planthopper resistance genes Bph14 and Bph15 in hybrid rice. Mol Breeding. DOI: 10.1007/s11032-010-9526-x
    
36. 
    Jirapong Jairin. Kittiphong Phengrat. Sanguan Teangdeerith. Apichart Vanavichit. Theerayut Toojinda. Mapping of broad-spectrum brown planthopper resistance gene, Bph3, on rice chromosome 6. Mol Breeding (2007): 19 (35-44)
    
37. 
    Kawaguchi M., Murata K., Ishii T., Takumi S., Mori N. and Nakamura C. (2001). Assignment of a brown planthopper (Nilaparvata lugens Stal) resistance gene bph4 to the rice chromosome 6. Breed. Sci. 51.
    
38. 
    Khanna HK and Raina SK (1999) Agrobacterium-mediated transformation of indica rice cultivars using binary and superbinary vectors. Aust J Plant Physiol 26: 311-324.
    
39. 
    Khanna HK and Raina SK (2002) Elite indica transgenic rice plants expressing modified Cry1A(c) endotoxin of Bacillus thuringiensis showed enhanced resistance to yellow stem borer (Scirpophaga incertulas). Transgenic Res 11: 411-423.
    
40. 
    K.K. Jena. J.U. Jeung IR J. H.Lee H. C. Choi.D. S. Brar (2006), High resolution mapping of a new brown planthopper (BPH) ressistance gene, Bph 18(t), AND marker-assisted selection for BPH reistance in rice (Oryza sativaL.), Theor Appl Genet, 112, .288-297.
    
41. 
    Lihong Sun, Changchao Su, Chunming Wang, Huqu Zhai and Jianmin Wan, “Mapping of a Major Resistance Gene to the Brown Planthopper in the Rice Cultivar Rathu Heenati”. Breed. Sci. Vol. 55: 391-396. (2005) .
    
42. 
    Michelmore R.W., Pran I. and Kesseli V. (1991). Identification of markers linked to disease resistance genes by bulked segregant analysis. A rapid method to detect markers in spesific genomic regions by using segregeting populations, Proc. Nalt. Acad. Sci. USA, 88, pp. 9828-9832.
    
43. 
    Nguyen thi Lang, DS Brar, GS Khush, N Huang and BC Buu. 1999. Development of STS markers to indentify brown planthopper resistance in a segregating population.
    
44. 
    Park SH, Pinson SRM, and Smith RH (1996) T-DNA integration into genomic DNA of rice following Agrobacterium inoculation of isolated shoot apices. Plant Mol Biol 32: 1135-1148
    
45. 
    Qifa Zhang* (2007) Strategies for developing Green Super Rice. Agricultral Sciencies, Vol. 104, No.42, 16402-16409
    
46. 
    Rashid H, Yokoi S, Toriyama K, and Hinata K (1996) Transgenic plant production mediated by Agrobacterium in indica rice. Plant Cell Rep 15: 727-730.
    
47. 
    Sanford, J. C., T. M. Klein, E. D. Wolf, and N. Allen. 1987. Delivery of substances into cells and tissues using a particle bombardment process.Journal of Particulate Science and Technology 5:27-37.
    
48. 
    Sidhu G.S. and Khush G.S. (1978). Genetic analysis of brown planthopper resistance in twenty varieties of rice, Oryza sativa L. Theor. Appl. Genet., 53, pp. 199-203.
    
49. 
    Sun, L.-H., Wang, C.-M., Su, C.-C., Liu, Y.-Q., Zhai, H.-Q., & Wan, J.-M. (2006). Mapping and marker-assisted selection of a brown planthopper resistance gene bph2 in rice (Oryza sativa L.). Yi chuan xue bao Acta genetica Sinica,33(8), 717-723. Springer-Verlag GmbH LA - English. Retrieved from http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/16939006
    
50. 
    Tateoka, T., 1963. Taxononic Studies of Oryza III. Key to the species and their enumeration. Bot. Mag. Tokyo 76: 165-173.
    
51. 
    Tateoka, T., 1964. Notes on some grasses. XVI. Embryo structure of the genus Oryza in relation to the systematics. Amer. J. Bot. 51: 539-543.
    
52. 
    Tu J, Ona I, Zhang Q, Mew TW, Khush GS, and Datta SK (1998) Transgenic rice variety IR72 with Xa21 is resistant to bacterial blight. Theor Appl Genet 97: 31-36.
    
53. 
    Zhang S, Song WY, Chen L, Ruan D, Taylor N, Ronald PC, Beachy RN, and Fauquet CM (1998) Transgenic elite indica rice varieties, resistant to Xanthomonas oryzae pv.oryzae. Mol Breed 4: 551-558.
    

Chủ nhiệm đề tài TS. Khuất Hữu Trung

Người báo cáo KS. Trần Duy Cường