ứng dụng công nghệ sinh học trong bảo vệ thực vật-trường hợp: rầy nâu và bệnh đạo ôn trên cây lúa ( oryza sativa l.)

ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ SINH HỌC
ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ SINH HỌC
TRONG BẢO VỆ THỰC VẬT
TRONG BẢO VỆ THỰC VẬT


Trường hợp
Trường hợp
: RẦY NÂU VÀ BỆNH ĐẠO ÔN TRÊN CÂY LÚA
: RẦY NÂU VÀ BỆNH ĐẠO ÔN TRÊN CÂY LÚA


(
(
Oryza sativa
Oryza sativa
L.)
L.)
BÙI CHÍ BỬU, NGUYỄN THỊ LANG
BÙI CHÍ BỬU, NGUYỄN THỊ LANG

THÁCH THỨC
THÁCH THỨC

Thay i khí h u, đổ ậ

Thi u n c t i cho cây tr ng, ế ướ ướ ồ
 Nguy c thi u h t l ng th c tr c tình tr ng t ơ ế ụ ươ ự ướ ạ đấ
nông nghi p gi m và dân s t ng, ệ ả ố ă
 Nh ng stress phi sinh h c ngày càng bi u hi n ữ ọ ể ệ

nghiêm tr ng, c bi t khô h n. ọ đặ ệ ạ
 Sâu b nh h i ngày càng phát tri n do cách th c ệ ạ ể ứ
ng x c a con ng i trong nông nghi p thâm ứ ử ủ ườ ệ
canh, theo xu h ng kém b n v ng, cân b ng sinh ướ ề ữ ằ
h c trên ng ru ng b phá v ; ọ đồ ộ ị ở

V sinh an toàn th c ph m ang m c báo ng. ệ ự ẩ đ ở ứ độ
Cây lúa: bệnh do vi nấm làm thiệt hại 40 triệu tấn / năm, côn trùng làm thiệt hại 26 triệu
tấn / năm, bệnh do virus làm thiệt hại 10 triệu tấn / năm (Leisinger 1998).

NHỮNG NỘI DUNG CẦN ĐƯỢC ƯU TIÊN

MAS / sử dụng rộng rãi SSR và SNP
MAS / sử dụng rộng rãi SSR và SNP

Tương tác GxE (biotic & abiotic stress tolerance)
Tương tác GxE (biotic & abiotic stress tolerance)

Khai thác tính kháng số lượng: làm kéo dài giai đoạn sinh sản của
Khai thác tính kháng số lượng: làm kéo dài giai đoạn sinh sản của
pathogen, tạo tính kháng theo hướng bền vững
pathogen, tạo tính kháng theo hướng bền vững
GIỐNG BIẾN ĐỔI GEN
GIỐNG BIẾN ĐỔI GEN

Phát triển cây GM trên đồng ruộng nông dân (đậu nành, bắp,
Phát triển cây GM trên đồng ruộng nông dân (đậu nành, bắp,
bông vải)
bông vải)


Quản lý giống cây GM (1/6 kinh phí), kiểm soát gene flow
Quản lý giống cây GM (1/6 kinh phí), kiểm soát gene flow


GENOMICS
GIỐNG KHÁNG: hiệu quả kinh tế, an toàn môi trường
GIỐNG KHÁNG: hiệu quả kinh tế, an toàn môi trường

PROTEOME TỪ GENOME
PROTEOME TỪ GENOME
Rubin et al. (2000) – Science 287:2204-2215

GENOME HỌC VỀ CHỨC NĂNG & TÌM KIẾM GEN ĐÍCH
Ngân hàng gen
Kiểu hình
CÔNG CỤ NGHIÊN
CỨU BỘ GEN
TIN SINH HỌC
Dòng đột biến
Dòng dẫn xuất từ loài hoang dại
Quần thể làm bản đồ di truyền
Giống bản địa và hoang dại
DỮ LIỆU TRÌNH TỰ GEN
CÔNG NGHỆ CAO, TIN CẬY (e.g.
microarray, gene chip, allele mining)
QTLs giả định
Gen ứng cử viên
Gen đích
TRÌNH TỰ GENOME CỦA 23 LOÀI CÂY ĐÃ ĐƯỢC ĐỌC ĐẾN 2008

ỨNG DỤNG CHỈ THỊ PHÂN TỬ TRONG
CHỌN TẠO GIỐNG LÚA
Khai thác nguồn tài nguyên di truyền đa dạng
Tính trạng đơn gen
Tính trạng đa gen
Khai thác hiện tượng tương đồng (synteny)
MARKERS
STS & EST
SSR
SNP, InDels

1 SNP/kb: indica
1.5 SNP/kb: O.
rufipogon
665,000 InDels
66% gen được
khám phá

Kiến trúc của SSR
Kiến trúc của SSR
Vùng kế cận đồng nhất
Số phân tử lập lại biến động cao trong từng cá thể
= Repeat ( e.g. CA)

Repeat length: 2bp, Total # of motifs: 4
AT GT CT CG
Repeat length: 3bp, Total # of motifs: 10
ATT GTT CTT GAT CAT GGT CGT GCT
CCT CGG
Repeat length: 4bp, Total # of motifs: 32

ATTT GTTT CTTT AATT GATT CATT AGTT GGTT
CGTT ACTT GCTT CCTT GTAT CTAT GGAT CGAT
GCAT CCAT CTGT GAGT CAGT GGGT CGGT GCGT
CCGT GACT GGCT CGCT GCCT CCCT CGGG CCGG
Common repeat motifs
MICROSATELLITES



Co-dominant (thông tin chính xác trong trường hợp dị hợp tử)
Co-dominant (thông tin chính xác trong trường hợp dị hợp tử)



Biến thiên lớn (quan trọng đối với loài có gene pools hẹp)
Biến thiên lớn (quan trọng đối với loài có gene pools hẹp)



Đang được áp dụng rộng rải
Đang được áp dụng rộng rải



Áp dụng tốt trong MAS, fingerprinting và MAB
Áp dụng tốt trong MAS, fingerprinting và MAB



Kết quả cao và chính xác

Kết quả cao và chính xác

Tìm kiếm SNP thông qua điện di mao dẫn
Ứng dụng SNPs để định vị gen
gây bệnh
Tìm kiếm SNP thông qua micro sequencing, in silico

ƯU ĐIỂM & KHUYẾT ĐIỂM CỦA SNP
ƯU ĐIỂM & KHUYẾT ĐIỂM CỦA SNP

Co-dominant marker – cho nhiều thông tin hơn trong trường
Co-dominant marker – cho nhiều thông tin hơn trong trường
hợp dị hợp tử
hợp dị hợp tử

Tất cả loại hình chỉ thị phân tử đề ở dạng prolific cao nhất (là
Tất cả loại hình chỉ thị phân tử đề ở dạng prolific cao nhất (là
giải pháp cực tốt trong trường hợp xây dựng bản đồ di truyền)
giải pháp cực tốt trong trường hợp xây dựng bản đồ di truyền)

Rất hiệu quả và rẻ tiền
Rất hiệu quả và rẻ tiền

Rất tốt cho MAS, hồi giao và fingerprinting
Rất tốt cho MAS, hồi giao và fingerprinting

Khuy t i mế đ ể

Phát triển marker tốn tiền hơn so với SSR
Phát triển marker tốn tiền hơn so với SSR


Tính hiệu quả không cao trong trường hợp phân tích từng
Tính hiệu quả không cao trong trường hợp phân tích từng
marker đơn lẻ
marker đơn lẻ
Việc thiết lập SNP để bổ sung với marker SSR (microsatellite) được xem như hướng
ưu tiên cho các năm tới (công trình này được thực hiện thông qua hợp tác giữa IRRI,
Perlegen Sciences, Inc., và USDA)

TILLING
TILLING
(Targeted Local Lesion In Genome)
(Targeted Local Lesion In Genome)
 Di truy n ng c (reverse genetics) xác nh ch c n ng gen ề ượ đị ứ ă
trên c s bi n d t ng nucleotideơ ở ế ị ở ừ
Thí dụ của Nhật Bản
NHIỀU BIẾN DỊ TẠI waxy LOCUS TRONG LÚA MÌ ĐƯỢC TÌM THẤY
NHỜ TILLING
TILLING là chiến lược nghiên cứu di truyền ngược, kết hợp mật
độ cao của các đột biến điểm do tác nhân hóa học và vật lý,
cho phép thanh lọc nhanh để phát hiện ra những “lesions” bị
kích hoạt trong chuỗi trình tự DNA xác định nào đó

DT cây trồng GM trên thế giới: 134 triệu ha, với 14 triệu nông dân tại
25 nước (ISAAA 2010)
 Gen
Bt
 GNA

Chitinase


Xa-21

CP
CÂY LÚA BIẾN ĐỔI GEN

TÍNH KHÁNG SÂU ĐỤC
TÍNH KHÁNG SÂU ĐỤC
THÂN, SÂU CUỐN LÁ
THÂN, SÂU CUỐN LÁ

Gen chuy n n p vào ể ạ
cây lúa

Cry1Ab

Cry1Ac

Cry1Ca

Cry2Ab

Cry9C

Lúa transgenic v i a ớ đ
tính kháng: chi n ế
l c lâu dài ượ
(QiFa Zhang
2008)
cry1C

Đối
chứng
cry1Ab
Đối
chứng

Trần thị Cúc Hòa 2002
DOANH THU $75 TRIỆU 1995
$2,3 TỶ 1999
$5,6 TỶ 2005
$10 TỶ 2007
CÂY TRỒNG GM
(Agbios 2009)

AN TOÀN SINH HỌC
AN TOÀN SINH HỌC
 ánh giá m c r i roĐ ứ ủ
 Cây GM không có marker, ho c marker an toànặ

pmi
pmi
: phospho mannose isomerase, xét nghiệm trên đường
: phospho mannose isomerase, xét nghiệm trên đường
mannose
mannose

OsDREB2A
OsDREB2A
: xét nghiệm trên NaCl
: xét nghiệm trên NaCl


Cài đặt trình tự
Cài đặt trình tự
Cre-lox
Cre-lox



Nilaparvata lugens
Trong lịch sử phát triển sản xuất lúa Việt Nam, rầy nâu là đối tượng gây hại ở
mức độ dịch hại lớn (1978-79, 1985-86, 1990-91, 2006-08)

ĐÁNH GIÁ KIỂU HÌNH
Phương pháp hộp mạ

ĐÁNH GIÁ
KIỂU HÌNH

DI TRUYỀN TÍNH KHÁNG
18 GEN KHÁNG ĐƯỢC PHÂN LẬP (Yang và ctv. 2004)
10 gen trội và 8 gen lặn
Gen lặn bph2 liên kết với Bph1, và bph4 liên kết với Bph3 (Kawaguchi và ctv.
2001)
Hai gen lặn bph11 và bph12 kháng BPH ở Nhật
Nhiễm sắc thể 12: Bph1, bph2, Bph9, Bph10
Nhiễm sắc thể 4: Bph3, bph12, Bph14
Nhiễm sắc thể 6: bph4
Nhiễm sắc thể 11: Bph6
Nhiễm sắc thể 3: bph11, Bph13, Bph15
Nhiễm sắc thể 12: Bph18 (2006)

NGUỒN GEN KHÁNG RẦY NÂU TỪ LÚA HOANG
NGUỒN GEN KHÁNG RẦY NÂU TỪ LÚA HOANG

Oryza australiensis:

Bph10, Bph18(t)

Oryza officinalis: bph11, bph12, Bph13, Bph14, Bph15

Oryza latifolia: Bph12

1: IR31917-45-3-2
2: IR65482-4-136-2-2
3: Oryza australiensis (acc.100882)

M 1 2 3 4 5
550
500
300
Phân tích kiểu gen RG457L-
L
1: PTB33,
2: TN1,
3: IR65482-4-136-2-4,
4: ASD7,
5: OM1570,
6: Oryza australiensis.
Chưa phân cắt hạn chế bằng enzyme
Phân tích kiểu gen RG457L-B

1: IR54742
2: IR31917-45-3-2
3: IR65482-4-136-2-4
4: IR65482-7-216
5: IR65482-13-539
Phân cắt hạn chế bởi HinfI
1 2 3 4 5
6

M 1 2 3 4 5
500
300
250
200
Sản phẩm PCR với RG457L-L
được phân cắt bởi PvuI
Sản phẩm PCR với RG457L-L được phân cắt bởi
HinfI.
1: PTB33
2: TN1
3: IR65482-4-136
4: ASD7
5: OM1570

M 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22
M 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22
RG457L-L
RG457L-B
1: TN1
2: PTB33

3-22: con lai F
2
của tổ hợp lai PTB33 x TN1
MAS

RM225
RM227
IR64 / HOA LÀI (F
2
)
IR64 / HOA LÀI (F
2
)
MAS
OM7347, OM6840
OM7347, OM6840