Hệ gen chức năng phối hợp ứng dụng chỉ thị phân tử có thể giúp chọn tạo giống ngô

  Hệ gen chức năng phối hợp ứng dụng chỉ thị phân tử có thể giúp chọn tạo giống ngô

 Đinh Thị Hương theo Phys.org

Trong nhiều thế kỷ qua, sự đa dạng vật chất di truyền của cây ngô, loại cây ngũ cốc phổ biến nhất trên toàn cầu, đã thu hút các nhà sinh vật học cũng như các nhà chọn giống cây trồng. Ban đầu, các nhà chọn giống đã chọn các dòng ngô có đặc tính tốt và lai tạo chúng qua nhiều thế hệ để phát triển thành các dòng ưu thế lai hoặc tạo ra các dòng lai có tính trạng như mong muốn: màu sắc hoặc kích thước hạt …

 

Các nhà nghiên cứu phỏng đoán rằng A188 mới được lắp ráp có thể đóng vai trò như một bộ gen tham chiếu mới để nhân bản các gen chức năng của các đặc điểm khác nhau ở ngô. Nguồn: The Crop Journal.

 

Nhờ những tiến bộ khoa học, ngày nay người ta đã biết rõ rằng biến động các tính trạng có liên quan tương ứng đến biến động kiểu gen và bất kỳ sự thay đổi nào trong "kiểu gen" đều có thể dẫn đến một "kiểu hình" mới. Các thao tác trên vật chất di truyền (gen) là yếu tố then chốt của chọn giống cây trồng hiện đại. Trong đó, nuôi cấy mô là một biện pháp được sử dụng thường xuyên. Tuy nhiên phương pháp này bị hạn chế bởi hai yếu tố: Thứ nhất, không có sẵn trình tự bộ gen của các dòng để cho ra kiểu hình rõ rệt; thứ hai, khó khăn trong việc tạo mô sẹo từ phôi chưa trưởng thành trên môi trường nuôi cấy mô - bước đầu tiên của quá trình biến đổi di truyền.

 

Để giải quyết những trở ngại này, các nhà nghiên cứu từ Đại học Nông nghiệp Tứ Xuyên và Tập đoàn Gen Berry, Trung Quốc đã công bố trên tạp chí The Crop Journal về việc khai thác sức mạnh hệ gen chức năng của dòng ngô lai A188, quy định nhiều tính trạng khác biệt so với các dòng ngô khác và làm sáng tỏ mối liên hệ giữa kiểu gen và kiểu hình. Công bố của họ còn dựa trên một nhận định khác của Tiến sỹ Yaou  Shen, Đại học Nông nghiệp Tứ Xuyên, tác giả chính và là đồng tác giả của nghiên cứu cho biết: “Dòng ngô A188 có khả năng cảm ứng tạo mô sẹo tuyệt vời từ phôi chưa trưởng thành và do đó, họ đã tìm cách xác định các gen chức năng chính phù hợp với mục tiêu của mình”.

 

Đầu tiên, họ so sánh các dạng kiểu hình của A188 với các dạng kiểu hình của ba dòng ngô đối chứng khác là B73, Mo17 và W22. Sau đó, họ thiết lập thư viện gen của dòng A188 và cuối cùng, họ đánh dấu các yếu tố liên quan đến gen chức năng, so sánh các trình tự gen được đánh dấu của A188 với các trình tự của các dòng đối chứng.

 

Kết quả nghiên cứu rất khả quan, các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng dòng ngô A188 có khả năng cảm ứng mô sẹo phôi hiệu quả hơn so với bộ gen của các dòng đối chứng và các dòng khác. Đồng tác giả nghiên cứu, tiến sỹ Langlang Ma cho biết, họ đã lấy vật liệu di truyền của dòng ngô A188 với kích thước là 2210Mb, sau đó gắn lên 1 đoạn N50 có kích thước 11.61 Mb. Đoạn N50 có kích thước dài hơn so với đoạn gen của dòng B73 là 9,73Mb và của dòng Mo17 là 10,2 Mb.

 

Kết quả nghiên cứu cũng cho thấy gần 30% gen A188 được lấy có cấu trúc rất khác so với các dòng ngô khác, dẫn đến sự khác biệt về protein và các biến dị kiểu hình ở A188. So sánh trình tự bộ gen với các bộ gen đã lấy, các nhà nghiên cứu đã xác định được 8 gen đa dạng về cấu trúc và 2 gen biểu hiện khác biệt là những nhân tố chính có thể xảy ra trong việc cảm ứng mô sẹo tạo phôi ngô.

 

Kết hợp những phát hiện này với nhau, các nhà nghiên cứu phỏng đoán rằng A188 mới được gắn có thể đóng vai trò như một bộ gen đối chứng mới để nhân bản các gen chức năng của các đặc điểm khác nhau ở ngô. Nghiên cứu cũng nhấn mạnh tầm quan trọng của A188 để đạt được hiệu quả biến đổi gen của ngô thông qua tạo giống chuyển gen.

 

Những phát hiện này đưa chúng ta tiến một bước gần hơn đến việc lập bản đồ di truyền của cây ngô và cách mạng hóa thị trường cho loại cây trồng hàng đầu thế giới.

Di truyền tính trạng chống chịu khô hạn cây bắp

Di truyền tính trạng chống chịu khô hạn cây bắp

Nguồn: Schulze WX, Altenbuchinger M, He M, Kränzlein M, Zörb C. 2021. Proteome profiling of repeated drought stress reveals genotype-specific responses and memory effects in maize. Plant Physiol Biochem. 2021 Feb; 159:67-79.

 

Khô hạn là stress gây thiệt hại chính cho năng suất nông sản vùng ôn đới, như Trung Âu. Do vậy, thông tin về cây trồng phản ứng với khô hạn như thế nào trở nên vô cùng quan trọng cho mục tiêu phát triển bền vững để phát triển bắp lai, có năng suất ổn định. Điều tiết có tính chất hậu phiên mã thông qua biểu hiện thay đổi protein vô cùng phong phú. Đây là một cơ chế sinh học quan trọng của phản ứng với stress ngay lập tức, chưa được khai thác bao nhiêu trong chiến lược cải tiến giống. Ở đây, các tác giả của nghiên cứu này  xem xét phản ứng đối với bắp cho phơi nhiễm trong điều kiện khô hạn mang tính chất lập lại của giống bắp lai nhiễm và chống chịu hạn để tìm hiểu cặn kẽ mức độ đa dạng protein tổng thể bị kích thích bởi khô hạn một lần hoặc khô hạn nhiều lần. Nhín chung, khô hạn ảnh hưởng đến mức độ phong phú protein từ nhiều chu trình trong thực vật. Người ta xác định biến dưỡng tinh bột, mức độ phong phú của aquaporin, PSII proteins và histones, đó là những yếu tố gắn kết chặt chẽ với kiểu hình cây bắp chịu khô hạn điển hình, ví dụ như sự phá vỡ màng tăng lên, điều tiết áp suất thẩm thấu hoặc ảnh hưởng của khí khổng đóng mở và mức độ đồng hóa sản phẩm quang hợp. Bên cạnh đó, người ta thấy rằng có một ảnh hưởng mạnh mẽ của khô hạn đối với khả năng đồng hóa dưỡng chất, đặc biệt là cơ chế biến dưỡng lưu huỳnh. Nhìn chung, kết quả xét nghiệm trước đây khi cho cây phơi nhiễm khô hạn từ nhẹ đến nặng đều dựa trên kết quả quan sát bằng mắt, kiểu hình biểu hiện giống như kết quả quan sát những thay đổi mức độ phong phú protein bây giờ.

 

Xem: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/33341081/

 

Tăng diện tích trồng ngô để giảm phụ thuộc nguồn nguyên liệu nhập khẩu

  Tăng diện tích trồng ngô để giảm phụ thuộc nguồn nguyên liệu nhập khẩu

Những năm qua, diện tích trồng ngô ở nước ta liên tục sụt giảm sâu, nguyên nhân bởi ngô trong nước khó cạnh tranh so với ngô nhập khẩu. Tuy nhiên, với việc giá ngô nhập khẩu tăng tới 71,6% trong vòng nửa năm qua, các chuyên gia nhận định, đây sẽ là cơ hội cho nông dân trong nước thúc đẩy tăng diện tích trồng ngô, tăng thu nhập...

 

Tại hội thảo "Tìm giải pháp bổ sung nguồn cung cấp nguyên liệu thức ăn chăn nuôi tại Việt Nam" ngày 12/8/2021, các chuyên gia đồng tình cho rằng, để giảm áp lực phụ thuộc nguồn nguyên liệu nhập khẩu và giảm giá thành cần đẩy mạnh phát triển cũng như tận dụng nguồn nguyên liệu trong nước, nhất là ngô để sản xuất thức ăn chăn nuôi.

 

Hội thảo diễn ra theo hình thức trực tuyến do Văn phòng Nông nghiệp, Đại sứ quán Hoa Kỳ (USDA) và Tổ chức CropLife Châu Á (CLA) đồng phối hợp với Hiệp hội Chăn nuôi Gia cầm Việt Nam (VIPA) tổ chức.

 

CHI HƠN 7 TỶ USD NHẬP KHẨU NGUYÊN LIỆU 

 

Bà Sarah Gilleski, Quyền Tham tán Nông nghiệp tại Đại sứ quán Hoa Kỳ, cho biết hội thảo này tập trung vào việc chia sẻ các thông tin về nhu cầu, nguồn cung ứng, dự báo thị trường nguyên liệu thức ăn chăn nuôi. Đồng thời nhằm đánh giá các lợi ích và thách thức trong việc ứng dụng cây trồng công nghệ sinh học như một công cụ và cách tiếp cận đổi mới để tăng năng suất cây trồng, thu nhập cho người nông dân và bổ sung nguồn cung cấp thức ăn chăn nuôi cho thị trường trong nước.

"Việt Nam trở thành quốc gia đứng số 1 Đông Nam Á về sản lượng thức ăn chăn nuôi công nghiệp. Theo dự báo, nhu cầu thức ăn chăn nuôi công nghiệp của nước ta sẽ cần khoảng 28- 30 triệu tấn/năm trong 5 năm tới, giá trị khoảng 12-13 tỷ USD với tỷ lệ tăng trưởng trung bình 11 – 12%/năm".

 

Hiệp hội Gia cầm Việt Nam

 

Ông Nguyễn Thanh Sơn, Chủ tịch VIPA nhận định, trong 10 năm gần đây, ngành chăn nuôi Việt Nam đã đạt được sự tăng trưởng rất ấn tượng, bình quân 5-6%/năm. Ngành sản xuất thức ăn chăn nuôi công nghiệp ở Việt Nam cũng đã tăng trưởng ngoạn mục, đạt bình quân 13- 15%/năm.

 

Tổng sản lượng thức ăn chăn nuôi công nghiệp từ 10,8 triệu tấn năm 2010 đã tăng lên gần gấp đôi vào năm 2020, đạt 20,3 triệu tấn. Nếu tính cả thức ăn cho thủy sản thì tổng sản lượng thức ăn công nghiệp năm 2020 là khoảng 25 triệu tấn.

 

Mặc dù là nước sản xuất và xuất khẩu lương thực nằm ở Top đầu thế giới, song ngành sản xuất thức ăn chăn nuôi công nghiệp nước ta vẫn phải nhập khẩu 70-85% nguyên liệu.

 

Kim ngạch nhập khẩu nguyên liệu thức ăn chăn nuôi năm 2020 lên tới 7,162 tỷ USD với lượng trên 20 triệu tấn. Trong 5 tháng đầu năm 2021, kim ngạch nhập khẩu nguyên liệu thức ăn chăn nuôi đã là 3,903 tỷ USD, tăng 55% so với cùng kỳ năm ngoái.

 

Nguyên nhân lượng nhập khẩu nguyên liệu thức ăn chăn nuôi lớn như vậy và không ngừng gia tăng là do mỗi năm, ngành nông nghiệp trong nước chỉ có thể cung cấp tối đa 4,5 -5 triệu tấn ngô hạt, 4 triệu tấn cám, 4 triệu tấn sắn làm thức ăn chăn nuôi, trong khi nhu cầu hàng năm cần tới 26-27 triệu tấn các loại, chủ yếu là ngô, đậu tương, lúa mỳ, dầu động thực vật…

 

Trong đó, ngô là mặt hàng chiếm tỷ trọng lớn nhất trong tổng nhập khẩu nguyên liệu thức ăn chăn nuôi về cả khối lượng lẫn giá trị.

 

Đại diện Hội đồng Ngũ cốc Hoa Kỳ, cho biết những nước đang cung cấp ngô và đậu tương trên thế giới cũng là các quốc gia hàng đầu về canh tác và sản xuất cây trồng biến đổi gen.

 

Hiện tại, sản lượng ngô biến đổi gen đang đóng góp khoảng 75% nguồn cung ngô trên toàn cầu. Trên thị trường thế giới, không phân biệt đâu là ngô được sản xuất từ giống thông thường hay giống biến đổi gen.  

 

CƠ HỘI TĂNG DIỆN TÍCH TRỒNG NGÔ

 

Bà Đinh Thị Thu Phương, Phó Vụ trưởng Vụ Thống kê giá, Tổng cục Thống kê cho hay, chỉ tính riêng 6 tháng đầu năm 2021, giá thức ăn chăn nuôi tăng 36,6%  so với cùng kỳ năm 2020.

 

Giá nguyên liệu thức ăn chăn nuôi trên thị trường quốc tế biến động tăng rất mạnh trong thời gian qua. Tại thị trường Chicago (Mỹ), 6 tháng đầu năm 2021, giá đậu tương tăng 65,64%; giá ngô tăng 71,6%; giá lúa mỳ tăng 24,41%...đã đẩy giá thức ăn chăn nuôi trong nước tăng theo.

 

Trước tình trạng giá nguyên liệu và thức ăn chăn nuôi tăng quá cao gây khó khăn cho ngành chăn nuôi, các chuyên gia cho rằng, bên cạnh các giải pháp về chính sách thuế, thương mại, đã đến lúc Việt Nam cần có một chiến lược phát triển nguồn nguyên liệu thức ăn trong nước một cách căn cơ, bài bản.

 

Theo đó, cần có nhiều giải pháp đồng bộ, mà một trong các giải pháp đó là phát triển các loại cây trồng ứng dụng công nghệ sinh học, trong đó có trồng ngô để tăng cung nguyên liệu thức ăn chăn nuôi trong nước.

 

Giá bán ngô hạt của các giống ngô đều như nhau, bình quân 5,3 triệu đồng/tấn. Nhờ tăng năng suất thu hoạch thêm 30,4% (tương đương tăng thêm 2,03 tấn hạt tươi/ha hay 1,27 tấn hạt khô /ha) khi so sánh với các giống truyền thống, nên thu nhập từ trồng ngô biến đổi gen tăng thêm 3,75 – 6,65 triệu đồng/ha.

Ông Trần Xuân Định, Phó Chủ tịch, Tổng thư ký Hiệp hội Thương mai Giống Cây trồng Việt Nam chia sẻ, diện tích sản xuất ngô nước ta liên tục giảm kể từ năm 2015 đến nay.

 

Năm 2014 diện tích trồng ngô đạt 1.179 nghìn ha, nhưng đến năm 2020 chỉ còn 943 nghìn ha. Năm 2020, sản lượng ngô thu hoạch trong nước chỉ đạt 4,76 triệu tấn, trong khi khối lượng ngô nhập khẩu lên tới 12 triệu tấn, với kim ngạch 2,39 tỷ USD.

 

Theo ông Định, từ 2015 đến nay đã có 16 giống ngô biến đổi gen của 3 công ty được công nhận lưu hành tại Việt Nam, trong đó có 8 giống hiện đang được nông dân canh tác.

 

Hiệu quả kinh tế của ngô biến đổi gen qua điều tra nông hộ quy mô toàn quốc năm 2019: năng suất ngô biến đổi gen trồng tại Việt Nam đạt bình quân 8,72 tấn/ha/vụ; trong khi năng suất tổng hợp bình quân các giống ngô truyền thống đạt 6,69 tấn/ha/vụ.

 

Với diện tích canh tác ngô biến đổi gen khoảng 92.000 ha năm 2019 (chiếm 10,2% tổng diện tích trồng ngô), lợi nhuận ròng tăng thêm 17,95 – 30,38 triệu USD.

 

Tính theo lũy kế, từ năm 2015 đến 2019, nhờ canh tác ngô biến đổi gen, tổng lượng thuốc trừ cỏ sử dụng đã giảm bớt 134.760 kg (tương đương giảm 1,2% tổng lượng thuốc trừ cỏ sử dụng trong canh tác nông nghiệp trong giai đoạn này). 

 

Cũng trong giai đoạn này, nhờ canh tác ngô biến đổi gen mà tổng lượng thuốc trừ sâu sử dụng đã giảm bớt 62.075 kg (tương đương giảm 3,4% tổng lượng thuốc trừ sâu sử dụng trong canh tác nông nghiệp).

 

 “Hiện tại năng suất của các giống ngô lai truyền thống đã tới hạn, do đó, việc đưa vào sản xuất các giống ngô biến đổi gen với năng suất cao và khả năng chống chịu tốt hơn đồng thời mở rộng diện tích canh tác ngô sẽ là các giải pháp cơ bản để tăng sản lượng ngô sản xuất trong nước”, ông Định khẳng định.

 

2020. Nguyễn Xuân Thắng. Kết quả đánh gái tập đoàn dòng thuần phục vụ công tác chọn tạo giống ngô lai chống chịu điều kiện bất thuận

 KẾT QUẢ ĐÁNH GIÁ TẬP ĐOÀN DÒNG THUẦN PHỤC VỤ CÔNG TÁC CHỌN TẠO GIỐNG NGÔ LAI CHỐNG CHỊU ĐIỀU KIỆN BẤT THUẬN

Nguyễn Xuân Thắng, Bùi Mạnh Cường, Trần Quang Diệu, Đoàn Thị Bích Thảo, Tạ Thị Thùy Dung, Nguyễn Chí Thành  

DOWNLOAD

Tóm tắt

Thông qua đánh giá tập đoàn ngô thuần về khả năng chịu hạn nhân tạo ở giai đoạn cây con trong điều kiện nhà lưới, bước đầu xác định được 17 dòng có khả năng chịu hạn tốt hoặc khá (điểm 1 - 2), trong đó có 9 dòng có khả năng chịu hạn tốt, 8 dòng có khả năng chịu hạn khá. Về khả năng chịu mặn, xác định được 14 dòng biểu hiện chịu mặn (ở mức độ 1 - 2), trong đó: 9 dòng có khả năng chịu mặn tốt; 5 dòng có khả năng chịu mặn khá. Đây là các dòng ưu tú có khả năng chống chịu điều kiện bất thuận (hạn, mặn) phục vụ công tác chọn tạo giống ngô lai năng suất cao, chất lượng tốt, chịu hạn mặn, thích ứng với biến đổi khí hậu trong giai đoạn tới của Viện Nghiên cứu Ngô.

Abstract

By evaluating of maize inbred lines for drought tolerance at the seedling stage under the net house conditions, 17 lines were initially identified with drought tolerance (the point scale of 1 - 2), of which 9 lines expressed best and 8 others showed quite good at drought tolerance. 14 maize inbred lines were tolerant to salinity (at the level of 1-2); of which 9 lines were highly tolerant while other 5 lines were medium. These are elite maize lines with stress tolerance (drought, salinity) for MRI’s maize breeding which can be used for breeding of varieties adapting to climate change in the future.