Báo cáo Khoa học Khả năng kháng bệnh bạc lá của các dòng lúa chỉ thị (tester) chứa đa gen kháng với một số chủng vi khuẩn Xanthomonas oryzae pv. oryzae gây bệnh bạc lá lúa phổ biến ở miền Bắc Việt Nam

Báo cáo khoa học: Khả năng kháng bệnh bạc lá của các dòng lúa chỉ thị (tester) chứa đa gen kháng với một số chủng vi khuẩn Xanthomonas oryzae pv. oryzae gây bệnh bạc lá lúa phổ biến ở miền Bắc Việt Nam Kh¶ n¨ng kh¸ng bÖnh b¹c l¸ cña c¸c dßng lóa chØ thÞ (tester) chøa ®a gen kh¸ng víi mét sè chñng vi khuÈn Xanthomonas oryzae pv. oryzae g©y bÖnh b¹c l¸ lóa phæ biÕn ë miÒn B¾c ViÖt Nam Resistance to Bacterial Leaf Blight of tester rice lines containing multiple genes resistant to several pathogenic strains of Xanthomonas oryzae pv. Oryzae bacteria commonly found in Northern Vietnam Bïi Träng Thuû1 vµ Phan H÷u T«n2 A total of 16 pyramiding rice lines containing Bacterial Leaf Blight resistant genes were artificially inoculated with 7 prevailing pathogen types collected from several rice growing regions in Northern Vietnam in the Autumn rice season of 2003. It was found that the pyramiding lines containing xa5 gene were most strongly resistant to the 7 pathogen types. The next strongly resistant gene was Xa7, a dominant gene in any gene combination lines, such as: IRBB7/10, IRBB3/7 and IRBB 1/7. Two genes which were very resistant to Bacterial Leaf Blight were Xa3 and Xa7 in the Rice Seed Program in Northern Vietnam. Three other genes, viz. Xa1, Xa10 and Xa11, were also found resistant to all the 7 pathogen types used in the present study. Keywords: Xanthomonas oryzae pv. oryzae; Isolate; Pathogen; Tester; Pyramiding line 1. §Æt vÊn ®Ò1 BÖnh b¹c l¸ lóa do vi khuÈn Xanthomonas oryzae pv. ryzae g©y ra lµ mét trong nh÷ng bÖnh h¹i nguy hiÓm nhÊt kh«ng nh÷ng ®èi víi ViÖt Nam mµ cßn c¶ víi nhiÒu n−íc ch©u ¸ (Ezuka & Kaku, 2000). Nh÷ng n¨m gÇn ®©y ë c¸c tØnh phÝa B¾c, bÖnh b¹c l¸ lóa ®· thùc sù trë thµnh ®èi t−îng g©y h¹i chñ yÕu, phæ biÕn trªn diÖn réng víi møc ®é g©y h¹i rÊt nÆng, nhÊt lµ trªn c¸c gièng lóa lai cã nguån gèc tõ Trung Quèc. BiÖn ph¸p phßng chèng cã hiÖu qu¶ nhÊt lµ sö dông gièng lóa chèng chÞu bÖnh b¹c l¸. §Õn nay, ViÖn Nghiªn cøu lóa quèc tÕ (IRRI) vµ c¸c nhµ khoa häc ®· x¸c ®Þnh ®−îc h¬n 20 gen ®¬n vµ nhiÒu tæ hîp gen kh¸c nhau cã kh¶ n¨ng kh¸ng 6 race ë Philippin, 12 pathotype ë NhËt B¶n, 9 type ë Ên §é cña loµi vi khuÈn Xanthomonas oryzae pv.oryzae, g©y bÖnh b¹c l¸ lóa (Furuya & ctv, 2002). Theo Noda & ctv, 1999 ë ViÖt Nam ®· x¸c ®Þnh ®−îc 6 race ph©n bè ë vïng ®ång b»ng s«ng Cöu Long, miÒn Nam Trung Bé vµ c¸c tØnh phÝa B¾c. KÕt qu¶ nghiªn cøu b−íc ®Çu cña Tr−êng §¹i häc N«ng nghiÖp I trong 3 n¨m 2001-2003 (Furuya &ctv, 2002) cho thÊy: chØ riªng ë c¸c tØnh phÝa B¾c ®· cã Ýt nhÊt 10 chñng (Pathotype) Xanthomonas oryzae pv. oryzae. §iÒu ®ã chøng tá r»ng loµi vi khuÈn g©y bÖnh b¹c l¸ lóa ë miÒn B¾c ViÖt Nam rÊt ®a d¹ng, cã nhiÒu chñng g©y 1 Bé m«n BÖnh c©y, Khoa N«ng häc 2Bé m«n C«ng nghÖ sinh häc, Khoa N«ng häc bÖnh cã ®éc tÝnh kh¸c nhau. V× vËy, viÖc tiÕn hµnh nghiªn cøu kh¶ n¨ng kh¸ng bÖnh b¹c l¸ lóa cña tËp ®oµn c¸c gièng lóa cã chøa 2, 3 hoÆc 4 gen trong c¸c tæ hîp lai nhËp néi tõ IRRI, tõ NhËt b¶n víi c¸c chñng vi khuÈn g©y bÖnh b¹c l¸ lóa phæ biÕn ë miÒn B¾c ViÖt Nam lµ rÊt cã ý nghÜa cho c¸c ch−¬ng tr×nh chän t¹o gièng lóa chèng chÞu bÖnh b¹c l¸. 2. VËt liÖu vµ ph−¬ng ph¸p nghiªn cøu 2.1. C¸c chñng (Pathotype) Xanthomonas oryzae pv. oryzae Nguån gèc c¸c chñng vi khuÈn ®−îc tr×nh bµy ë b¶ng 1; c¸c mÉu bÖnh b¹c l¸ ®−îc thu thËp trong 3 n¨m (2001-2003) ë 9 tØnh, ®−îc ph©n lËp, nu«i cÊy trªn m«i tr−êng Wakimoto, theo ph−¬ng ph¸p ®¬n khuÈn l¹c ë 28 °C, b¶o qu¶n trong m«i tr−êng s÷a-m× chÝnh ë -30°C (Furuya & ctv.). Sö dông kü thuËt chuçi ph¶n øng liªn kÕt men (PCR) ®Ó x¸c ®Þnh loµi vi khuÈn Xanthomonas oryzae pv. oryzae b»ng 2 gen måi (primer): XOR-R2 vµ XOR-F ®Æc hiÖu (Adachi & ctv.2000) B¶ng 1. Nguån gèc c¸c chñng Xanthomonas oryzae pv. oryzae phæ biÕn ®−îc sö dông trong nghiªn cøu Ký hiÖu HAU cña c¸c Isolate Chñng Y vµ tû lÖ (%) Thu thËp trªn gièng lóa Vïng ph©n bè chñ yÕu HAU 01043 Y1 (1,2%) TN.13-4 Hµ Néi vµ ®ång b»ng s«ng Hång HAU 02036-1 Y5 (27,3%) NÕp tan S¬n La, NghÖ An, Yªn B¸i HAU 020 21-2 Y6 (36,9%) NÕp th¬m H¶i D−¬ng, Yªn B¸i, NghÖ An, S¬n La HAU 02009-2 Y7 (9,5%) T¹p giao 1 H¶i D−¬ng, NghÖ An HAU 02035-1 Y8 (13,1%) T¹p giao 5 S¬n La, Hßa B×nh HAU 02024-6 Y9 (4,8%) Khang d©n H−ng Yªn, Hoµ B×nh, Hµ Néi, Tuyªn Quang HAU 02034-6 Y10 (1,2%) NhÞ −u - 838 Yªn B¸i, NghÜa Lé Chó thÝch: HAU: Tr−êng §¹i häc N«ng nghiÖp I, Y: Yoshimura, A. Chñng Y5 ®−îc ph©n lËp trªn gièng lóa nÕp tan ë S¬n La, chiÕm 27,3% vµ Y6 ph©n lËp trªn gièng nÕp th¬m ë H¶i D−¬ng chiÕm 36,9%. §©y lµ 2 chñng rÊt quan träng. Chóng phæ biÕn g©y h¹i ë vïng nói T©y b¾c, khu IV cò vµ ®ång b»ng s«ng Hång. Chñng Y8 g©y h¹i trªn gièng lóa T¹p giao-5; ph©n bè chñ yÕu ë c¸c tØnh miÒn nói T©y B¾c. Chñng Y10 ph©n lËp trªn gièng NhÞ −u-838 ë vïng nói Yªn B¸i, NghÜa Lé. Chñng Y1 phæ biÕn chñ yÕu ë vïng ®ång b»ng s«ng Hång. Chñng Y9 ®−îc ph©n lËp trªn gièng lóa thuÇn Khang D©n, chiÕm 4,8% g©y h¹i ë c¶ ®ång b»ng vµ miÒn nói miÒn B¾c ViÖt Nam. 2.2. M«i tr−êng nu«i cÊy vi khuÈn Xanthomonas oryzae pv. oryzae Thµnh phÇn m«i tr−êng khoai t©y b¸n tæng hîp Wakimoto (Schaad &ctv. 2000) : Khoai t©y: 300gam; ®−êng Sacarose: 15gam, Peptone: 5gam; Th¹ch Agar: 17 gam; Na2HPO4.12 H2O: 2 gam; Ca(NO3)2. 4H2O: 0,5 gam; n−íc cÊt: 1000ml; pH: 6,8 – 7,0. M«i tr−êng Wakimoto ®−îc hÊp khö trïng ë nhiÖt ®é 121°C trong èng nghiÖm, thêi gian 20 phót, t¹o mÆt th¹ch nghiªng. Thµnh phÇn m«i tr−êng Skim-Milk Glutamate Natri (Furuya et al, 2002): S÷a t¸ch b¬: 1,5 gam; m× chÝnh: 0,25 gam; n−íc cÊt: 100 ml. HÊp khö trïng ë 121°C trong c¸c èng nghiÖm nhá, trong thêi gian 20 phót. 2.3. C¸c dßng lóa ®a gen (Pyramiding line) §Æc ®iÓm, nguån gèc 16 dßng lóa ®a gen cña IRRI-NhËt B¶n ®−îc sö dông lµm c©y chØ thÞ (Tester) trong thÝ nghiÖm nµy ®−îc tr×nh bµy ë b¶ng 2: 15 dßng lóa chøa tæ hîp 2 gen ®Òu lµ dßng sè 93 KUX (KU: Kyushu; X: Xanthomonas) ®êi F3 vµ lµ tæ hîp lÇn l−ît cña c¸c gen tréi Xa1, Xa3, Xa4, Xa7, Xa10, Xa11 vµ gen lÆn xa5 (Yoshimura & ctv. 1985). B¶ng 2. Nguån gèc cña c¸c dßng lóa ®a gen ®−îc dïng trong nghiªn cøu STT Dßng lóa ®a gen Nguån gèc Gen kh¸ng 1 IR-24 (§èi chøng) 93KUXF3 Kh«ng 2 IRBB 1/5 93KUXF3 7-1-1 Xa1/xa5 3 IRBB 1/7 93KUXF3 8-1-1 Xa1/Xa7 4 IRBB 1/10 93KUXF3 9-2-2 Xa1/Xa10 5 IRBB 1/11 93KUXF3 24-6-4 Xa1/11 6 IRBB 3/7 93KUXF3 21-6-3 Xa3/Xa7 7 IRBB 3/10 93KUXF3 22-1-8 Xa3/Xa10 8 IRBB 4/5 93KUXF3 11-3-1 Xa4/xa5 9 IRBB 4/7 93KUXF3 2-2-6 Xa4/Xa7 10 IRBB 4/10 93KUXF3 12-1-1 Xa4/Xa10 11 IRBB 4/11 93KUXF3 23-3-2 Xa4/Xa11 12 IRBB 5/7 93KUXF3 3-4-3 xa5/Xa7 13 IRBB 5/10 93KUXF3 1-1-1 xa5/Xa10 14 IRBB 5/11 93KUXF3 26-6-5 xa5/Xa11 15 IRBB 7/10 93KUXF3 4-2-2 Xa7/Xa10 16 IRBB 10/11 93KUXF3 28-3-1 Xa10/Xa11 17 IRBB 4/5/13 NH36 36-1-44-4 Xa4/xa5/Xa13 Dßng IRBB4/5/13 chøa 3 gen kh¸ng Xa4/xa5/Xa13. §©y lµ nh÷ng gen kh¸ng bÖnh b¹c l¸ lóa rÊt cã ý nghÜa ®· ®−îc IRRI x¸c ®Þnh vÞ trÝ trªn c¸c nhiÔm s¾c thÓ cña c©y lóa n−íc: Xa1/nhiÔm s¾c thÓ (NST) sè 4, xa5/NST sè 5, Xa7/NST sè 6, Xa13/NST sè 8 vµ c¸c gen Xa3, Xa4, Xa10/nhiÔm s¾c thÓ sè 11(Furuya & ctv.2003). 2.4. Ph−¬ng ph¸p nghiªn cøu + ThÝ nghiÖm ®−îc tiÕn hµnh trong nhµ l−íi Bé m«n Di truyÒn - Gièng, Tr−êng §¹i häc N«ng nghiÖp I. Ngµy gieo m¹: 19/6/2003; ngµy cÊy: 11/7/2003; cÊy 1 d¶nh; 34 c©y/1 dßng lóa; kho¶ng c¸ch: 30 cm x 22 cm. Ph©n bãn: 120N+120P 2O5+60K2O/ha. Tr−íc khi l©y bÖnh 10 ngµy, sö dông 1/4 l−îng ®¹m bãn ®ãn ®ßng ®Ó c©y lóa xanh ®Ëm, chøa nhiÒu l−îng ®¹m tù do thuËn lîi cho viÖc x©m nhiÔm cña vi khuÈn. + Ph−¬ng ph¸p l©y bÖnh (Furuya & ctv. 2003) L©y bÖnh theo ph−¬ng ph¸p c¾t 3-5 cm ®Çu l¸ lóa ë giai ®o¹n lóa cã ®ßng-trç. Mçi chñng vi khuÈn chØ sö dông 1 kÐo v« trïng c¾t ngän cña 10 - 13 l¸ lóa/ 1 dßng lóa. Nguån vi khuÈn b¶o qu¶n trong m«i tr−êng s÷a ë -30°C ®−îc cÊy truyÒn sang m«i tr−êng Wakimoto ë 28°C sau 48-72 giê tuæi, sau ®ã t¹o ra dung dÞch vi khuÈn ®Ó l©y bÖnh b»ng n−íc cÊt v« trïng víi mËt ®é: 108 CFU/ml. Ngµy l©y bÖnh: 27 - 28/ 8/2003. §o chiÒu dµi vÕt bÖnh (cm) cña 10 l¸ lóa sau 18 ngµy l©y bÖnh nh©n t¹o. §¸nh gi¸ møc ®é kh¸ng bÖnh (R), kh¸ng võa (M) vµ nhiÔm bÖnh b¹c l¸ (S) cña c¸c dßng lóa ®a gen theo qui ®Þnh cña IRRI (Furuya &ctv). ChiÒu dµi vÕt bÖnh (cm) Møc ®é ph¶n øng < 8 Kh¸ng bÖnh: R 8-12 Kh¸ng võa: M > 12 NhiÔm bÖnh: S 3. KÕt qu¶ nghiªn cøu vµ th¶o luËn KÕt qu¶ kh¶o s¸t møc ®é kh¸ng, nhiÔm bÖnh b¹c l¸ cña 16 dßng lóa ®a gen cña IRRI ®èi víi 7 chñng vi khuÈn Xanthomonas oryzae pv. oryzae trong vô mïa 2003 ®−îc tr×nh bµy ë b¶ng 3 cho thÊy: B¶ng 3. Ph¶n øng kh¸c nhau cña 16 dßng lóa ®a gen víi 7 chñng Xanthomonas oryzae pv. oryzae Ph¶n øng ®èi víi c¸c chñng vi khuÈn Tªn dßng lóa Gen kh¸ng Y1 Y5 Y6 Y7 Y8 Y9 Y10 IR24(§/C) Kh«ng S S S S S S S IRBB 1/5 Xa1/xa5 R R R R R R R IRBB 1/7 Xa1/Xa7 R R R R R S R IRBB 1/10 Xa1/Xa10 S S S S S S S IRBB 1/11 Xa1/11 S S S S S S S IRBB 3/7 Xa3/Xa7 R R R R R S R IRBB 3/10 Xa3/Xa10 R M S S S-M S S IRBB 4/5 Xa4/xa5 R R R R R R R IRBB 4/7 Xa4/Xa7 R R R R R S R IRBB 4/10 Xa4/Xa10 S R S R R S S IRBB 4/11 Xa4/Xa11 S R S R R S S IRBB 5/7 xa5/Xa7 R R R R R R R IRBB 5/10 xa5/Xa10 R R R R R R R IRBB 5/11 xa5/Xa11 R R R R R R R IRBB 7/10 Xa7/Xa10 R R R R R S R IRBB 10/11 Xa10/Xa11 S S S S S S S IRBB 4/5/13 Xa4/xa5/Xa 13 R R R R R R R - 6 Tæ hîp gen: IRBB 4/5/13; IRBB 5/11; IRBB 5/10; IRBB 4/5, IRBB 1/5 vµ IRBB5/7 ®Òu kh¸ng (R) ®èi víi 7 chñng vi khuÈn l©y nhiÔm: Y1; Y5; Y6, Y7, Y8; Y9; Y10. - 4 tæ hîp gen: IRBB 1/7; IRBB 3/7; IRBB 4/7; IRBB 7/10 cã ph¶n øng kh¸ng (R) víi c¸c chñng Y1; Y5; Y6; Y7; Y8; vµ chñng Y10, nh−ng chóng bÞ nhiÔm chñng Y9, chñng nµy ph©n bè réng ë c¸c tØnh Hµ Néi, H−ng Yªn, Hoµ B×nh vµ Tuyªn Quang trªn gièng lóa Khang D©n, cã thÓ nãi ®©y lµ chñng vi khuÈn cã ®éc tÝnh m¹nh. - Tæ hîp gen: IRBB 4/11 vµ IRBB 4/10 kh¸ng ®−îc c¸c chñng Y5; Y7; vµ Y8; tæ hîp lai IRBB3/10 kh¸ng ®−îc chñng Y1, kh¸ng võa víi chñng Y5 vµ cã ph¶n øng kh«ng râ rµng víi chñng Y8 (M-S). - C¸c tæ hîp gen IRBB1/10; IRBB 1/11; Xa10/11 còng nh− dßng ®èi chøng IR24 ®Òu cã ph¶n øng nhiÔm (S) víi tÊt c¶ 7 chñng vi khuÈn g©y bÖnh b¹c l¸ lóa phæ biÕn ë miÒn B¾c ViÖt Nam. 4. KÕt luËn 1. TÊt c¶ c¸c tæ hîp gen chøa gen xa5 ®Òu cã kh¶ n¨ng kh¸ng m¹nh ®èi víi 7 chñng vi khuÈn X. oryzae pv. oryzae g©y bÖnh b¹c l¸ lóa phæ biÕn ë c¸c tØnh miÒn b¾c ViÖt Nam. Trong ®ã chñng Y9 lµ chñng cã ®éc tÝnh rÊt cao, cã thÓ l©y nhiÔm cho nhiÒu dßng lóa chøa c¸c gen kh¸ng bÖnh b¹c l¸ kh¸c nhau. Gen xa5 lµ gen lÆn, chØ thÓ hiÖn ph¶n øng kh¸ng ë tr¹ng th¸i ®ång hîp tö, do vËy rÊt cã lîi cho c«ng t¸c chän c¸c gièng lóa thuÇn chèng bÖnh b¹c l¸ nh−ng Ýt cã gi¸ trÞ ®èi víi ch−¬ng tr×nh t¹o gièng lóa lai. 2. C¸c tæ hîp gen cã chøa gen Xa7, nh−: Xa1/Xa7; Xa3/Xa7; Xa4/Xa7 vµ xa5/Xa7 cã kh¶ n¨ng kh¸ng c¸c chñng Y1, Y5, Y6, Y7, Y8 vµ Y10. §©y lµ nh÷ng chñng vi khuÈn cã ph¹m vi ph©n bè réng ë vïng ®ång b»ng s«ng Hång, khu IV cò, c¸c tØnh miÒn nói phÝa B¾c, nh−ng cã ph¶n øng nhiÔm víi chñng Y9, chñng nµy ph©n bè ë Hµ Néi, H−ng Yªn, Hoµ B×nh vµ Tuyªn Quang. 3. C¸c tæ hîp gen Xa1/Xa10; Xa1/Xa11 vµ Xa10/Xa11 cã ph¶n øng nhiÔm (S) víi tÊt c¶ 7 chñng vi khuÈn X. oryzae pv. oryzae phæ biÕn ë miÒn b¾c ViÖt Nam, t−¬ng tù nh− dßng lóa ®èi chøng IR24 kh«ng chøa gen kh¸ng trong nghiªn cøu nµy. §©y lµ vÊn ®Ò cÇn chó ý khi sö dông 3 tæ hîp gen nµy trong viÖc t¹o gièng lóa kh¸ng bÖnh b¹c l¸ ë miÒn B¾c ViÖt Nam. 4. Trong c«ng t¸c lai t¹o, chuyÓn gen ®Ó t¹o ra c¸c gièng lóa chèng bÖnh b¹c l¸ th× viÖc tæ hîp gi÷a mét gen kh¸ng, nh− gen Xa7, Xa3, Xa21, xa5 víi c¸c gen nhiÔm c¸c chñng vi khuÈn phæ biÕn ë miÒn B¾c ViÖt Nam kh«ng lµm thay ®æi kh¶ n¨ng kh¸ng (R) cña c¸c gen ®ã. Tµi liÖu tham kh¶o chÝnh Naruto Furuya, Bui Trong Thuy, Matsaru Matsumoto, Seint San Aye & Phan Huu Ton, (2002). “Isolation and preservation of Xanthomonas oryzae pv. oryzae from VietNam in 2001- 2002”. Kyushu Uni. Institute of Tropical Agricaltural, Bull. Vol.25, p.43-50, Japan. Adachi,N.& Oku,T. (2000). “PCR-Mediated detection of Xanthomonas oryzae pv. oryzae by amplification of 16S-23r DNA spacer region sequence”. Journal of Gen. Plant Pathology, No.66. p.303-309. Ezuka,A. & Kaku,H. (2000). “ A historical review of Bacterial Blight of Rice”. Bull. Natl. Isnt. Agribiol. Resour. No.15:p. 1-207. Furuya, N.; Taura, S. ; Bui Trong Thuy; Phan Huu Ton; Nguyen Van Hoan & Yoshimura, A. (2003). “ Experimental technique for Bacterial Blight of Rice”. HAU-JICA ERCB Project, Hanoi, 2003, p.42. N.W. Schaad; J.B. Jones & W. Chun, (2000). Plant Pathogenic Bacteria. ASP Press, USA, 2000, Third Edition, p. 154-185. Noda,T.; Pham Van Du; Lai Van E; Hoang Dinh Dinh & Kaku, H. (1999). “Pathogenocity of Xanthomonas oryzae pv. oryzae strains in Vietnam”, Phytopathology, Soc. Japan, 1999, No. 65. p. A. Yoshimura; T. Omura; T.W. Mew & G.S. Khush, (1985). “Genetict behavior of resistance to Bacterial Blight in differential rice cultivars in the Philppines”.Bull. Inst. Trop. Agri. Kyushu. Uni. No.8. p.1-54. Japan. p.