Sử dụng gene HD9 chọn tạo giống lúa ngắn ngày ở Việt Nam

Ngày 23/5/2016, Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn phê duyệt đề án “Tái cơ cấu ngành lúa gạo Việt Nam đến 2020 và tầm nhìn đến năm 2030” với mục tiêu nâng cao hiệu quả sản xuất kinh doanh lúa gạo, làm cơ sở đảm bảo vững chắc an ninh lương thực quốc gia, tạo thêm việc làm, và tăng thu nhập cho người nông dân. Một yêu cầu quan trọng của đề án là phải hình thành được các giống lúa có thời gian sinh trưởng (TGST) ngắn hơn với năng suất và chất lượng tương đương.

Sử dụng các giống có TGST ngắn trước hết sẽ tăng hiệu quả sử dụng diện tích đất nông nghiệp. Thời gian cho một vụ ngắn lại đồng nghĩa với giảm công chăm sóc, chi phí phân bón, giảm nguy cơ bị sâu bệnh hại, trong khi thời gian nghỉ của đất tăng, tạo thuận lợi cho luân canh tăng vụ. Ngoài ra, giống lúa có TGST ngắn còn giúp xây dựng cơ cấu mùa vụ linh hoạt, tránh được rét hại cho mạ trong vụ Xuân ở miền Bắc, hay tránh được hạn và mặn đang xảy ra thường xuyên ở miền Trung Tây Nguyên và Nam Bộ.

Vậy làm sao để lai chọn được các giống lúa có TGST ngắn một cách bền vững và hiệu quả nhất? Câu trả lời nằm ở việc: Cần tìm ra và tích hợp vào các giống hiện hành các gene tăng tốc độ sinh trưởng cây lúa. Theo một tổng kết về lịch sử phát triển cây lúa Việt Nam trong 80 năm qua, TGST của các giống lúa đã liên tục được cải tiến rút ngắn, từ 240-245 ngày trong giai đoạn 1945-1957 đến hiện nay còn 125-135 ngày trong vụ Xuân và 90-110 ngày trong vụ Mùa.

Nói một cách dễ hiểu, cây lúa là loài ra hoa phụ thuộc vào quang chu kỳ, thời gian chiếu sáng trong ngày càng ngắn thì cây lúa ra hoa càng sớm. Cho đến nay, các gene tham gia điều khiển ra hoa ở cây lúa được xác định trên thế giới đều phụ thuộc vào quang chu kỳ. Trong khi ở Việt Nam, các giống lúa hiện nay đã không còn mẫn cảm với quang chu kỳ nữa sau quá trình chọn lọc và phát triển. Vì vậy, muốn sử dụng gene điều khiển TGST trong cải tiến các giống lúa thì cần phải tiến hành các nghiên cứu từ đầu trên các giống lúa và trong điều kiện sinh thái đặc trưng của nước ta.

Là một trong những nhóm tiên phong trong lĩnh vực này, nhóm nghiên cứu tại Học viện Nông nghiệp Việt Nam đã thành công trong việc xác định và lập bản đồ gene HD9 rút ngắn TGST ở cây lúa trong điều kiện địa lý, thổ nhưỡng và khí hậu đặc thù của Việt Nam.

Cụ thể, chúng tôi đã tiến hành nghiên cứu lập bản đồ với mục tiêu là xác định QTL/ gene điều khiển thời gian trỗ sớm ở các giống lúa indica ở điều kiện khí hậu miền Bắc Việt Nam. Quần thể BC2F2 gồm 93 cây từ phép lai giữa giống Khang Dân 18 (KD18) và TSC3 được đánh giá phân ly về thời gian trỗ trong vụ Mùa 2014. Kết quả, chúng tôi đã chỉ ra gene HD9 di truyền theo quy luật Mendel và là gene trội, có chức năng rút ngắn TGST.

Với kết quả thu được, chúng tôi thử sử dụng gene HD9 trong lai cải tiến rút ngắn TGST của giống lúa KD18. Từ năm 2012 đến 2015, nhóm nghiên cứu đã tiến hành lai tạo và cải tiến giống KD18 bằng phương pháp MABC (Marker-Assisted Back-Crossing). Kết quả đã chọn tạo thành công được 4 dòng lúa cải tiến mới mang gene HD9. TGST được rút ngắn 9-14 ngày so với giống KD18 ban đầu, đồng thời, vẫn duy trì các đặc điểm cũng như năng suất

của giống gốc.

Xa hơn, chúng tôi mang áp dụng kết quả nghiên cứu khoa học thu được vào nhiều vùng có các đặc điểm thổ nhưỡng và khí hậu khác nhau. Thực tế cho thấy giống lúa cải tiến mang gene HD9 không mẫn cảm với quang chu kỳ và thích nghi tốt với các điều kiện sinh thái khác nhau trên cả nước.

Thí nghiệm được tiến hành trong vụ Mùa 2015 tại 3 địa điểm đặc trưng cho vùng sinh thái, là vùng núi phía Bắc tại Lào Cai (22.6o vĩ Bắc), đồng bằng sông Hồng tại Hà Nội (21.1o vĩ Bắc) và đồng bằng sông Cửu Long tại Sóc Trăng (9.6o vĩ Bắc).

Kết quả, sau khi đánh giá các đặc điểm sinh trưởng và năng suất của 4 dòng cải tiến, chúng tôi nhận thấy chúng đều tương đương với giống gốc KD18, trong khi TGST được rút ngắn 12-14 ngày. Chúng tôi đã áp dụng kết quả này vào vụ mùa thực tế tại Nghệ An (xem ảnh).

Điều lý thú là, sự ổn định về TGST cũng như chức năng của gene HD9 được chứng tỏ bằng sự thích nghi rất tốt của dòng cải tiến mới với các điều kiện sinh thái khác nhau của Việt Nam. Đây là kết quả công bố đầu tiên về dòng/giống ngắn ngày có phổ thích ứng rộng có thể canh tác ở cả 2 miền Bắc và Nam, có ý nghĩa quan trọng đối với giống lúa đảm bảo an ninh lương thực cho nước ta trong bối cảnh biến đổi khí hậu phức tạp.

Ngoài ra, các vật liệu mang gene HD9 và phương pháp chọn tạo giống mới cần thời gian ngắn hơn các phương pháp cũ nhờ sử dụng công cụ chỉ thị DNA (genome-wide selection) hoàn toàn có thể ứng dụng để rút ngắn TGST của bộ giống lúa hiện nay của Việt Nam.