Nghiên cứu ứng dụng chỉ thị phân tử để đưa gene fea* làm tăng số hàng hạt vào các dòng ngô bố mẹ của Việt Nam phục vụ tạo giống ngô lai năng suất cao
Ngô (Zea mays L.) là cây ngũ cốc quan trọng trong nền kinh tế toàn cầu cung cấp lương thực cho hơn một phần ba dân số thế giới và là cây lương thực đứng thứ 3 sau lúa mì và lúa. Ở Việt Nam, ngô là loại cây nông nghiệp có diện tích thu hoạch lớn thứ hai sau lúa gạo. Hiện nay, với sự ra đời của công nghệ giải mã genome, việc chọn tạo giống ngô đã có nhiều bước ngoặt lớn. Nhiều tính trạng số lượng (QTLs) được tìm ra, ứng dụng của marker asissted breeding để đưa các QTL này vào dòng bố mẹ tốt bằng backcross. Tính trạng năng suất (grain yield-GY) ở ngô là một trong những tính trạng quan trọng và phức tạp nhất trong chương trình lai tạo giống ngô. Những năm gần đây, rất nhiều QTL liên quan đến số hàng hạt và năng suất ở ngô đã được tìm ra và lập bản đồ. Tính trạng số hàng hạt là tính trạng chịu nhiều ảnh hưởng bởi ưu thế lai, tức là không thể chọn lọc nhờ kiểu hình chính xác được trên các quần thể đang phân li ở các đời tự thụ hay backcross thấp (khi ưu thế lai còn đang nhiều) như ở F2, F3, hay backcross.
Do vậy, việc ứng dụng chỉ thị phân tử để hỗ trợ chọn lọc ra các cả thể mang gene/QTL gây tăng hàng hạt là rất cần thiết và ưu việt hơn hẳn so với chọn lọc kiểu hình, đặc biệt là ở tính trạng số hàng hạt. Nếu phương pháp mới này thành công sẽ mở ra chìa khoá để làm tăng năng suất của bất cứ một giống ngô lai nào đang thương mại trên thị trường (nếu có nguồn bố mẹ gốc). Cho đến nay, các gene quy định số hàng hạt trên bắp mới bắt đầu được phát hiện và làm rõ chức năng. Do đó, nguồn vật liệu mang những đột biến tiềm năng trong việc tăng năng suất ngô bằng cách tăng số hàng hạt là chưa phổ biến và khó tiếp cận. Gene FEA2 (FASCIATED EAR 2) được phân lập (cloned) đầu tiên từ dòng ngô đột biến toè đỉnh bắp vào năm 2001 bởi nhóm nghiên cứu của Dave Jackson và đến năm 2013, vai trò trong việc quy định số hàng hạt trên bắp ngô mới được làm rõ bằng QTL mapping.
Đột biến fea* là đột biến nhân tạo, tạo ra bởi hoá chất Ethyl-Methyl-Sulfonate và không bị giới hạn bởi bản quyền/sở hữu trí tuệ nào. Kiểu biến dị này rất bền vững và đã được sử dụng rất nhiều trong chọn giống truyền thống. Vì vậy, đột biến fea* có thể được sử dụng chuyển vào các giống ngô khác nhau của Việt Nam. Đây cũng là lần đầu tiên ở Việt Nam sử dụng nguồn đột biến fea* này để làm tăng hàng hạt và năng suất của các dòng ngô nội thông qua phương pháp lai trở lại và chọn lọc dùng chỉ thị phân tử MABC.
Nhằm quy tụ được gene fea* làm tăng hàng hạt vào các dòng ngô ưu tú của Việt Nam và tạo được giống lai có năng suất cao giữ được các đặc tính của giống gốc, có số hàng hạt tăng thêm ít nhất là 2 hàng; xây dựng quy trình ứng dụng chỉ thị phân tử để quy tụ gene fea* làm tăng số hàng hạt vào các dòng ngô bố mẹ của Việt Nam để tạo giống ngô lai năng suất cao được công nhận cấp cơ sở; tạo được 3-4 dòng bố mẹ mang gene fea* đồng hợp tử có số hàng hạt tăng lên ít nhất 2 hàng; tạo được 1-2 giống ngô lai mới (từ các dòng bố mẹ mang gene fea*) khảo nghiệm Quốc gia có triển vọng, giữ nguyên một số đặc tính cơ bản của giống gốc, năng suất cao hơn giống gốc ≥10%, có số hàng hạt tăng lên ít nhât 2 hàng; trình diễn 2-3 mô hình giống ngô lai mới, quy mô 3-5 ha/mô hình, năng suất tăng hơn giống gốc 10%, ThS. Đặng Cao Cường và các cộng sự tại Công ty cổ phần Tập đoàn ThaiBinh Seed đã thực hiện đề tài: “Nghiên cứu ứng dụng chỉ thị phân tử để đưa gene fea* làm tăng số hàng hạt vào các dòng ngô bố mẹ của Việt Nam phục vụ tạo giống ngô lai năng suất cao”.
Đề tài ứng dụng chỉ thị phân tử (MAS) để quy tụ được gene fea* làm tăng hàng hạt vào các dòng ngô LVN10, VS36 để chọn tạo được các tổ hợp ngô lai mới cải tiến giữ được đặc tính của giống gốc, năng suất tăng lên ≥10%, số hàng hạt tăng lên ít nhất hai hàng hạt. Kế thừa các kết quả nghiên cứu từ giai đoạn trước và tiếp nhận nguồn gene fea* từ giáo sư Dave Jackson cung cấp nhóm nghiên cứu tiếp tục thực hiện các phép lai backcross từ thế hệ BC3F1, tiến hành đánh giá khảo nghiệm các tổ hợp lai mới kết hợp chọn lọc dựa trên chỉ thị phân tử đánh giá kiểu gene và kiểu hình của các tổ hợp lai mới, nhóm đề tài thu được các kết quả như sau:
- Tạo ra các dòng bố mẹ mang gene fea* thuần chủng a. Thực hiện chọn tạo nhờ chỉ thị phân tử (MAS) và kiểu hình tạo ra các dòng/vụ (BC3F5, BC5F5, BC6F4 ) đồng hợp về gene fea*, đánh giá kiểu hình so với dòng bố, dòng mẹ gốc của giống LVN10 và VS36. Đã xác định được 16 dòng bố, dòng mẹ mang gene fea* đồng hợp tử, tăng ít nhất 2 hàng hạt, có năng suất cao hơn đối chứng, có kiểu hình đẹp và cơ bản giống bố mẹ gốc, cây sinh trưởng phát triển tốt, khả năng chống chịu tương đối tốt.
- Nghiên cứu đánh giá, chọn lọc những dòng BC mang gene fea* có khả năng kết hợp như hoặc vượt hơn dòng F1 ban đầu
Xác định được 8 dòng mang gene fea* BC3F3 (L92, L95, L183, L185, L273, L275, L370, L372) có số hàng hạt tăng ít nhất 2 hàng hạt so với dòng bố mẹ gốc, có kiểu hình đẹp, có thể lựa chọn để lai tạo và khảo nghiệm con lai F1.
Lai tạo giữa các dòng BC ra con lai F1 và khảo nghiệm con lai F1 Tạo được 05 tổ hợp lai F1 từ dòng mang gene fea* có số hàng hạt tăng ≥ 2 hàng hạt so với dòng bố, dòng mẹ gốc, có kiểu hình đẹp, có năng suất cao hơn giống đối chứng ≥ 10% được tham gia khảo nghiệm quốc gia 01 - 02 vụ (vụ Xuân, vụ Hè Thu, vụ Thu Đông 2020). Cụ thể là tổ hợp lai L406 (F1-5), L407 (F1-8), L408 (F1-3), L409 (F1-2), TBAG99 (F1-11). Trong đó, giống TBAG99 là giống có nhiều đặc điểm kiểu hình tốt và giống với giống gốc LVN10 nhất nên chúng tôi chú trọng phát triển.
- Sản xuất hạt lai F1 Quá trình lai tạo và sản xuất được 396,2 kg hạt lai F1 từ bố mẹ có mang kiểu gene đồng hợp lặn fea*, trong đó (tổ hợp lai F1 LVN10 cải tiến là 212,5 kg và tổ hợp lai F1 VS36 cải tiến là 183,7 kg). Lượng hạt giống F1 vượt hơn so với mục tiêu của đề tài và được sử dụng để thực hiện các thí nghiệm, khảo nghiệm quốc gia và trình diễn mô hình.
- Khảo nghiệm giống ngô
03 giống ngô L406, L408, L409 ở vụ Xuân và Hè Thu năm 2020. Kết quả được đánh giá giống L408 cho năng suất trung bình 73,38 tạ/ha v cao hơn so với đối chứng LVN10 từ 21 - 35%; giống L406 cho năng suất vượt hơn VS36 đ/c 9,0%. Các giống ngô được đánh giá là giống triển vọng, nhiễm nhẹ các loại sâu bệnh hại, có khả năng chịu hạn, chịu rét tốt, không bị gãy đổ. Vụ Thu Đông năm 2020 đã khảo nghiệm cơ bản giống ngô TBAG99. Giống TBAG99 có năng suất trung bình từ 63,63 tạ/ha đến 73,44 tạ/ha, vượt so với đối chứng LVN10 từ 9,3% - 17,4% và vượt so với đối chứng CP888 từ 12,1% - 24,3%.
Giống ngô TBAG99 tham gia khảo nghiệm sản xuất vụ Hè Thu và vụ Đông năm 2020. Vụ Hè Thu năm 2020, TBAG99 sinh trưởng phát triển tốt, độ đồng đều khá, năng suất trung bình đạt 68,2 tạ/ha, cao hơn năng suất đối chứng LVN10 13,7%. Vụ Đông năm 2020, giống TBAG99 có khả năng chống chịu rét tốt. Năng suất trung bình đạt 67,4 tạ/ha; tăng 10,9% so với giống đối chứng LVN10.
- Xây dựng 04 mô hình giống ngô TBAG99 tại Thái Bình, Đắk Nông, An Giang, Sơn La với tổng diện tích 10,0 ha. Năng suất trung bình đạt từ 67,50 - 75,25 tạ/ha vượt hơn so với đối chứng 12,4% - 15,0%
- Hoàn thành được quy trình ứng dụng chỉ thị phân tử để quy tụ gene fea* làm tăng số hàng hạt vào các dòng ngô bố mẹ của Việt Nam để tạo giống ngô lai năng suất cao được công nhận cấp cơ sở.
Có thể tìm đọc toàn văn Báo cáo kết quả nghiên cứu của Đề tài (Mã số 20050/2021) tại Cục Thông tin khoa học và công nghệ quốc gia.
