CƠ SỞ DI TRUYỀN TÍNH CHỐNG CHỊU ĐỘ
ĐỘC NHÔM
Năng suất cây trồng trên đất acid, đất phèn bị ảnh
hường rất đáng kể do nhiều yếu tố: (1) độ độc sắt, (2) độ độc nhôm, (3) độ pH
thấp, (4) thiếu lân, v.v... Trong chương này, chúng ta đề cập đến tính trạng
chống chịu độ độc nhôm của cây trồng trên đất chua (pH thấp), hoặc đất phèn (pH
thấp, nhiều lưu hùynh, như đồng bằng sông Cửu Long)
Độ độc nhôm được xem như yếu tố hạn chế chính đối
với sự tăng trưởng của cây trồng (Kochian 1995). Người ta chưa biết nhiều về cơ
chế chống chịu độ độc nhôm của cây trồng ở mức độ sinh học phân tử. Trong các
loài mễ cốc, cây lúa mạch đen (rye) được xem như là cây có tính chống chịu độ
độc nhôm tốt nhất. Aniol và Gustafson (1984) phát hiện tính chống chịu này ở
cây lúa mạch đen, được điều khiển bởi những gen chủ lực định vị trên nhiễm sắc
thể 3R và 6R, với những gen khác định vị trên nhiễm sắc thể 4R. Hai loci trội: Alt1
trên nhiễm thể số 6R và Alt2 trên nhiễm thể số 4R, đà được thiết lập
bản đồ (Gallego và ctv. 1998, Miữahudin và ctv. 2002). Đối với lúa mì, tính
trạng này được điều khiển bởi 2-3 gen trội hoặc đa gen (Aniol và Gustafson
1984). Người ta đã xác định được một gen chính AtlBH điều khiển tính
trạng chống chịu độ độc nhôm, định vị trên nhiễm sắc thể 4DL, đóng góp 85% biến
thiên kiểu hình (Riede và Anderson 1996). Tang và ctv. (2000) đã thiết lập bản
đồ một gen điều khiển tính chống chịu nhôm trên một nhánh vai của nhiễm thể 4H
của lúa mạch (barley), liên kết với marker Xbccd 17, khoảng cách liên
kết là 2,1 cM, liên kết với marker Xwg464 và Xcdo 1395, khoảng
cách liên kết là 2,1 cM. Đối với cây bắp, nhiều phòng thí nghiệm cũng đã tiến
hành nghiên cứu tính trạng chống chịu độ độc nhôm, họ ghi nhận tính trạng này
do đa gen điều khiển (Magnavaca và ctv. 1987). Nghiên cứu tính trạng này trong
cây lúa vẫn còn ít báo cáo. Sử dụng kỳ thuật phân tử, Wu và ctv.(2000) đã xác
định được nhiều QTL có liên quan đến tính chống chịu nhôm, trong một quần thể
cận giao ngẫu nhiên của tổ họp lai IR1552 / Azucena. Nguyễn và ctv.(2001) đã
phát hiện 5 QTL điều khiển tính chống chịu nhôm, định vị rãi rác trên 5 nhiễm
sắc thể, với một QTL chính thức định vị trên nhiễm thể số 1. Nguyễn và ctv.
(2002) tìm thấy 10 QTL định vị trên 9 nhiễm sắc thể điều khiển tính chống chịu
nhôm, trên cơ sở quần thể lưỡng bội kép (DH) của tổ họp lai CT9993 / IR62266.
Những phát hiện này khẳng định rằng: tính chống chịu độ độc nhôm là một tính
trạng phức tạp
Đối với cây lúa, trước đây, người ta nghĩ rằng rễ
lúa trong đất acid phải tiếp xúc và bị ngộ độc bởi ion H+, nhưng
hiện nay người ta cho rằng chính ion Al3+ là tác nhân (Coronel 1980,
Thaworuwong và van Díet 1974). Trong các thí nghiệm của tác giả, với pH từ 3.5
- 5.0, không thấy ảnh hưởng độc hại rễ lúa nếu không có sự hiện diện của nhôm.
Chính sự phát triển của rễ lúa là chỉ tiêu quan sát
dễ nhất ở các nồng độ gây độc hại của nhôm.
Thông thường, độ gây độc hại của nhôm không xuất
hiện ở pH lớn hơn 5,5 (Mc Cart và Kaprath 1965), mà chỉ gây thiệt hại trầm
trọng ở pH nhỏ hơn 5,0.
Kỹ thuật thanh lọc tính chống chịu độ độc nhôm
trong môi trường dinh dưỡng có nhiều thuận lợi hơn thanh lọc ngay trên đất
acid, bởi vì rất khó kiểm tra được nồng độ nhôm một cách chính xác trong đất
(Froy 1974, Howeler và Cadavid 1976, Martinez 1976), chưa nói sự thay đối pH
làm ảnh hưởng đến dạng nhôm hoà tan và mức độ gây độc hại trong đất (Moore
1974).
Có 3 kỹ thuật thanh lọc nhôm trong môi trường dinh
dưỡng: chiều dài rễ tuyệt đối, sự phục hồi sinh trưởng của rễ và nhuộm màu khi
phản ứng với hematoxylin. Nhưng kỹ thuật đo chiều dài rễ tuyệt đối được áp dụng
phổ biến nhất (Coronel 1980).
Sau khi có được chiều dài tuyệt đối (MRL), người ta
còn dùng phép tính chiều dài rễ tương đối (RRL) để làm giảm bớt sự sai biệt về
di truyền của sự sinh trưởng rễ lúa (Coronel 1980). Khái niệm về chiều dài
tương đối (RRL) được xem như là tỷ số của chiều dài rễ ở 2 mức độ nhôm khác
nhau.
RRL= Chiều
dài rễ ở nồng độ 30 ppm AI / Chiêu dài rễ
ở nồng độ 0 ppm AI
Hiện tượng đầu tiên của cây trồng khi bị độ độc của
nhôm là sự kéo dài của rễ bị ức chế. Rễ bị thương tổn trong điều kiện nồng độ
nhôm cao, biểu hiện thông qua các triệu chứng như sau: ngắn, dầy, sậm màu, dòn
dễ gãy, ít đâm nhánh, chiều dài tổng số của rễ và thể tích rễ cây giảm rõ rệt.
Độ độc nhôm còn có thể ảnh hưởng đến sự tăng trưởng
của chồi thân, thông qua sự giới hạn di chuyển chất dinh dưỡng, và nước do hiện
tượng hấp thu hoặc truyền dẫn qúa kém
5-1.
GIỐNG LÚA NƯỚC SÂU CHỐNG CHỊU ĐỘ ĐỘC NHÔM Ở ĐỒNG BẰNG SÔNG CỬU LONG
Hầu hết các vùng lúa nước sâu ở ĐBSCL là đất phèn,
nồng độ sắt và nhôm cao, gây độc hại cho cây lúa ở giai đoạn mạ trước khi mưa
ngập, đặc biệt trong điều kiện mưa thất thường (van Breeman 1978, Võ Tòng Xuân
và ctv 1982).
Cây lúa chịu tác động của nhiều yếu tố cùng một
lúc, chẳng hạn như sự thiếu lân, thừa sắt, nhôm và các hợp chất có chứa lưu
huỳnh (S) trên đất phèn. Các biểu hiện về triệu chứng gây độc này rất phức tạp,
vì sự tác động có tính chất tổng hợp của nó.
Tính chống chịu độ độc nhôm của các giống lúa nước
sâu phố biến ở ĐBSCL đã được phân tích.
Thí nghiệm được thực hiện tại IRRI, trong phytotron,
nhiệt độ 29/21°C (ngày/đêm), ẩm độ tương đối 70%. Hàm lượng nhôm cho vào môi
trường dinh dưỡng là 0 ppm và 30 ppm lấy từ dung dịch IM (A1CỈ3, 6H2O)
Sau khi có được chiều dài tuyệt đối (MRL), người ta
còn dùng phép tính chiều dài tương đối (RRL) để làm giảm bớt sự sai biệt về di
truyền của sự sinh trưởng rễ lúa (Coronel 1980).
Áp dụng phép thử chi bình phương về sự đồng nhất
của phương sai (Gomez 1984), chúng tôi xếp nhóm những giống có tính chống chịu
độ độc nhôm từ khá, trung bình đến nhiễm, so với giống đối kháng (bảng 1).
Bảng 1. Chiều dài rễ tuyệt đối của các giống kháng
ở nồng độ 0 và 30ppm AI trong môi trường dinh dưỡng (Buu 1987).
Giống
|
Chiều dài rễ (cm)
|
RRL
|
|
Oppm AI
|
30ppm AI
|
||
Leb Mue Nahng
|
13.75+1.65
|
9.37+0.61
|
0.68
|
Tàu nút (Lúa giáng)
|
10.30+1.34
|
7.04+1.57
|
0.68
|
Ba sào
|
10.05+1.41
|
4.43+0.97
|
0.65
|
Khao Daeng
|
13 19+1.42
|
8.44+1.10
|
0.64
|
Habiganj Aman 1
|
13 78+0 95
|
8 81+039
|
0.64
|
Nàng phước
|
12.18+1.72
|
7.71+1.76
|
0.63
|
HTAFR
77022-14-157-6-1
|
10.83+1.91
|
6.78+0.38
|
0.63
|
Sa quay
|
10.93+1.47
|
6.85+1.33
|
0.63
|
IR 11185-RRR-88-2
|
11.36+1.63
|
7.13+1.09
|
0.63
|
Ba chúc
|
9.30+0.89
|
5.78+0.93
|
0.62
|
IAC3 (ĐC kháng)
|
20.36+2.41
|
16.51+2.71
|
0.81
|
IR45 (ĐC nhiễm)
|
14.84+1.3
|
6.11+1.76
|
0.41
|
RRL: chiều dài rễ tương đối
(relative root length)
Ở bảng 1, các giống kháng có giá trị RRL đồng nhất
(x2=0,416, p=0,50). Giống Leb Mue Nahng 111 (LMN111), Habiganj
Amanl, Khao Daeng và Ba sào đều được cả hai tiêu chuẩn về chiều dài tuyệt đối
và tương đối. Các giống lúa nổi Ba sào (Đồng Tháp Mười), Nàng Phước (Tứ giác
Long Xuyên) đều thề hiện tính kháng độ độc nhôm rất tốt. Giống Ba chúc và Tàu
nút phổ biến ở vùng Tây Sông Hậu và Tứ Giác Long Xuyên cũng thể hiện tính kháng
nhôm. Giống Sa quay thuộc nhóm lúa mùa sớm - phổ biến ở An Biên (Kiên Giang),
trồng trên đất nhiễm mặn và than bùn, cũng đuợc ghi nhận có tính kháng.
Khao Daeng - giống lúa nước sâu gạo đỏ của Thái Lan
và giống lúa nối LMN111- trước đây được ghi nhận kháng nhôm rất khá
(HilleRisLambers và Sittiyos 1985), cũng thể hiện kết quả tương tự trong thí
nghiệm này.
Dòng lúa nước sâu triển vọng IR11185-RRR-8-2 từ tổ
họp lai IR2070-414- 39/LMN111 được ghi nhận có tính kháng giống như LMN111.
39 dòng giống có giá trị RRL lớn hơn trung bình mẫu
được liệt kê ở bảng 3 và được xếp nhóm theo sự đồng nhất về phương sai.
Mức độ phản ứng đối với nồng độ nhôm ở 30 ppm thể
hiện rất rõ (x2=14.37).
Không ghi nhận triệu chứng độc hại trên lá già.
Các giống lúa nối Nàng tri, Nàng đùm nhỏ, Nàng đùm
to (Đồng Tháp Mười), Nàng Tây, Nàng son (Tứ Giác Long Xuyên) có phản ứng hơi
kháng.
Giống phổ biển trên vùng Tây Sông Hậu là Trắng
Chùm, Trắng Lựa cũng có phản ứng hơi kháng.
Giống Trắng lùn, Lúa Thước phổ biến trên đất phèn
bị nhiễm mặn cho thấy có phản ứng nhiễm.
Thực hiện cân trọng lượng khô bằng cách sấy mẫu
trong tủ định ôn 150 °F trong 4 ngày. Cân riêng mẫu rễ lúa và mẫu chồi thân
(Bảng 2)
Nhìn chung trọng lượng khô của chồi và rễ đều có xu
hướng giảm ở nồng độ 30 ppm Al, nhưng kết quả không rõ ràng như quan sát chiều
dài rễ.
Áp dụng khái niệm về chiều dài rễ tương đối (RRL)
là phương pháp thanh lọc nhôm đơn giản và hiệu quả hơn hết. Trong thí nghiệm
này, tương quan giữa RRL và chiều dài rễ tuyệt đối (MRL) rất chặt chẽ (hình
5-1)
r = 0,798 ** (n=107)
y= 0,039 x +0,215
Hình 5-2 và 5-3 cho thấy, sự biến thiên của trọng
lượng chất khô thường lớn hơn nhiều so với biến thiên về chiều dài. Do đó
phương pháp đo chiều dài rễ để quan sát phản ứng chống chịu với độ độc nhôm có
thể cho biết kết quả chính xác hơn cân trọng lượng khô.
Bảng 2: Trọng lượng khô của rễ và chồi của các
giống kháng ở 2 nồng độ nhôm Oppm và 30ppm(Buu 1987).
Giống
|
Trọng lượng rễ
(mg/cây)
|
Trọng lượng chồi
(mg/cây)
|
||
Oppm AI
|
30ppm AI
|
Oppm AI
|
30ppm AI
|
|
Leb Mue Nahng
|
22,2
|
20,2
|
53,2
|
48,5
|
Tàu nút (lúa giáng)
|
14,1
|
16,2
|
15,1
|
61,6
|
Ba sào
|
22,3
|
21,5
|
53,6
|
50,9
|
Khao Daeng
|
21,6
|
26,8
|
63,6
|
59,8
|
Habiganj Aman 1
|
20,9
|
16,5
|
55,5
|
40,8
|
Nàng phước
|
17,1
|
10,2
|
35,3
|
26,1
|
HTAFR
77022-14-157-6-1
|
13,0
|
15,3
|
30,4
|
38,0
|
Sa quay
|
21,6
|
18,0
|
65,7
|
51,5
|
IR 11185-RRR-88-2
|
16,4
|
18,1
|
38,5
|
43,4
|
Ba chúc
|
16,8
|
15,0
|
52,2
|
55,1
|
IAC3 (ĐC kháng)
|
28,6
|
27,3
|
53,2
|
59,4
|
IR45 (ĐC kháng)
|
30,5
|
17,3
|
56,7
|
39,5
|
Thí nghiệm nhuộm hematoxylin ở rễ lúa cũng khó so
sánh và kết luận.
Cần tiếp tục thanh lọc và ghi nhận mức độ phố biến
của từng giống lúa trên những loại đất phèn khác nhau (Sulfaquepts), kết
hợp với sự thanh lọc độ độc sắt để có những kết luận tiếp theo giúp cho sự bố
trí cơ cấu giống hợp lý và xác định mục tiêu lai tạo phù hợp cho từng vùng.
Bảng
3a. Danh sách các dòng giống có RRL lớn hon trung bình mẫu (Bửu 1987)
Hạng
|
Dòng giống
|
RRL
|
X2
|
1
|
Leb Mue Nahng 111
|
0.68
|
0.416
|
2
|
Tàu nút (lúa giáng)
|
0.68
|
|
3
|
Ba saìo
|
0.65
|
|
4
|
Khao Daeng
|
0.64
|
|
5
|
Habigan j Aman 1
|
0.64
|
|
6
|
Naìng phseảĩc
|
0.63
|
|
7
|
HTAFR
77022-14-157-6-1
|
0.63
|
|
8
|
Sa quay
|
0.63
|
|
9
|
IR1185-RRR-88-2
|
0.63
|
|
10
|
Ba chuỉc
|
0.62
|
|
11
|
Nàng đùm nhỏ
|
0.60
|
3.361
|
12
|
Nàng đùm to
|
0 60
|
|
13
|
BGD4-7-3PE-1-12
|
0.60
|
|
14
|
Nàng tây
|
0.60
|
|
15
|
Habiganí Aman 8
|
0.58
|
|
16
|
FR13A
|
0.57
|
|
17
|
SPR7411-7-2-1
|
0.57
|
|
18
|
Cù là
|
0.56
|
|
19
|
Jhora
|
0.56
|
|
20
|
Trăng lựa
|
0.56
|
|
21
|
Nàng tây
|
0.56
|
|
22
|
Nàng tri
|
0.55
|
|
23
|
1R33277-1-507-1-13
|
0.55
|
|
24
|
1RRS 43/3
|
0.54
|
|
25
|
BKN 6986-1
|
0.54
|
|
26
|
IR5853-196-1-1
|
0.54
|
|
27
|
Baisbish
|
0.53
|
4.193
|
28
|
HKNPR 76010-108-2-0
|
0.53
|
|
29
|
SPR
7294-136-2-4-1-0-8-2
|
0.53
|
|
30
|
IR31086-12-1-3-3-1
|
0.53
|
|
31
|
Khama
|
0.53
|
|
32
|
Khao Dawk Mali 105
|
0.53
|
|
33
|
Tàu nút
|
0.53
|
|
34
|
Huyết rồng D10
|
0.52
|
|
35
|
Nàng tây c
|
0.52
|
|
36
|
Nàng sen
|
0.52
|
|
37
|
IR2 8932-9-3-3
|
0.52
|
|
38
|
Trắng chùm
|
0.51
|
|
39
|
IR11288-B-B-69-1
|
0.51
|
= 0.49** ±0.02
Bảng
3b: Kết qủa thanh lọc nhôm bộ giống lúa được sưu tập từ nhiều quốc gia
(Khatiwada ctv. 1996), giá trị RRL được theo thứ tự từ cao xuống thấp.
Giống
|
Nguồn gốc
|
RRL
(trang bình của 2
lần lập lại)
|
Siyam Kuning
|
Indonesia
|
1.159
|
Gudabang Putih
|
1.135
|
|
Siyam
|
1.105
|
|
Lemo
|
“
|
1.088
|
Khao Deang
|
Thái Lan
|
1.083
|
Siyamhalus
|
Indonesia
|
1.059
|
Bjm-12
|
“
|
1.058
|
Ketan
|
6Í
|
1.056
|
Seribugangtang
|
íí
|
1.050
|
Bater Raden Rati
|
1.047
|
|
Padi Kanji
|
“
|
1.043
|
Bjm-13
|
“
|
1.040
|
Batang Pane
|
“
|
1.039
|
Bjm-14
|
“
|
1.038
|
Cà Đung đỏ
|
Việt Nam
|
1.037
|
Bjm-10
|
Indonesia
|
1.035
|
Padi Jambi
|
1.032
|
|
Gablak Cablak
|
“
|
0.956
|
Barito
|
“
|
0.944
|
Bảy và ctv. (2003) đã sử dụng 171 dòng F6
(dòng cận giao tái tổ hợp = RILs) được chọn một cách ngẫu nhiên từ 312 dòng của
tổ họp lai IR64 / Orvza rụ/ìpogon (acc. 106424). Mầu giống lúa hoang Oryza
ruỹipogon này được thu thập từ Tràm Chim (Đồng Tháp Mười), nơi được xác
định là đất phèn nặng. Các dòng RIL được tạo ra thông qua phương pháp chọn lọc
SSD (single seed descent) cho đến F6 tại IRRI.
Engatek
|
Malaysia
|
0.930
|
Bjm-15
|
Indonesia
|
0.928
|
Siyam Kuning
|
Indonesia
|
0.925
|
Quisidugo
|
“
|
0.922
|
Lúa Thước
|
Việt Nam
|
0.918
|
Gudabang Kuning
|
Indonesia
|
0.916
|
Bjm-17
|
“
|
0.903
|
Kutik Putih
|
“
|
0.902
|
Kapuas
|
“
|
0.886
|
Baiang 6
|
0.886
|
|
Pontianak
|
“
|
0.853
|
Nàng Côi
|
Việt Nam
|
0.850
|
Bayar Kuning
|
Indonesia
|
0.848
|
Bjm-ll
|
66
|
0.845
|
Trắng Hòa Bình
|
Việt Nam
|
0.845
|
Alabio
|
Indonesia
|
0.807
|
Khao Seetha
|
Thái Lan
|
0.807
|
Gaw Diaw Bow
|
Indonesia
|
0.801
|
Khao Taeng
|
Thái Lan
|
0.800
|
Lúa Thước cồ
|
Việt Nam
|
0.794
|
Talang A
|
Indonesia
|
0.784
|
Mahakam
|
66
|
0.783
|
Galambong
|
“
|
0.773
|
Tài Nguyên
|
Việt Nam
|
0.768
|
Ketumbar
|
Indonesia
|
0.742
|
Thơm Rằn
|
Việt nam
|
0.738
|
Talang B
|
Indonesia
|
0.729
|
Đuôi Trâu
|
Việt Nam
|
0.701
|
Cà Đung Phèn
|
66
|
0.700
|
Gogo Ranceh
|
Indonesia
|
0.698
|
Đốc Phụng
|
Việt Nam
|
0.676
|
Nàng Gáo
|
“
|
0.671
|
Masirit
|
Indonesia
|
0.670
|
Kapus
|
“
|
0.622
|
Yaca
|
West Africa
|
0.661
|
s-l
|
“
|
0.659
|
Atanha
|
66
|
0.623
|
Nàng Co
|
Việt Nam
|
0.623
|
Thần Nông Đỏ
|
“
|
0.621
|
Pokkali
|
India
|
0.617
|
Sóc nâu
|
Việt Nam
|
0.587
|
Silla
|
West Africa
|
0.573
|
S-4
|
“
|
0.450
|
IRAT104 (chuẩn
|
0.828
|
|
kháng)
IR1552 (chuấn
nhiễm)
|
0.572
|
|
CV%
|
12.50
|
|
LSD 0,05
|
0.213
|
5-2.
XÁC ĐỊNH QTL ĐIÈU KHIỂN TÍNH CHỐNG CHỊU ĐỘ ĐỘC NHÔM
Bảy và ctv. (2003) đã sử dụng 171 dòng F6
(dòng cận giao tái tổ hợp = RILs) được chọn một cách ngẫu nhiên từ 312 dòng của
tổ họp lai IR64 / Orvza rufipogon (acc. 106424). Mẫu giống lúa hoang Oryza
rufipogon này được thu thập từ Tràm Chim (Đồng Tháp Mười), nơi được xác định
là đất phèn nặng. Các dòng RIL được tạo ra thông qua phương pháp chọn lọc SSD
(single seed descent) cho đến F6 tại IRRI.
IR64 là giống lúa indica cho năng suất cao và phẩm
chất gạo tốt, phát triển rộng khắp ở Châu Á, nhưng rất nhạy cảm với độ độc nhôm
(Khatiwada và ctv. 1996). Lúa hoang Oryza rufipogon là loại hình đa
niên, genome AA giống như bộ genome của lúa trồng IR64, chúng mọc hoang dại
trong vùng đầm trũng, đất phèn ở Đồng Tháp Mười.
Bố mẹ và con lai được thanh lọc nhôm trong dung
dịch dinh dưỡng Yoshida (Yoshida và ctv 1976). Nghiệm thức nhôm được thêm vào
là 0 và 40 ppm AI (tương đương 1.48 mM), nhôm hoạt động Al3+ từ AICI3.6H2O
ở pH 4. Dung dịch dinh dưỡng được thay mỗi ngày, điều chỉnh pH 5. Khay thí
nghiệm và cây mạ được giữ trong điều kiện phòng thí nghiệm có nhiệt độ 27 ± 2 °C,
với 12 giờ sáng 300 PPFD (photo proton flux density)
Thí nghiệm được bố trí theo kiếu khối hoàn toàn
ngẫu nhiên, 4 lần nhắc lại.
Chương trình MAPMARKER/EXP v.3.0 (Lander và ctv.
1987, Lincoln và ctv. 1992) được sử dụng để phân tích bản đồ liên kết gen, với
hàm Kosambi (Kosambi 1944). Chương trình MAPMARKER/QTL version 1.1 được sử dụng
để xácđịnh các loci ảnh hưởng đến những tính trạng số lượng mục tiêu trên cở sở
phân tích bản đồ cách quãng (Paterson và ctv. 1988, Lincoln và ctv. 1992). Sử
dụng LOD score = 2,4 làm ngưỡng chọn lọc sự hiện diện QTL trên cơ sở khoảng
cách tống số của bản đồ, và khoảng cách trung bình giữa những marker (Lander và
Botstein 1989). Với ngưỡng này, một QTL có thể được phát hiện trong genome với
xác suất tin cậy 0,05 (Paterson và ctv. 1988, Lander và Bostein 1989). Biến
thiên kiểu hình được giải thích bởi tất cả QTL thông qua mô hình phương trình
đa tuyến trong MAPMARKER/QTL. Tương tác giữa những loci trên bản đồ được thể
hiện bằng cách sử dụng QTLMapper version 1.0 (Wang và ctv. 1999)
Ba tính trạng mục tiêu được xem xét là
•
Chiều dài rễ đối chứng: CRL
•
Chiều dài rễ bị stress: SRL
•
Chiều dài rễ tương đối: RRL
Phân
tích ANOVA để phát hiện sự khác biệt có ý nghĩa giữa bố mẹ với con lai dòng cận
giao tái tố họp được trình bày ở bảng 4
Bảng
4: Thông số của 3 tính trạng được ghi nhận trên bố mẹ và 154 dòng con lai RIL,
4 lần lập lại (Bảy và ctv. 2003)
Tính trạng
|
Min.
|
Max.
|
Trung bình
|
cv (%)
|
LSDo.oi
|
CRL
|
|||||
IR64
|
-
|
-
|
11,30**
|
-
|
-
|
O. rufipogon
|
-
|
-
|
7,10**
|
-
|
-
|
RILs
|
4,48
|
19,28
|
9,98**
|
11,12
|
2,02
|
SRL
|
|||||
IR64
|
-
|
-
|
2,56**
|
-
|
-
|
o. rufipogon
|
-
|
-
|
5,50**
|
-
|
-
|
RILs
|
1,76
|
9,83
|
3,99
|
16.18
|
1,18
|
RRL
|
|||||
IR64
|
-
|
-
|
0,20**
|
-
|
-
|
o. rufipogon
|
-
|
-
|
0,77**
|
-
|
-
|
RILs
|
0,18
|
0,88
|
0,41
|
18,93
|
14,30
|
5-2-1.
Điều tra đa hình trong bố mẹ
Sử dụng 5 enzyme EcoRl, EcoRY, DraI, HindIII và
XbaI để phân cắt hạn chế genome của
bố mẹ. Sử dụng 400 RFLP marker của Đại Học Comell và của chương trình RGP (Nhật)
trong nghiên cứu đa hình. Kết qủa có 274 probe (65,9%) thể hiện đa hình. Mức độ
đa hình thể hiện tương ứng với các enzyme EcoRI (14,0%), EcoRV
(12,5%), DraI (19,8%), HindIII (27,7%) XbaI (19,5%)
Trong 168 SSR marker được sử dụng, có 112 marker
(66,7%) thể hiện đa hình.
Tác giả xem xét 13 gen ứng cử viên điều khiến tính
chống chịu độ độc nhôm theo nguồn số liệu GenBank, trong đó có 4 gen (30,8%)
được tìm thấy biểu hiện đa hình giữa bố và mẹ
5-2-2.
Phân ly và thiết lập bản đồ
Đa hình được xem xét trên cơ sở 238 marker rất rõ
ràng trong bố mẹ, từ đó chúng được sử dụng để điều tra trên quần thể con lai.
Tác giả đã thiết lập bản đồ với 151 marker loci và phân tích QTL trong dòng con
lai cận giao tái tổ hợp (RIL). Hầu hết những marker này để thế hiện băng lai
đơn, trừ RG788 có hai copy. Marker này được đánh dấu là “suffix A và B”. Những alen không rõ nguồn gốc, không phải
của bố mẹ (hoàn toàn mất tín hiệu) được tìm thấy trong quần thế RIL này là
7,3%. Trường hợp như vậy được xử lý như trường hợp thiếu số liệu. Phân ly của
151 marker trong bản đồ liên kết gen được trắc nghiệm thông qua phép thử Chi
bình phương. Kết qủa cho thấy hầu hết (122 marker) phân bố theo lý thuyết
Mendel 1:1, chiếm 80,7% tổng số. Hầu hết marker (118 marker) thiên lệch về
1R64, 4 marker lệch về Oryza rufipogon, và 29 loci có ít nhất 50% alen
thuộc về Otyza rufipogon. Mức độ lệch này (skewness) trong quần thể RIL
[60% nghiêng về alen IR64, 40% nghiêng về alen lúa hoang] đã gây ảnh hưởng đến
khả năng thiết lập bản đồ marker de novo trên cơ sở số liệu phân ly của
nhhững dòng RIL (Bảy và ctv. 2003)
Bảng
5: Những QTL giả định trong trường hợp 3 tính trạng CRL, SRL và RRL (Bảy và
ctv. 2003)
CRL QAÌCrl2.1
|
RG341-RZ397
|
12
|
8,9
|
4,0
|
1,834(1)
|
2,8
|
10,3
|
SRL QAÌSr2.1
|
RG139-RG324
|
2
|
11,6
|
8,0
|
3,235(0)
|
2,9
|
26,4
|
QAlSr3.1
|
CD01395-RG391
|
3
|
0,5
|
0,0
|
1,478(0)
|
6,2
|
18,7
|
QAlSr8.1
|
RG28-RM233
|
8
|
31,0
|
18,0
|
1,915(0)
|
3,1
|
20,8
|
Mô hình QTL tối hảo
|
45,6
|
||||||
RRL QAlRrl.l
|
RG406-RZ252
|
1
|
6,5
|
6,0
|
0,100(0)
|
2,4
|
9,0
|
QAlRr3.1
|
CD01395-RG391
|
3
|
0,6
|
0,0
|
0,167(0)
|
8,3
|
24,9
|
QAlRt-7.1
|
RZ629-RG650
|
7
|
29,8
|
18,0
|
0,126(0)
|
5,4
|
22,5
|
QAlRr8.1
|
RG28-RM223
|
8
|
31,0
|
18,0
|
0,104(0)
|
2,5
|
20,8
|
QAIRrỌ.l
|
RM201-WALI7
|
9
|
10,0
|
8,0
|
0,109(0)
|
2,6
|
9,9
|
Mô hình QTL tối
|
hảo [bl
|
70,8
|
(I):
IR64, (0): Oryza ruýìpogon
•
biến thiên kiểu hình được giải thích bởi từng QTL
riêng biệt
•
biến thiên kiểu hình được giải thích bởi tất cả QTL
Chiến lược thiết kế một bản đồ liên kết gen từ quần
thể có tính chất nghiêng lệch như vậy (skewness) đã được Wang và ctv. (1994) đề
xuất. Trước tiên, những marker này cùng thuộc về nhóm liên kết đã được xác định
trên cơ sớ bản đồ có mật độ cao về liên kết di truyền trong cây lúa (Causse và
ctv. 1994, Harushima và ctv. 1998, Temnykh và ctv. 2001). Sau đó, tỉ lệ tái tổ
họp, vị trí thứ tự trên nhiễm sắc thể được xác định bằng lệnh “Three Point” và
“First Order” trong phần mềm chương trình máy tính, ở LOD = 3,0 trên cơ sở số
liệu của quần thể RIL. Đối với những marker mà vị trí của nó chưa được biết rõ,
chúng ta phải dùng phương pháp phân tích hai điểm với LOD 10-12 để tìm thấy
nhóm liên kết của chúng. Câu lệnh “Try” được sử dụng đối với những marker không
liên kết (unlinked).
Kết qủa phân tích cho thấy, 151 marker loci phân ra
thành 13 nhóm liên kết (riêng nhiễm thể số 1 có hai nhóm liên kết). Các nhiễm
sắcthể được định hướng theo nhánh vai ngắn nằm phía trên của vị trí tâm động
(Singh và ctv. 1996). Thứ tự của marker trên bản đồ được xếp theo nguyên tắc
thống nhất của Đại Học Comell (Causse và ctv. 1994, Temnykh và ctv. 2001), của
chương trình genome cây lúa (RGP) tại Nhật (Harushima và ctv. 1998), và bản đồ
cây lúa được phát triển từ quần thể o. sativa X o. rufipogon (Xiong và ctv. 1997,
Xiao và ctv. 1998).
Tổng chiều dài bản đồ là 1.755 cM, khoảng cách
trung bình giữa hai marker là 11,6 cM (hình 5-4)
Nhiễm sắc thể số 10 có số marker thể hiện ít nhất.
Cho dù 12 SSR và 20 RFLP định vị trên nhiễm thể này, nhưng chỉ có 6 marker được
thiết lập trên bản đồ. Sự thể hiện đa hình kém trên nhiễm thể số 10 cho thấy: ở
một vài vùng của genome giống lúa trồng và lúa hoang có thể biểu hiện khá phố
biến hiện tượng suy giảm (descent), hoặc o. rufipogon đóng vai trò dần
xuất của con lai (derivative) tạo ra trạng thái gần gũi về huyết thống
(proximity) của loài hoang dại mọc ở đồng ruộng của nông dân trồng lúa Châu Á
(thí dụ hiện tượng lúa cỏ)
5-2-3. Bản đồ QTL
Tác giả xác định 9 QTL với giá trị LOD 2,4 đã được
phân lập đối với 3 tính trạng mục tiêu (bảng 5). Những QTL giả định này được
ghi nhận với nhiễm sắc thể mà nó định vị, giá trị LOD, phần trăm biến thiên
kiểu hình được giải thích, ảnh hưởng cộng (additive effect). số QTL điều khiển
tính trạng thay đổi từ 1 QTL đối với CRL cho đến 5 QTL đối với RRL. Biến
thiên kiểu hình cũng thay đổi từ 9,0% đến 26,4%. Vị trí của những QTL được xem
xét trên hình 5-4
Tính trạng chiều dài rễ đối chứng (CRL): chỉ có 1
QTL, đó là QAlCrl2.1, định vị trên nhiễm thể số 12, hai marker kế cận
của nó là RG341 và RZ397, điều khiển tính trạng chiều dài rễ trong điều kiện
không có stress do nhôm. QTL này giải thích 10,3% biến thiên kiểu hình với 1
alen (chiều dài rễ dài hơn) từ giống lúa IR64. Sự gia tăng của chiều dài rễ do
alen này là l,83cm
Tính trạng chiều dài rễ bị stress do nhôm (SRL): có
3 QTL ảnh hưởng, được tìm thấy trên nhiễm thể số 2, 3 và 8. Đó là QAlSr2.1
định vị trên nhiễm thể số 2, hai marker kế cận là RG139 và RG324, nó có giá trị
R2 cao nhất (26,4%). Tiếp theo sau đó là QAlSr8.1, hai market
kế cận là RG28 và RM223, trên nhiễm thể số 8 (20,8%). Và cuối cùng là QalSr3.l,
hai marker kế cận là CD01395 và RG391, trên nhiễm thể số 3 (18,2%). Những ỌTL
này đóng góp 45,5% biến thiên kiểu hình. Ớ đây Oryza rufipogon có những
alen ưu thế về tính trạng chiều dài rễ trong cả 3 ỌTL nói trên. Ảnh hưởng
allelic thay đối từ 1,46 cm (QalSr3. 1) đến 3,24 cm (QalSr 2.1)
Tính trạng chiều dài rễ tương đối (RRL): có 4 QTL
ảnh hưởng, được tìm thấy trên nhiễm thể số 1, 3, 7 và 8. Đó là QalRr1.1định
vị trên nhiễm thể số 1, hai marker kế cận là RG406 và RZ252, nó có giá trị R2
là 9,0%). Kế đến là QAlRr3.1, hai market kế cận là CD01395 và RG391,
trên nhiễm thể số 3 (24,9% cao nhất). Tiếp theo sau đó là QAlRr7.1, hai
market kế cận là RZ629 và RG650, trên nhiễm thể số 7 (22,5%). QAlRr8A,
hai market kể cận là RG28 và RM233, trên nhiễm thể số 8 (20,8%). Và cuối cùng
là QalRr9.1, hai marker kế cận là RM201 và WAL17, trên nhiễm thể số 9
(9,9%).
Tống số QTL trong mô hình giả định như vậy đã giải
thích được 70,8% biến thiên kiểu hình. Ảnh hưởng của alen thay đổi từ 10,0% (QAlRrl.l)
đến 16,7% (QAIRr3. 1) (Bảy và ctv. 2003)
5-2-4. Phân tích epistasis
Hiện tượng epistasis là thành phần quan trọng của
di truyền đối với những tính trạng phức tạp như tính chống chịu độ độc nhôm.
Tương tác giữa QTL và những loci cải biên có thể được xem như một dạng chính
của epistasis đối với các tính trạng số lượng (Yu và ctv. 1997). Phân tích
epistasis giữa các loci trên bản đồ của 3 tính trạng chính được thể hiện ở bảng
6, nhờ phần mềm QTLMapper version 1.0 (Bảy và ctv. 2003)
Bảng
6: Phân tích epistasis đối với những loci của gen điều khiến tính trạng chiều
dài rễ đối chứng (CRL), chiều dài rễ bị xử lý (SRL), và chiều dài rễ tương đối
(RRL) trong quần thể RIL của tổ họp lai IR64 x Oryza rufipogon (Bảy và
ctv. 2003)
Tính
trạng
|
Nhiễm
sắc
thể
|
Quãng
giữa 2 marker (i)
|
Nhiễm
săc thê
|
Quãng
giữa 2 marker (j)
|
A(i)
|
A(j)
|
AA(ij)
|
LOD
|
CRL
|
2
|
RM233-RM203
|
5
|
RM249-RM164
|
0,03
|
0,18
|
1,39**
|
2,84
|
4
|
S2486-RZ590
|
12
|
RM17-RG901
|
0,43
|
0,29
|
ị
|
3,11
|
|
6
|
Rali33-RG172
|
12
|
RM17-RG901
|
0,18
|
0,53
|
1,60**
|
4,16
|
|
7
|
RZ509-RM2
|
9
|
Wali7-RZ404
|
0,18
|
0,32
|
1,92**
|
3,82
|
|
R2(%)
|
0,00
|
0,00
|
51,21
|
|||||
SRL
|
3
|
S1845-CD01395
|
6
|
RG653-RZ828
|
1,00**
|
0,10
|
0,39
|
5,20
|
R2(%)
|
22,84
|
0,00
|
0,00
|
|||||
RRL
|
1
|
RM1-RM283
|
3
|
CD01395-RG391
|
0,030
|
0,112
|
0,033
|
7,73
|
Dấu
* và ** biểu thị mức độ ý nghĩa 0,05 và 0,01, theo thứ tự A(i): ảnh hưởng
alellic ở site (i)
A(]):
ảnh hưởng allelic ở site (j)
AA(ij):
tương tác không alen giữa site (i) và site (j)
R2(%):
biểu thị mức độ kiểu hình được giải thích ở site (i), site (j) và ảnh hưởng
epistatic (ij)
Khi xem xét tính trạng chiều dài rễ trong điều kiện
có xử lý nhôm, trên nhiễm sắc thể số 3, quãng giữa hai marker S1845-CD01395 có
một tương tác với khu vực được xác định bởi RG653-RZ828 (trên nhiễm thể số 6).
Ảnh hưởng allelic tại site (i) rất có ý nghĩa về thống kê và được giải thích
22,8% kiếu hình thể hiện ra. Tuy nhiên, ảnh hưởng allelic ở site (j) và ảnh
hưởng tương tác không alen giữa site (i) và site (j) không biếu thị mức độ ý
nghĩa rõ ràng, và không có ảnh hưởng đến biến thiên kiểu hình (bảng 6). Chiều
dài rễ trong điều kiện bình thường, chỉ có một QTL định vị trên nhiễm thế số 12
điều khiển trong giống IR64. Tuy nhiên, bốn cặp loci có tính chất epistatic đã
được ghi nhận với mức độ có ý nghĩa cao. Ảnh hưởng chính của những loci này
không biểu hiện biến thiên về kiểu hình, nhưng nó biểu hiện ở hiện tượng tương
tác không alen với nhau, với R2=51,2%. Kết qủa này cũng được công bố
bởi Zhang và ctv. (2001).
Khi xem xét tính trạng chiều dài rễ tương đối, tác
giả tìm thấy 6 khu vực khác nhau trên nhiễm sắc thể (1, 3, 4, 5, 9, và 12) biểu
thị tương tác với nhau. Ảnh hưởng allelic ở site (j) được ghi nhận rất có ý
nghĩa, với 36,59% kiểu hình được giải thích bới QTL. Ảnh hưởng allelic ở site
(i) và ảnh hưởng epistatasis không có ý nghĩa thống kê, và R2 cũng
bằng 0 (bảng 6). Khu vực QAlRr3.1 định vị trên nhiễm thể số 3 có tương
tác không alen với khu vực RM1- RM283 trên nhiễm thể số 1, cho dù tương tác này
không có ý nghĩa về mặt thống kê. Khu vực QalRr9.1 định vị trên nhiễm
thể số 9 tương tác với khu vực RG543-RG341 trên nhiễm thể số 12, cho kết qủa
không có ý nghĩa về mặt thống kê. Trong một quần thể mapping khác, Wu và ctv.
(2000) đã tìm thấy 3 cặp loci tương tác theo kiểu epistasis, với biến thiên
kiểu được giải thích khoảng 20% đối với tính trạng chiều dài rễ tương đối,
trong khi kết qủa này (IR64 X o. rufipogon) cho thấy epistasis
không có ý nghĩa (R2=0,00). Phân tích epistasis cho thấy tính chống
chịu độ độc nhôm ở giai đoạn cây mạ được điều khiển bởi ưu thế của hoạt động
gen cộng tính, giống như cây lúa mì (Bona và ctv. 1994) và cây bắp (Lima và
ctv. 1995). Kết qủa phân tích QTL và epistasis cho thấy kiểu gen có năng suất
cao như IR64 có thể kết họp với nguồn cho gen chống chịu độ độc nhôm của On>za
rụ/ìpogon, làm tăng cường tính chống chịu của IR64 thông qua biểu hiện kiểu
hình của con lai. Trong việc khai thác chiến lược MAS (marker-assisted
selection), QTL chính liên kết với CD01395 định vị trên nhiễm thể số 3 có thể
được xem như ứng cử viên để áp dụng việc chọn con lai có gen chống chịu độ độc
nhôm (Bảy và ctv. 2003)
Chiều dài rễ tương đối (RRL) là một thông tin vô
cùng quan trọng, liên quan trực tiếp đến tính chống chịu nhôm của cây lúa. Do
đó, QTL điều khiển tính trạng RRL được sử dụng để so sánh với những tư liệu
tham khảo có liên quan. Có 5 QTL điều khiển tính trạng RRL đã được công bố
trong một quần thể mapping khác. Khu vực QALRr.l (R2=9,0%)
định vị trên nhiễm thế số 1, được tìm thấy tương tự như vậy ở quần thế IR1522 X Azucena (Wu và ctv. 2000) CT9993
X IR62266 (Nguyễn và
ctv. 2002), OM269 X Chiêm bầu (Nguyễn và
ctv. 2001 (Hình
5-5)
Khu vực QAIRr9.1định vị trên nhiễm thể số 9,
được tìm thấy tương tự như vậy trên quần thể IR1552 X Azucena (Wu và ctv. 2000), CT9993
X IR62266 (Nguyễn và
ctv. 2002) (Hình 5-5)
Nhằm xác định những QTL chung cho lúa và loài mễ
cốc khác, Bảy và ctv. (2003) đã so sánh với kết qủa được công bố trên lúa mì
(Riedle và Anderson 1996), trên cây lúa mạch đen “rye” (Miftahudin và ctv.
2002), cây bắp (Sibov và ctv. 1998), và cây lúa mạch (barley) (Tang và ctv.
2000), trên cơ sở sử dụng bản đồ so sánh (Ahn và Tanksley 1993), Gale và Devos
1998) và trên cơ sở sử dụng một bộ “RFLP probe” có tính chất so sánh của Đại
Học Cornell. Phân tích này cho thấy khu vực QAlRr3.1 có ảnh hưởng kiểu
hình lớn nhất được giải thích bởi QTL (R2=24,9%) trong quần thể IR64
X Oryza rufipogon, và chúng có ảnh
hưởng khá thấp (R2=9%) trong quần thể IR1552 X Azucena (Wu và ctv. 2000), định
vị trên nhiễm thể số 3, tương đồng với gen điều khiển chống chịu độ độc nhôm
thuộc nhóm số 4 của Triticeae (hình 5-6)
5-2-5. Ứng dụng marker trong chọn giống
chống chịu và gen ứng cử viên
Những marker phân tử liên kết chặt chẽ với những
QTL sẽ vô cùng hữu ích cho nhà chọn giống trong chiến lược MAS, để chúng ta có
thể chọn lọc cá thể mong muốn ở những thế hệ đầu tiên. Nhiễm sắc thể số 1 đã
được các nhà khoa học Nhật thực hiện kỹ thuật đọc trình tự (sequencing), với
418 BAC clone, trong đó 353 clone đã được đọc xong vào tháng Tư năm 2002. Họ sử
dụng bản đồ tổng hợp (integrated genetic map) và tìm ra RG406, một trong những
marker liên kết với QTL ở nhiễm thế này (QAlRrl.l), với khoảng cách di
truyền là 0,3 cM. Marker này được neo bởi BAC clone ký hiệu là OSJNBa0014K08f
trên contig số 20 thuộc bản đồ vật lý cây lúa “Clemson”. Chuồi ký tự của BAC đã
được gửi đi để phân tích gen mục tiêu theo chương trình “rice genome” tại Nhật Bản.
Không có trình tự nào liên quan đến cơ chế loại trừ acid hữu cơ được tìm thấy
trong BAC.
Đối với QalRr9. 1, người ta tìm thấy trong
CT9993 là giống có tính chống chịu độ độc nhôm mạnh nhất (Nguyễn và ctv. 2000).
Một QTL chủ lực khác điều khiển tính chống chịu nhôm được tìm thấy trong CT9993
X IR62266 (R2=28,7%),
định vị trên nhiễm thể số 8 liên kết với hai marker kế cận là C1121 và M53. Một
trong những QTL chủ lực được xác định trong nghiên cứu của Bảy và ctv. (2003)
cũng được tìm thấy trên nhiễm thể số 8 (R2=20,8%), liên kết với RG28
và RZ650. Theo kết qủa bản đồ tổng họp của “Japanese Oryzabase”, marker C1121
cách khoảng với marker RG333 là 27,7 cM, và giữa hai marker RG28 với RG333 là
21,8 cM. Điều này cho thấy, những QTL này định vị trên cùng một vùng của nhiễm
sắc thể. Như vậy QTL này có thể được xem là một trong hai quần thể có nền tảng
di truyền khác nhau.
QTL có ảnh hưởng lớn nhất là QAlRr3.1 (R2=22,9%)
trong quần thể IR64 x Oryza rufipogon, nhưng một QTL có ảnh hương nhỏ
hơn (R2=9,0%) trong quần thể IR1552 x Azucena đều cùng định vị trên
nhiễm sắc thể số 3. Xét theo hiện tượng “synteny” trong chương mở đầu, chúng
tương đồng với chromosome thuộc nhóm số 4 của Triticeae (Gale và Devos 1998).
Những công bố trước đó khẳng định rằng có một vùng genome được bảo tồn trên vai
nhánh dài của nhiễm thể tương đồng số 4 điều khiển tính chống chịu nhôm trong
cây lúa mì (Altbh), trong cây rye (Ạlt3),
trong cây lúa mạch (Alp) (Miítahudin và ctv. 2002). Gen điều khiến tính
chống chịu độ độc nhôm trong lúa mì và “rye” liên kết khá chặt với marker
BCD1230, và liên kết không chặt chẽ lắm với CD01395, nhưng riêng cây lúa mạch,
gen này liên kết rất chặt với CD01395. Như vậy, điều này gợi ra một ý tưởng
rằng AltBH, Alt3 và Alp là những gen có loci tương đồng
(orthologous loci) vì mức độ cao của hiện tượng “synteny” giữa những nhiễm sắc
thể 4DL, 4RL, và 4HL. Chúng có thể cùng chia sẻ một chức năng chung. Một trong
những cơ chế chống chịu trong Triticeae là cơ chế loại thải nhôm (AI exclusion)
(Kochian 1995). Cơ chế này được trung gian bởi tiến trình phóng thích nhôm hoạt
động từ acid hữu cơ (chủ yếu là malic acid), acid hữu cơ giữ chặt Al++
theo dạng “chelate” trong vùng rễ và ngăn cản nhôm xâm nhập vào đỉnh rễ lúa.
Minh chứng về hiện tượng sinh lý học này đã được giải thích rất rõ ràng nhờ
những loci tương đồng điều khiển tính trạng chống chịu nhôm trong Triticeae.
QTL chủ lực điều khiển tính chống chịu nhôm được
ghi nhận trên nhiễm sắc thể số 3 biểu hiện sự tương đồng với các gen điều khiển
tính chống chịu nhôm thuộc nhóm số 4 của Triticeae. Nhưng sự biểu hiện về mặt
sinh lý thực vật của tính chống chịu này rất thiếu trong cây lúa so với các
cây trong nhóm Triticeae. Đánh giá kiểu hình những cây bố mẹ cho thấy Oryza
rufipogon có khả năng chống chịu nhôm cao nhất so với các giống thuộc Oryza
sativa.
Bảy và ctv. (2003) đã cố gắng tìm những gen ứng cử
viên liên quan đến tính chống chịu nhôm trên nhiễm sắc thế số 3 trên cơ sở số
liệu sau khi đọc trình tự (sequencing). Trong 160 BAC clone phân lập từ nhiễm
sắc thể số 3, chỉ có 53 clone được xác định trình tự chuỗi mã. Điều không may
mắn trong nghiên cứu này là: hầu hết những clone này định vị trên nhánh vai dài
của nhiễm sắc thể, trong khi gen điều khiển tính chống chịu nhôm được xác định
trên nhánh vai ngắn. Tuy nhiên, người ta rất cần phải thực hiện một sự kết nối
rất tốt giữa bản đồ di truyền và bản đồ vật lý để tìm hiểu những gen ứng cử
viên như vậy trên nhiễm sắc thế số 3. Chuỗi mã di truyền của bàn đồ gen cây lúa
đã được công bố (Goff và ctv. 2002, Yu và ctv. 2002) là điều kiện vô cùng thuận
lợi.
5-2-6. Tạo ra clone của những QTL
điều khiển tính chống chịu nhôm từ lúa hoang
Những QTL được xác định trong genome của Oryza
rufìpogon là những ứng cử viên đầy tiềm năng đối với việc phát triển các
dòng gần như đẳng gen (NILs) để cloning các gen điểu khiển tính chống chịu nhôm
trong cây lúa. Những QTL chủ lực trên nhiễm sắc thể sổ 3 sẽ được chú ý trước
tiên. Chúng giải thích khoảng 25% biến thiên kiểu hình và biểu hiện tương đồng
với những gen chống chịu nhôm thuộc nhóm số 4 của Triticeae
QAlRrl. 1 trên nhiễm sắc thể số 1 có ảnh hưởng rất thấp
(9,0%) đối với biến thiên kiểu hình. Tuy nhiên, khu vực của chúng biểu hiện một
cách ổn định với một QTL đã được phát hiện từ những công trình nghiên cứu trước
đây thuộc 3 quần thể mapping khác.
QAlRr7.1 trên nhiễm sắc thế số 7 có ảnh hưởng lớn đứng hàng
thứ hai (22,5%) đối với biến thiên kiểu hình. Hiện nó tạm thời là QTL duy nhất
trong quần thể mapping này, chưa được báo cáo trong các quần thể trước đó.
QAlRr8.1 trên nhiễm sắc thể số 8 có có ảnh hưởng lớn
(20,8%) đối với biến thiên kiểu hình. Nó biêu hiện một QTL trên cùng một khu
vực của nhiễm sắc thế trong quần thế mapping của CT9993 X IR62266, trong đó, giống CT9993
được xác định là giống có khả năng chống chịu nhôm tốt nhất trong Oryza
sativa (Nguyễn và ctv. 2000)
Tuy nhiên, vì các vùng trong genome chứa những QTL
giả định (QAlRr7.l, QAlRr8.1) vẫn còn rất rộng (29,8 và 31,0 cM, theo thứ
tự), chúng ta cần phải nghiên cứu thêm những marker để bổ sung và lấp đầy
khoảng trống, nhằm thỏa mãn mục tiêu cloning chính xác hơn
QalRr9.1 trên nhiễm sắc thể số 9 có ảnh hưởng thấp (9,9%)
đối với biển thiên kiểu hình. Nhưng nó biểu hiện khá ổn định trong 3 quần thể
mapping khác nhau. Nó liên kết chặt chẽ với marker WALI7 (2,0 cM), một cDNA của
genome cây lúa mì
Phát triển quần thể NIL sẽ giúp cho các nhà chọn
giống đánh giá đúng đắn ảnh hưởng của các alen điều khiển tính chống chịu nhôm
của lúa hoang Oryza rufipogon du nhập vào giống lúa trồng. Các quần thể
hồi giao qui mô lớn dẫn xuất từ quần thể NIL đặc biệt, cũng có thể được khuyến
cáo trong thực hiện yêu cầu “fine mapping” và “cloning” những QTL mục tiêu (Bảy
và ctv. 2003)
Nghiên cứu sâu hơn về cơ chế sinh lý cây trồng và
các gen điều khiển tính chống chịu nhôm trong cây lúa sẽ cho chúng ta biết được
sự tiến hóa và tính chất đa dạng của hiện tượng chống chịu nhôm trong cây lúa
và những loài mễ cốc khác có quan hệ gần gủi.
5-3.
CHỌN TẠO GIỐNG LÚA CHỐNG CHỊU NHÔM
Viện Lúa ĐBSCL đã tiến hành thu thập mẫu quần thể lúa hoang Oryza rufìpogon trong năm
1989-1991 tại Tràm Chim, Đồng Tháp Mười, ký hiệu acc.106412, acc.106423, acc.
106424 (Ngân hàng gen IRRI), nơi được xem là đất phèn nặng. Viện Lúa Quốc Tế
thực hiện cặp lai giữa IR64 và những quần thể này. Con lai F2 được chuyển về
Viện Lúa ĐBSCL đế thanh lọc trong điều kiện đất phèn ở Trại Hoà An, Phụng Hiệp,
Cần Thơ.
Ba dòng có triển vọng đã được khảo nghiệm là AS1007 IR64 / Oryza rufipogon (Acc. 106412)
AS833 IR64 / Oryza
ruflpogon (Acc. 106424)
AS996 IR64 / Oryza
rufipogon (Acc. 106412)
Chúng đều có thời gian sinh trưởng ngắn (95-100
ngày), dạng cây cải tiến, năng suất cao, chống chịu rầy nâu và bệnh đạo ôn,
chống chịu được độc nhôm, thích nghi trên đất phèn ở ĐBSCL, đặc biệt là giống
AS996. Từ 38064 ha năm 2000, giống AS996 đã phát triển gần 100 nghìn ha vào năm
2002
Bảng
7: Kết qủa thanh lọc nhôm (30ppm Al) ở giai đoạn mạ
Vật
liệu
|
Chiều dài rễ tương
đối (RRL)
|
Oryza rufipogon (acc. 106412)
|
1.158
|
AS996
|
1.133
|
OM
1490
|
1.058
|
OM1314
|
0.899
|
Cà đung đỏ (chuẩn
chống chịu)
|
0.843
|
IR29 (chuẩn nhiễm)
|
0.514
|
LSD0.05
|
0.230
|
Bảng
8: Khảo nghiệm năng suất giống lúa vụ đông xuân 2000 trên vùng đất có vấn đề
Giống
|
Tân
Thạnh
|
Mộc Hóa 1
|
Mộc Hóa 2
|
Thủ Thừa 1
|
Thủ Thừa 2
|
Tân Trụ
|
Vĩnh
Hưng
|
Thị Xã
|
Châu
Thành
|
Trung
bình
|
AS996
|
7.93
|
7.15
|
5.40
|
8.30
|
7.20
|
5.98
|
5.53
|
6.50
|
5.60
|
6.62
|
OM 1870
|
7.87
|
7.01
|
4.25
|
7.13
|
6.86
|
5.89
|
5.87
|
6.73
|
5.23
|
6.31
|
OM2401
|
7.47
|
6.30
|
4.34
|
7.00
|
7.53
|
5.88
|
5.93
|
6.26
|
5.53
|
6.24
|
1R64
|
7.33
|
6.94
|
4.68
|
7.20
|
640
|
5.69
|
647
|
5.93
|
4.80
|
6.16
|
CM16-27
|
7.13
|
6.44
|
3.88
|
7.67
|
7.67
|
5.88
|
5.73
|
6.38
|
4.63
|
6.15
|
OM2031
|
6.60
|
7.08
|
3.89
|
7.10
|
6.83
|
5.57
|
5.53
|
6.26
|
4.47
|
5.92
|
T.bình
|
7.73
|
6.82
|
4.41
|
7.42
|
7.08
|
5.82
|
5.84
|
6.35
|
5.04
|
|
LSD 0.05
|
0.435
|
Bảng 9: Phân tích tương tác giữa kiếu gen và môi trường (đông xuân 2000, hè
thu 2000)
Đông xuân 2000
|
|||
Giống
|
Tmng bình
|
Hệ số gốc
|
SE
|
AS996
|
6.48
|
0,84
|
0,141
|
OM1840
|
6.41
|
1,13
|
0,082
|
IR64
|
6.30
|
0,81
|
0,183
|
OM2401
|
6.24
|
0,89
|
0,128
|
CM16-27
|
6.19
|
1,19
|
0,108
|
OM2031
|
5.93
|
u 2
|
0,113
|
Hè thu 2000
|
|||
Giống
|
Trung bình
|
Hệ số gốc
|
SE
|
OM2401
|
4.60
|
1.85
|
0.238
|
AS996
|
4.52
|
0.71
|
0.251
|
OM2395
|
449
|
1.42
|
0.409
|
CM42-94
|
4.33
|
0.68
|
0.172
|
OM2031
|
4.25
|
1.12
|
0.235
|
IR64
|
4.14
|
0.22
|
0.271
|
Bảng
10: Khảo nghiệm AS996 trên vùng đất phù sa có nước tưới, đông xuân 2000 (t/ha)
Giống
|
Tân Châu
|
Châu Phú
|
Phú Tân
|
Long
Xuyên
|
Thoại
Sơn
|
Trung
bình
|
Đông xuân 200(
|
)
|
|||||
OM2031
|
5.90
|
7.73
|
6.33
|
8.00
|
7.33
|
7.05
|
AS996
|
8.67
|
8.25
|
5.67
|
8.14
|
7.73
|
7.69
|
OM1870
|
7.50
|
7.53
|
7.00
|
7.55
|
7.17
|
7.35
|
CM16-27
|
6.83
|
7.65
|
6.50
|
7.04
|
7.70
|
7.14
|
OM2401
|
6.51
|
7.45
|
6.73
|
7.68
|
7.37
|
7.14
|
IR64
|
6.85
|
8.57
|
6.33
|
7.61
|
7.00
|
7.27
|
Hè thu 2000
|
||||||
Giống
|
An Phú
|
Thoại
|
Long Dien
|
Phú Tân
|
Chợ Mới
|
Trung
|
Son
|
bình
|
|||||
OM2031
|
6.70
|
4.40
|
5.00
|
5.80
|
5.30
|
5.44
|
AS996
|
7.60
|
5.30
|
4.90
|
6.10
|
5.50
|
5 88
|
OM2395
|
6.70
|
5.00
|
4.70
|
7.06
|
4.90
|
5.67
|
CM42-94
|
6.30
|
5.10
|
5.60
|
5.90
|
4.80
|
5.54
|
OM2401
|
6.23
|
5.30
|
5.40
|
5.30
|
5.00
|
5.44
|
IR64
|
6.80
|
5.40
|
4.80
|
5.80
|
4.60
|
5.48
|
Bảng
11: Tương tác giữa kiếu gen X môi trường trên vùng đất phù sa
có nước tưới
Đông xuân 2000
|
Hè thu 2000
|
|||||
Trang
bình
|
Hệ số gốc
|
SE
|
Trang
bình
|
Hệ số gốc
|
SE
|
|
AS996
|
7.06
|
1.304
|
0.529
|
5.90
|
1.255
|
0.247
|
OM2031
|
7.69
|
1.555
|
0.798
|
5.49
|
1.043
|
0.209
|
OM2395
|
7.35
|
0.334
|
0.169
|
5.69
|
1.254
|
0.370
|
OM2401
|
7.14
|
0.728
|
0.326
|
5.47
|
0.499
|
0.181
|
CM42-94
|
7.15
|
0.711
|
0.304
|
5.55
|
0.679
|
0.204
|
IR64
|
7.27
|
1.367
|
0.365
|
5.31
|
1.270
|
0.055
|
Giống AS996 được công nhận giống quốc gia vào năm
2002, là giống được lai tạo thành công theo chiến lược du nhập gen mục tiêu từ
lúa hoang vào lúa trồng chống chịu được độ độc nhôm