Nghiên cứu khả năng kháng bệnh bạc lá của một số giống lúa địa phương ở miền Bắc Việt Nam

Hội thảo Quốc gia về Khoa học Cây trồng lần thứ hai 929 NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG KHÁNG BỆNH BẠC LÁ CỦA MỘT SỐ GIỐNG LÚA ĐỊA PHƯƠNG Ở MIỀN BẮC VIỆT NAM Lê Thị Thu Trang, Đàm Thị Thu Hà, Lã Tuấn Nghĩa Trung tâm Tài nguyên Thực vật TÓM TẮT Nghiên cứu tiến hành đánh giá khả năng kháng bạc lá trong điều kiện nhà lưới của 113 giống lúa địa phương ở miền Bắc Việt Nam. Kết quả đã phát hiện 2 giống có khả năng kháng cao gồm chiêm quáo Nghệ An và Chiêm ngập. Với 20 chỉ thị SSR liên kết với gen kháng bạc lá, các giống lúa nghiên cứu cho thấy mức độ đa dạng di truyền cao với số alen trung bình đạt 6,65 alen/locut. Hệ số đa dạng di truyền (PIC) dao động 0,65 đến 0,88. Ở hệ số tương đồng di truyền 0,745 có 57/113 giống lúa phân nhóm cùng giồng chuẩn kháng IRBB5, trong đó có 18 giống biểu hiện khả năng kháng bạc lá trung bình đến cao trong điều kiện nhà lưới. Ngoài ra, đã phát hiện được 3 giống vừa có khả năng kháng bạc lá vừa cho năng suất và chất lượng tốt gồm Chiêm xiêm, Nếp giùm và Nếp rừng. Từ Khóa: Kháng bệnh bạc lá, đa dạng di truyền, Oryza sativa L. I. ĐẶT VẤN ĐỀ Do chịu ảnh hưởng của chọn lọc tự nhiên, các giống lúa địa phương thường có ưu thế trong việc chống chịu điều kiện khó khăn cũng như dịch hại xuất hiện ở các vùng sinh thái mà chúng phát triển. Tuy nhiên, trong những năm gần đây, để đáp ứng nhu cầu lương thực cho xã hội, nhiều quốc gia đã đưa ra các giống lúa mới có năng suất cao, phẩm chất tốt vào sản xuất thâm canh đã làm mất đi một lượng lớn các giống địa phương. Hiện nay, bệnh bạc lá lúa do vi khuẩn Xanthomonas oryzae gây thiệt hại nghiêm trọng đến năng suất và chất lượng lúa. Ở Việt Nam trong những năm gần đây, bệnh bạc lá lúa có xu hướng gia tăng nhanh trên phạm vi cả nước. Bệnh có thể làm năng suất lúa giảm 25 – 50%, có nơi bị mất trắng. Vì vậy, nghiên cứu các giống lúa địa phương có khả năng kháng bệnh bạc lá sẽ giúp giảm thiểu việc sử dụng thuốc bảo vệ thực vật gây nhiều ảnh hưởng xấu tới môi trường, con người và làm tăng chất lượng lúa gạo xuất khẩu của Việt Nam ra thị trường nước ngoài. II. VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1. Vật liệu nghiên cứu - 113 giống lúa địa phương thu thập ở miền Bắc Việt Nam, 2 giống đối chứng chuẩn IRBB4 và IR24 đang được lưu giữ tại Trung tâm Tài nguyên thực vật. - Chủng vi khuẩn bạc lá: Is.5 và Is.6 có độc tính cao. - Chỉ thị SSR: 20 cặp chỉ thị SSR liên kết gần với các gen/QTL kháng bệnh bạc lá đã được công bố trên thế giới. 2.2. Phương pháp nghiên cứu * Phương pháp bố trí thí nghiệm, đánh giá khả năng kháng bệnh bạc lá trong điều kiện nhà lưới được dựa theo phương pháp của IRRI (1996). * Phương pháp phân tích đa dạng di truyền bằng chỉ thị SSR: - Tách chiết ADN theo phương pháp của Zheng và cs. (1995) có cải tiến, được kiểm tra nồng độ và độ tinh sạch trên gel agarose 1%. - Kỹ thuật PCR: Phản ứng PCR được tiến hành trên máy Veriti 96 well Thermal cycler. Tổng dung dịch phản ứng là 20 µl bao gồm: 2 µl PCR buffer 10x; 1,6 µl dNTP 2,5mM; 1,4 µl primer 25ng/ µl; 0,1 µl green Taq (5U/ µl); 5 µl ADN (5ng/ µl). Điều kiện phản ứng: 95oC trong 5 phút; 35 chu kỳ của 94 oC trong 1 phút, Ta trong 1 phút (Ta là nhiệt độ gắn mồi SSR sử dụng); 72oC trong 1 phút, bảo quản ở 4oC. - Điện di kiểm tra sản phẩm PCR trên gel polyacrylamide 8%. - Các số liệu phân tích SSR và sơ đồ hình cây được thiết lập bằng phần mềm NTSYSpc2.1 (Biostatistics Inc., 2002). - Hệ số đa dạng di truyền (PIC = Polymorphism Information Content ) được tính VIỆN KHOA HỌC NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM 930 theo công thức Nei (1973): PIC = 1 - ∑ hk2 ( hk: tần số xuất hiện của alen thứ k) * Phương pháp đánh giá năng suất của các giống lúa được tiến hành theo hướng dẫn của IRRI (1996), các chỉ tiêu theo dõi: số bông/khóm, chiều dài bông, số hạt trên bông, tỉ lệ hạt chắc, trọng lượng 1000 hạt, năng suất hạt, chiều dài và chiều rộng hạt; * Phương pháp đánh giá một số đặc điểm hóa sinh liên quan đến chất lượng: - Xác định độ phân hủy kiềm theo phương pháp của Little và cs. (1958). - Xác định hàm lượng amylose theo phương pháp của Juliano (1981). - Xác định hương thơm theo phương pháp của IRRI (1996). III. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1. Khả năng kháng bệnh bạc lá của một số giống lúa địa phương ở miền Bắc Việt Nam Kết quả đánh giá khả năng kháng bệnh bạc lá khi sử dụng 02 chủng vi khuẩn Is.5 và Is.6 lây nhiễm lên 113 giống lúa địa phương cho thấy khả năng kháng bạc lá của các giống nghiên cứu là khác nhau (bảng 1) Bảng 1. Tổng hợp kết quả đánh giá khả năng kháng bạc lá của 113 giống lúa Mức độ kháng bạc lá của các giống lúa Mức độ HR R MR S HS Số giống 2 23 18 28 42 Ghi chú: HR:Kháng cao; R: Kháng;MR: Kháng vừa; S: Nhiễm; HS: Nhiễm nặng Sau 10 ngày lây nhiễm, 2 giống Chiêm quáo Nghệ An và Chiêm ngập có biểu hiện kháng cao (chiếm 1,8%); 23 giống có khả năng kháng ở điểm 3 (Chiêm ngoi, Nếp chuối hòa bình, Cút 45, Lúa cứng Nghệ An, chiếm 20,35%, Tép Hải Phòng, Nếp cau, Nếp giùm, Nếp nõn tre, Lúa ngoi, v.v.), 18 giống có khả năng kháng vừa chiếm 15,93% gồm Tẻ chảo, Ngang cổ, Chiêm đá, Dự nghểu Hòa Bình, Hống Hải Dương, v.v., còn lại là các giống nhiễm và nhiễm nặng. 3.2. Đánh giá đa dạng di truyền liên quan đến khả năng kháng bệnh bạc lá của một số giống lúa địa phương ở miền Bắc Việt Nam Kết quả đánh giá đa dạng di truyền 113 giống bằng 20 chỉ thị SSR liên kết với gen kháng bạc lá đã được công bố ở các nghiên cứu trước cho thấy kích thước sản phẩm PCR ở các mẫu giống nghiên cứu tại 20 locut nằm trong khoảng từ 83 - 645 bp. Trên mỗi locut, các alen chênh lệch nhau thấp nhất là khoảng 8bp (RM 14226) và cao nhất là 57bp (RM 27256) (Hình 1). Hình 1. Biến động kích thước của các alen tại 20 locut liên kết với gen kháng bạc lá Tổng số alen phát hiện tại 20 locut là 133 alen, trung bình đạt 6,65 alen/locut (bảng 2). Kết quả này tương đối cao so với các nghiên cứu về sự đa dạng di truyền trước đây. Trong khi đó tần số alen phổ biến dao động từ 15,63% đến 43,48%, và hệ số PIC thu được tại các locut rất cao 0,65 đến 0,88, đạt trung bình 0,82, điều này cho thấy bộ chỉ thị sử dụng trong nghiên cứu có mức đa dạng cao. Hội thảo Quốc gia về Khoa học Cây trồng lần thứ hai 931 Bảng 2. Đa hình các locut SSR liên kết với gen kháng bạc lá của các giống nghiên cứu TT SRR Locut NST Số allen Min alen (bp) Max alen (bp) Tần số alen phổ biến nhất PIC 1 RM 20589 6 5 230 273 28,70 0,79 2 RM 20590 6 8 195 243 20,87 0,86 3 RM 20591 6 7 164 198 20,00 0,85 4 RM 20582 6 4 83 105 34,78 0,73 5 RM 347 3 9 184 211 19,13 0,87 6 RM 122 5 6 256 277 21,74 0,82 7 RM 144 11 8 200 230 19,13 0,86 8 RM 224 11 4 148 157 31,30 0,73 9 RM 611 5 5 195 215 26,09 0,79 10 RM 27256 11 7 204 261 21,74 0,84 11 RM 27274 11 11 298 350 22,61 0,88 12 RM 2064 11 7 105 126 24,35 0,83 13 RM 21077 7 6 163 187 19,13 0,83 14 RM10927 1 5 137 149 26,09 0,79 15 RM10926 1 3 130 142 43,48 0,65 16 RM 449 1 8 98 122 25,22 0,85 17 RM 493 1 10 187 215 17,39 0,87 18 RM 10951 1 6 624 645 27,83 0,80 19 RM 138 2 9 183 239 15,65 0,88 20 RM 14226 2 5 272 280 28,70 0,79 Tổng 133 Thấp nhất 3 83 105 15,65 0,65 Trung bình 6,65 24,70 0,82 Cao nhất 11 624 645 43,48 0,88 Nghiên cứu tiếp tục tiến hành phân tích UPGMA bằng phần mềm NTSYS 2.1, kết quả được thể hiện qua sơ đồ cây và ma trận hệ số tương đồng di truyền (Hình 2). Tại mức tương đồng 0,745 tách thành 3 nhóm chính. Trong số các giống, giống đối chứng IR24 (chuẩn nhiễm) và IRBB5 (chuẩn kháng) đã phân tách thành 2 nhóm khác biệt: Nhóm I: gồm giống đối chứng nhiễm IR24 và 34 giống lúa nghiên cứu. Đa số các giống nằm trong phân nhóm này biểu hiện kiểu hình nhiễm đến nhiễm nặng, chỉ có một số giống lại biểu hiện kiểu hình kháng trung bình. Đặc biệt, một số ít giống có biểu hiện kháng bạc lá cũng nằm trong phân nhóm này như các giống Chiêm ngập (4625), Nếp chuối Hòa Bình (LĐP047), Lúa cứng Nghệ An (LĐP053), Chiêm tía chân (2436) ở mức tương đồng di truyền thấp hơn 0,80. Nhóm II: gồm 57 giống lúa nằm cùng với giống đối chứng chuẩn kháng IRBB5 phân thành 3 nhóm nhỏ có mức tương đồng di truyền 0,76. Hầu hết các giống có biểu hiện kiểu hình kháng nằm tập trung chủ yếu trong phân nhóm này gồm 18 giống như Tép Hải Phòng (1270), Nếp giùm (5116), Chiêm quáo Nghệ An (LĐP073), Chiêm xiêm (LĐP069), v.v.. Nhóm III: gồm 23 giống lúa còn lại. Trong nhóm này chủ yếu là các giống không có khả năng kháng bạc lá, chỉ có một số giống biểu hiện kiểu hình kháng trung bình, tuy nhiên có 4 giống biểu hiện kiểu hình kháng bạc lá tốt tại điều kiện nhà lưới như: Tép Thái Bình (1267), Nếp cau (5113), Chiêm ngoi (LĐP039), Nếp vằn (1285). Hội thảo Quốc gia về Khoa học Cây trồng lần thứ hai 932 Coefficient 0.74 0.75 0.76 0.77 0.78 0.79 0.80 0.81 0.82 0.84 0.85 0.86 0.87 0.88 0.89 0.90 0.91 IR24 27 LDP044 193 LDP004 1216 2421 LDP074 1233 4625 6208 22 396 142 3350 LDP057 1255 2417 48 94 LDP090 LDP050 LDP064 121 LDP047 LDP032 LDP053 LDP108 150 1113 2436 LDP049 2452 2398 IRBB5 LDP059 1270 5116 6184 LDP073 2430 LDP069 1260 1242 LDP097 6187 1133 LDP045 2425 4628 LDP001 LDP005 1182 3368 2412 LDP017 6196 7136 1157 7130 2410 LDP040 LDP101 385 LDP036 LDP105 LDP013 LDP092 6237 32 174 7050 LDP043 1147 LDP008 1192 6185 LDP104 498 LDP067 1264 3382 1167 1178 383 602 6193 6224 1140 LDP006 LDP066 LDP096 579 589 1267 1196 5113 2447 LDP086 LDP038 LDP039 6256 1144 1285 LDP011 605 LDP029 1056 3448 1127 1138 1250 3417 3545 LDP009 Hình 2. Sơ đồ cây biểu diễn mối quan hệ di truyền liên quan đến khả năng chống chịu bạc lá của các giống lúa nghiên cứu 3.3. Năng suất và chất lượng của một số giống lúa địa phương kháng bệnh bạc lá ở miền Bắc Việt Nam Từ kết quả phân tích đa dạng di truyền và khả năng kháng bạc lá, 14 giống lúa có khả năng từ kháng đến kháng cao nằm cùng phân nhóm với giống đối chứng chuẩn kháng bạc lá IRBB5 được tiến hành đánh giá năng xuất và chất lượng để từ đó chọn ra các giống có đặc điểm tốt làm nguồn vật liệu cho các nghiên cứu tiếp theo hoặc nhân rộng vào sản xuất. Các giống lúa có năng suất cao và chất lượng tốt hiện nay đang là mục tiêu hướng đến của nhiều nghiên cứu trong và ngoài nước. Kết quả đánh giá năng suất và một số chỉ tiêu hóa sinh liên quan đến chất lượng của 14 giống lúa có khả năng kháng bạc lá trong nghiên cứu này đã cho thấy các giống có năng suất thực thu dao động từ 1,1 tấn/ha đến 3,6 tấn/ha, hàm lượng amylose đều ở mức thấp và trung bình. Giống lúa tẻ Chiêm xiêm (LĐP069) có độ thơm vừa, hàm lượng amylose thấp (18,9%) và năng suất thực thu khá cao (3,6 tấn/ha) rất có triển vọng để đưa vào sản xuất (bảng 4). Bên cạnh đó 2 giống lúa nếp có mùi hương thơm và rất thơm với năng suất hơn 2 tấn/ha lần lượt là Nếp giùm (5116) và Nếp rừng (6237) rất phù hợp với nhu cầu thị hiếu và thói quen sử dụng của người tiêu dùng, đặc biệt là các nước sử dụng lúa gạo là cây lương thực chính như Việt Nam, Nhật Bản, Hàn Quốc, Đài Loan, v.v. 932 VIỆN KHOA HỌC NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM Hội thảo Quốc gia về Khoa học Cây trồng lần thứ hai 933 Bảng 3. Kết quả đánh giá các chỉ tiếu về năng suất và chất lượng của một số giống lúa có khả năng kháng bạc lá trong nghiên cứu KH Tên nguồn gen Chiều dài bông (cm) Số hạt/ bông Tỷ lệ hạt chắc (%) Số bông/ khóm KL 1.000 hạt (g) NSLT (tấn/ha) NSTT (tấn/ha) Hàm lượng Amylose Độ thơm Nhiệt độ hóa hồ LĐP066 Chiêm râu 23,7 115,0 88,23 7,6 20,27 3,91 1,2 22,45 Kém thơm Cao LĐP069 Chiêm xiêm 24,9 151,8 82,27 6,9 23,68 5,13 3,6 18,9 Thơm vừa Cao LĐP073 Chiêm quáo Nghệ An 29,3 178,5 80,03 7,3 24,23 6,33 2,3 21,5 Kém thơm Cao 498 Hiên đỏ Hải Phòng 23,1 111,0 92,93 6,3 23,23 3,79 1,4 18,9 Thơm vừa Cao 1140 Cút 45 22,8 127,4 74,13 5,8 20,00 2,74 1,1 18,9 Kém thơm Cao 1182 Chiêm trắng vỏ Hải Phòng 23,2 133,4 79,37 6,9 22,67 4,16 1,5 19,83 Kém thơm Trung bình 1270 Tép Hải Phòng 26,9 133,9 83,97 7,5 23,51 4,98 2,9 21,96 Kém thơm Trung bình 2412 Tẻ tép 23,8 147,2 92,67 6,3 24,30 5,19 1,9 22,15 Hơi thơm Cao 5116 Nếp giùm 26,0 164,6 93,93 6,6 24,90 6,35 2,3 3,2 Thơm Trung bình 6184 Nếp ngoi 21,1 97,2 86,17 5,5 24,30 2,82 3,1 7,95 Kém thơm Trung bình 6193 Nếp vải 18,2 104,4 92,93 6,8 24,53 4,05 1,5 21,8 Hơi thơm Thấp 6196 Nếp nõn tre 24,3 125,2 78,27 6,3 25,57 3,97 1,1 6,52 Hơi thơm Thấp 6224 Lúa ngoi 23,7 174,1 92,57 6,5 29,90 7,87 2,6 17,9 Kém thơm Thấp 6237 Nếp rừng 24,1 214,4 94,63 5,6 26,50 7,53 2,1 6,72 Rất thơm Trung bình Ghi chú: KL 1.000 hạt: Khối lượng 1.000 hạt; NSTL: Năng suất lý thuyết; NSTT: Năng suất thực thu IV. KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 4.1. Kết luận Kết quả đánh giá khả năng kháng bạc lá của 113 giống lúa địa phương ở miền Bắc Việt Nam trong điều kiện nhà lưới đã phát hiện 2 giống có khả năng kháng cao gồm chiêm quáo Nghệ An và Chiêm ngập, 23 giống có khả năng kháng chiếm 20,35 %. Với 20 chỉ thị SSR liên kết với gen kháng bạc lá, đã thu được trung bình 6,65 alen/locut. Hệ số PIC tại các locut rất cao 0,65 đến 0,88, trung bình đạt 0,82. Tại hệ số tương đồng di truyền 0,745 có 57 giống lúa phân nhóm cùng với giống chuẩn kháng IRBB5, trong đó có 18 giống biểu hiện kiểu hình kháng bạc lá trung bình đến cao trong điều kiện nhà lưới. 14 giống có khả năng kháng bạc lá trong điều kiện nhà lưới và nằm trong phân nhóm cùng với giống đối chứng chuẩn kháng bạc lá IRBB5 khi đánh giá đa dạng di truyền được tiến hành đánh giá năng suất và chất lượng. Đã phát hiện 3 giống có triển vọng đưa vào sản xuất gồm Chiêm xiêm (LĐP069), Nếp giùm (5116) và Nếp rừng (6237). 4.2. Đề nghị Tiếp tục tiến hành nghiên cứu khả năng kháng bạc lá của các giống lúa địa phương khác hiện đang được lưu giữ tại Ngân hàng gen cây trồng quốc gia – Trung tâm Tài nguyên Thực vật. VIỆN KHOA HỌC NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM 934 Tiếp tục đánh giá ảnh hưởng của bệnh bạc lá đến năng suất và chất lượng đối với các giống lúa có khả năng kháng triển vọng đã được phát hiện trên quy mô diện tích lớn. TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Dong-Fang MA, H.-G. W., Ming-Shuang Tang, Xi-Li Yuan, Yao-Bo BAI, Xin-Li Zhou, Jian-Rong Song, Jin-Xue Jing, 2012. Genetic Analysis and Molecular Mapping of Stripe Rust Resistance Gene in Wheat Cultivar Zhongliang 21. Acta Agronomica Sinica, 37(12): 2145 - 2151. 2. Goto T., Matsumoto T., Furuya N., Tsuchiya K., and Yoshimura A., 2009. Mapping of bacterial blight resistance gene Xa11 on rice chromosome 3. Japan Agricultural Research Quarterly: JARQ, 43(3): 221 - 225. 3. Kumar P. N., Sujatha K., Laha G. S., Rao K. S., Mishra B., Viraktamath B. C., Sundaram R. M, 2012. Identification and fine-mapping of Xa33, a novel gene for resistance to Xanthomonas oryzae pv. oryzae. Phytopathology 102(2): 222 - 228. 4. Shen Chen, Xinqiong Liu, Liexian Zeng, Dongmei Ouyang, Jianyuan Yang, Xiaoyuan Zhu, 2011. Genetic analysis and molecular mapping of a novel recessive gene xa34(t) for resistance against Xanthomonas oryzae pv. oryzae. Theoretical and Applied Genetics., 122: 1331 – 1338 5. Shen Chen, Z. H., Liexian Zeng, Jianyuan Yang, Qiongguang Liu, Xiaoyuan Zhu, 2008. High-resolution mapping and gene prediction of Xanthomonas Oryzae pv. Oryzae resistance gene Xa7. Molecular Breeding, 22(3): 433 - 441. 6. Siriporn Korinsak, 2009. Marker-Assisted Pyramiding Bacterial Blight Resistance Genes (xa5, Xa21, xa33(t), Xa34(t) and qBB11) in Rice. Master of Science (Agricultural Research and Development); Major Field: Agricultural Research and Development, Interdisciplinary Graduate Program. Thesis Advisor: Mr. Theerayut Toojinda, Ph.D. 134 pages 7. Wang, X, W. X, L. C, X. S., 2008. Fine genetic mapping of xa24, a recessive gene for resistance against Xanthomonas oryzae pv. oryzae in rice. Theoretical and Applied Genetics, 118(1): 185 8. Yang Z., Sun X., Wang S., Zhang Q., 2003. Genetic and physical mapping of a new gene for bacterial blight resistance in rice. Theoretical and Applied Genetics, 106(8): 1467 - 1472. 9. Zheng K. L., N. Huang, J. Bennett and G.S. Khush, 2009. Breeding of restoter lines of hybrid rice with bacterial blight resistance gene Xa23 by using marker assisted selection, Zhongguuo Shuidao Kexue. Chinese J. Rice Sci., 23(4): 437 - 439. ABSTRACT Screening rice landraces from northern vietnam to bacterial blight (Xanthomonas oryzae pv. oryzae) response and genetic diversity analysis Le Thi Thu Trang, Dam Thi Thu Ha, La Tuan Nghia This research was conducted to evaluate 113 accessions of rice landraces from Northern Vietnam to bacterial blight (BB). Two rice varieties exhibited high level of resistance to BB in the screen house condition as Chiem quao Nghe An and Chiem ngap. The polymorphism of 20 SSR markers related to identified BB resistance genes to be analyzed the genetic diversity of 113 rice accessions. Average allele number per locus was 6.65. The value of PIC (polymorphic information content) ranged from 0.65 to 0.88. At genetic similarity coefficient of 0.745, fifty seven rice genotypes were classified into a genetic cluster, which included BB resistance cultivar IRBB5, including 18 genotypes expressed BB resistance. Three varieties exhibited their high resistance to BB, good grain quality and high yielding viz. Chiêm xiêm (LĐP069), Nep giùm (acc. 5116) and Nep rừng (acc. 6237). Keywords: bacterial blight resistance, genetic diversity, Oryza sativa L. Người phản biện: PGS. TS. Nguyễn Văn Viết