Hội thảo Quốc gia về Khoa học Cây trồng lần thứ hai<br />
<br />
LẬP BẢN ĐỒ TÍNH TRẠNG SỐ LƯỢNG CHO GEN KHÁNG RẦY NÂU<br />
(Nilaparvata lugens) TRÊN NHIỄM SẮC THỂ SỐ 4 Ở CÂY LÚA<br />
(Oryza sativa)<br />
Đặng Minh Tâm1, R. C. Cabunagan2, E. Coloqouio2, G. Jonson2,<br />
J. E. Hernandez3, A. G. Lalusin3, R. P. Laude3 and I. R. Choi2<br />
1<br />
Viện Lúa Đồng bằng sông Cửu Long, Tân Thạnh, Thới Lai, TP. Cần Thơ, Việt Nam<br />
2<br />
Viện nghiên cứu Lúa Quốc tế (IRRI), DAPO Box 7777, Metro Manila, Philippines<br />
3<br />
Trường Đại Học Quốc gia Philippines Los Banõs, Laguna, Philippines<br />
TÓM TẮT<br />
Rầy nâu (BPH) gây ra những tổn thất nghiêm trọng đối với ngành sản xuất lúa tại Việt Nam và<br />
Đông Nam Á. Có các phương pháp khác nhau trong việc đánh giá kiểu hình kháng BPH. Để lập bản<br />
đồ gen kháng liên kết với BPH, chúng tôi đã lựa chọn phương pháp tối ưu nhất cho tính trạng số<br />
lượng (QTL) được xác định là tỉ lệ chết của rầy nâu. Đánh giá trên cây F1 đối với tỉ lệ chết của rầy nâu<br />
cho thấy tính kháng rầy nâu trên giống lúa địa phương (AC1613) là tính trạng trội. Phân tích kiểu hình<br />
và kiểu gen đối với tỉ lệ chết của rầy nâu trên các dòng F2 và F3 tương ứng cho biết gen kháng mục<br />
tiêu nằm trên nhiễm sắc thể số 4 của cây lúa. Bảng đồ QTL được thiết lập tại vị trí 103 cM trên nhiễm<br />
sắc thể số 4 liên kết với tỉ lệ chết cao của rầy nâu.<br />
Từ khóa: Rầy nâu (BPH), phương pháp tối ưu, tính trạng số lượng (QTL), tỉ lệ chết, nhiểm<br />
sắc thể số 4.<br />
<br />
I. ĐẶT VẤN ĐỀ<br />
Cây lúa (Oryza sativa L.) là cây lương<br />
thực chính tại nhiều quốc gia trên thế giới.<br />
Trong quá trình canh tác lúa, rầy nâu (BPH)<br />
được xem là nguồn gây hại lớn trên cây lúa ở<br />
Việt Nam và Đông Nam Á. Cơ chế gây hại trên<br />
cây bằng việc chích hút chất sáp trên tế bào<br />
phloem và gây ra hiện tượng cháy rầy<br />
(Sogawa, 1982; Watanabe và Kitagawa, 2000)<br />
và truyền virút gây bệnh vàng lùn và lùn xoắn<br />
lá trên cây lúa (Rivera và ctv., 1966; Ling và<br />
ctv., 1978; Khush và Brar 1991; Jena và ctv.,<br />
2006). Vì thế giống kháng với rầy nâu rất cần<br />
thiết cho nông dân để tăng năng suất lúa.<br />
Cơ chế kháng rầy nâu chủ yếu trên cây<br />
lúa là kháng sinh và yếu tố này ảnh hưởng đến tỉ<br />
lệ chết của rầy nâu làm ảnh hưởng ở cấp độ<br />
quần thể của rầy nâu gây hại (Reddy và Kalode,<br />
1981; Murugesan và Chelliah, 1982). Giống lúa<br />
đầu tiên được báo cáo kháng lại rầy nâu là<br />
Mudgo vào năm 1969 bởi Pathak và ctv. Hiện<br />
nay có khoảng 28 gen kháng rầy nâu được báo<br />
cáo và sử dụng cho chọn tạo giống lúa. Tuy<br />
nhiên các gen kháng này thể hiện không ổn định<br />
do đó việc tìm ra gen kháng ổn định đối với rầy<br />
nâu là rất quan trọng và hữu ích trong thời điểm<br />
hiện nay. Sự biến đổi của khí hậu toàn cầu góp<br />
phần gia tăng cấp bệnh do rầy nâu gây ra dẫn<br />
<br />
đến thiệt hại cho nông dân. Do vậy, xác định vị<br />
trí của gen kháng rầy nâu và tìm ra phương pháp<br />
tối ưu cho việc đánh giá trong phân tích kiểu<br />
gen là rất cần thiết và cấp bách trong nghiên cứu<br />
chọn tạo giống lúa kháng rầy.<br />
II. VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP<br />
NGHIÊN CỨU<br />
2.1. Đánh giá tính kháng rầy nâu<br />
Đánh giá theo phương pháp chung của<br />
IRRI (1996) và so sánh với phương pháp đánh<br />
giá trong ống nghiệm (tỉ lệ chết của rầy) để chọn<br />
ra phương pháp tối ưu cho đánh giá kiểu hình<br />
trong quần thể lai F1, F2, F3. Thí nghiệm được<br />
bố trí theo khối hoàn toàn ngẫu nhiên, 4 lần lặp<br />
lại. Dữ liệu được phân tích thống kê ANOVA<br />
và LSD sử dụng phần mềm R-CropStat.<br />
2.2. Xác định vị trí liên kết của gen kháng<br />
rầy nâu<br />
DNA tổng số lá lúa được ly trích theo<br />
phương pháp CTAB (Murray và Thompson<br />
1980). Quần thể F2 và F3 từ tổ hợp lai<br />
IR64/AC1613 được đánh giá kiểu hình và kiểu<br />
gen sử dụng chỉ thị phân tử SSR (simple<br />
sequence repeat). QTL liên kết với gen kháng rầy<br />
nâu được xác định thông qua phần mềm QTL<br />
IciMapping phiên bản 3.2 (Wang và ctv., 2011).<br />
<br />
1<br />
<br />
VIỆN KHOA HỌC NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM<br />
<br />
và được đánh giá sau 4 và 5 ngày sau khi chủng<br />
rầy (hình 1) cho kết quả tối ưu nhất và khác biệt<br />
có ý nghĩa ở mức thống kê (α =0,05) giữa giống<br />
kháng rầy AC1613 có tỉ lệ rầy chết cao so với<br />
giống chuẩn nhiễm TN1 (Taichung Native 1).<br />
Điều này cho thấy khả năng kháng rầy của<br />
giống AC1613 là rất cao và thể hiện rõ trong các<br />
phương pháp đánh giá rầy nâu (IRRI 1996).<br />
<br />
III. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN<br />
3.1. Kết quả đánh giá phương pháp tối ưu<br />
cho kiểu hình<br />
Qua kết quả đánh giá và so sánh các<br />
phương pháp thanh lọc rầy nầu. Phương pháp<br />
đánh giá dựa vào tỉ lệ chết của rầy nâu sử dụng<br />
10 BPH (tuổi 2 - tuổi 3) trên cây mạ 7 ngày tuổi<br />
<br />
Tỉ lệ rầy chết (%)<br />
<br />
100<br />
a<br />
<br />
80<br />
<br />
b<br />
<br />
60<br />
40<br />
<br />
TN1<br />
<br />
a<br />
<br />
b<br />
<br />
b b<br />
<br />
AC1613<br />
b<br />
<br />
c<br />
<br />
IR64<br />
c<br />
<br />
b<br />
<br />
Rathu Heenati<br />
IR62<br />
<br />
20<br />
0<br />
4NSC<br />
<br />
5NSC<br />
<br />
Ngày sau khi chủng rầy (NSC)<br />
<br />
Hình 1. Kết quả đánh giá tính kháng rầy nâu dựa vào tỉ lệ chết của rầy trên cây mạ non 7 ngày<br />
tuổi. Giá trị trung bình với các chữ cái khác nhau thể hiện sự khác biệt có ý nghĩa ở mức α =0,05<br />
3.2. Xác định vị trí liên kết với tính kháng rầy nâu<br />
<br />
Hình 2. Bản đồ tính trạng số lượng dựa trên tỉ lệ chết cao của rầy nâu liên kết với nhiễm sắc thể<br />
số 4<br />
<br />
2<br />
<br />
Hội thảo Quốc gia về Khoa học Cây trồng lần thứ hai<br />
<br />
Các cây F1 được đánh giá xác định dị<br />
hợp tử bởi kiểu gen và đánh giá kiểu hình dựa<br />
trên tỉ lệ rầy chết cao cho thấy các cây F1 thể<br />
hiện kiểu hình kháng của giống bố AC1613<br />
(trên 90% rầy chết sau 4 ngày chủng rầy) cho<br />
thấy tính kháng rầy là tính trạng trội.<br />
Để xác định vị trí liên kết của gen với<br />
tính kháng rầy nâu trên các nhiễm sắc thể khác<br />
nhau. Các chỉ thị phân tử SSR thể hiện đa hình<br />
được chọn lọc ở khoảng cách cố định trên<br />
nhiễm sắc thể và kiểu hình cực kháng và cực<br />
nhiễm được sử dụng trên F2 và F3. Kết quả cho<br />
thấy vùng liên kết với gen kháng rầy nâu nằm<br />
trên nhiễm sắc thể số 4 của cây lúa. Bản đồ liên<br />
kết gen và tính trạng số lượng (tỉ lệ chết của<br />
rầy) liên kết trên nhiễm sắc thể số 4 được thiết<br />
lập dựa trên kiểu gen và kiểu hình của F2 và F3<br />
(hình 2).<br />
<br />
International Rice Research Institute,<br />
Manila.<br />
Jena K.K., J.U. Jeung, J.H. Lee, H.C. Choi, D.S.<br />
Brar, 2006. High-resolution mapping of a<br />
new brown planthopper (BPH) resistance<br />
gene, Bph18(t), and marker-assisted<br />
selection for BPH resistance in rice<br />
(Oryza sativa L.). Theor Appl Genet.,<br />
112: 288-297.<br />
Khush G.S., D.S. Brar, 1991. Genetics of<br />
resistance to insects in crop plants. Adv<br />
Agron., 45: 223-274.<br />
Ling K.C., E.R. Tiongco, V.M. Aqino, 1978.<br />
Rice ragged stunt, a new virus disease.<br />
Plant Disease Reporter, 62: 701-705.<br />
Muray M.G., W.K. Thompson, 1980. Rapid<br />
isolation of high molecular-weight plant<br />
DNA. Nucleic Acids Res, 8: 4321-4325.<br />
<br />
Bản đồ tính trạng số lượng trên nhiễm<br />
sắc thể số 4 được thiết lập dựa trên tỉ lệ chết<br />
của rầy nâu tại vị trí 103 cM nằm giữa cặp chỉ<br />
thị phân tử RM16281 và RM16284 với LOD =<br />
11 giải thích 33,1% sự biến thiên kiểu hình.<br />
<br />
Murugesan S. and S. Chelliah,1982. Influence of<br />
plant age on population build-up of<br />
brown planthopper in susceptible,<br />
moderately resistant and resistant<br />
varieties. Oryza, 10: 203-204.<br />
<br />
IV. KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ<br />
<br />
Pathak M.D., C.H. Cheng, M.E. Fortuno, 1969.<br />
Resistance to Nephotettix impicticeps and<br />
Nilaparvata lugens in varieties of rice.<br />
Nature, 223: 502-504.<br />
<br />
4.1. Kết luận<br />
Giống lúa AC1613 là giống kháng<br />
mạnh đối với rầy nâu qua các phương pháp<br />
đánh giá.<br />
Phương pháp tối ưu cho đánh giá tính<br />
kháng trên AC1613 là đánh giá tỉ lệ rầy chết<br />
sau 4 ngày chủng rầy.<br />
Vị trí của gen kháng thể hiện liên kết<br />
với nhiễm sắc thể số 4 tại 103 cM.<br />
4.2. Đề nghị<br />
Sử dụng giống AC1613 làm đối chứng<br />
chuẩn kháng rầy nâu và làm giống cho trong<br />
chọn tạo giống kháng rầy nâu bền vững.<br />
LỜI CẢM ƠN<br />
Xin chân thành cảm ơn sự hỗ trợ và tạo<br />
điều kiện thuận lợi từ Viện Lúa ĐBSCL<br />
(CLRRI), Viện nghiên cứu Lúa Quốc tế (IRRI)<br />
và trường Đại học Quốc gia Philippines tại Los<br />
Banos (UPLB) cho quá trình nghiên cứu.<br />
TÀI LIỆU THAM KHẢO<br />
<br />
Reddy V. V., M. B. Kalode, 1981. Rice varietal<br />
resistance to brown planthopper. IRRI<br />
Newslett., 6 (4): 8.<br />
Rivera C.T., S.H. Ou, T.T. Lida, 1966. Grassy<br />
stunt disease of rice and its transmission<br />
by the planthopper Nilaparvata lugens<br />
(Stål). Plant Dis Rep 50: 453-456.<br />
Sogawa K., 1982. The rice brown planthopper:<br />
feeding physiology and host plant<br />
interactions. Annu Rev Entomol, 27: 4973.<br />
Wang J., H. Li, L. Zhang, L. Meng, 2011. Users’<br />
Manual of QTL IciMapping Version 3.2.<br />
Available<br />
from<br />
http://www.isbreeding.net.<br />
Watanabe T., Kitagawa H., 2000. Photosynthesis<br />
and translocation of assimilates in rice<br />
plants following phloem feeding by<br />
planthopper<br />
Nilaparvata<br />
lugens<br />
(Homoptera: Delphacidae). J Ecol<br />
Entomol, 93: 1192-1198.<br />
<br />
IRRI. 1996. Standard evaluation system for rice.<br />
<br />
3<br />
<br />
VIỆN KHOA HỌC NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM<br />
<br />
Dang Minh Tam1, R. C. Cabunagan2, E.<br />
Coloqouio2, G. Jonson2, J. E. Hernandez3, A.<br />
G. Lalusin3, R. P. Laude3 and I. R. Choi2.<br />
1<br />
<br />
Cuu Long Delta Rice Research Institute, Thoi<br />
Lai, Can Tho, Vietnam.<br />
<br />
2<br />
<br />
International Rice Research Institute, DAPO<br />
Box 7777, Metro Manila, Philippines.<br />
<br />
3<br />
<br />
University of the Philippines Los Banõs,<br />
Laguna, Philippines.<br />
<br />
ABSTRACT<br />
<br />
Quantitative trait loci mapping of Brow Planthopper (Nilaparvata lugens) resistance gene on<br />
chromosome 4 in rice (Oryza Sativa).<br />
Brown planthopper (BPH) causes serious damages to rice production in Viet Nam and Southeast<br />
Asian. There are different methods in evaluating for BPH resistance phenotype. To map the resistance<br />
loci linked to BPH, we selected the optimal method for quantitative trait loci (QTL) which indicated as<br />
nymph mortality test. Evaluation of F1 plants for BPH nymph mortality showed that BPH resistance in rice<br />
traditional cultivar (AC1613) was a dominant trait. Genotypic and phenotypic analysis for BPH nymph<br />
mortality of the corresponding F2 and F3 lines illustrated that the target gene located on chromosome 4 in<br />
rice. The QTL was mapped at the position 103 cM associated with high BPH nymph mortality.<br />
Keywords: Brown planthopper (BPH), optimal method, quantitative trait loci (QTL), nymph<br />
mortality, chromosome 4.<br />
<br />
Người phản biện: TS. Khuất Hữu Trung<br />
<br />
4<br />
<br />