nghiên cứu chọn tạo giống cà chua chín chậm, kháng virus xoăn vàng lá và mốc sương bằng chỉ thị phân tử dna

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT
HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM







HOÀNG THỊ LAN ANH





NGHIÊN CỨU CHỌN TẠO GIỐNG CÀ CHUA CHÍN CHẬM,
KHÁNG VIRUS XOĂN VÀNG LÁ VÀ MỐC SƯƠNG
BẰNG CHỈ THỊ PHÂN TỬ DNA



LUẬN VĂN THẠC SĨ


HÀ NỘI, NĂM 2015

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT
HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM






HOÀNG THỊ LAN ANH



NGHIÊN CỨU CHỌN TẠO GIỐNG CÀ CHUA CHÍN CHẬM,
KHÁNG VIRUS XOĂN VÀNG LÁ VÀ MỐC SƯƠNG
BẰNG CHỈ THỊ PHÂN TỬ DNA




CHUYÊN NGÀNH : CÔNG NGHỆ SINH HỌC
MÃ SỐ : 60 42 02 01

Người hướng dẫn khoa học:
PGS.TS. PHAN HỮU TÔN



HÀ NỘI, NĂM 2015

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp
Page i

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan tất cả số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận này là
khách quan, trung thực và chưa từng được sử dụng để bảo vệ một học vị nào.
Tôi xin cam đoan mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận văn này đã được
cảm ơn, các thông tin trích dẫn trong khóa luận đều đã được chỉ rõ nguồn gốc.
Hà Nội, ngày 11 tháng 6 năm 2015
Tác giả


Hoàng Thị Lan Anh
Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp
Page ii

LỜI CẢM ƠN
Để hoàn thành luận văn này, tôi đã nhận được sự quan tâm, giúp đỡ rất tận
tình của các thầy cô, bạn bè cũng như những người thân trong gia đình.
Tôi xin bày tỏ lòng biết sâu sắc tới PGS.TS Phan Hữu Tôn, người đã tận tình
hướng dẫn, giúp đỡ tôi trong suốt quá trình nghiên cứu và thực hiện luận văn. Tôi
xin chân thành cảm ơn kỹ sư Khúc Ngọc Tuyên và toàn thể cán bộ, nhân viên
Trung tâm bảo tồn và phát triển nguồn gen cây trồng và Bộ môn Sinh học phân tử
& Công nghệ sinh học ứng dụng, Khoa công nghệ sinh học, Học viện Nông nghiệp
Việt Nam đã rất nhiệt tình giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi nhất cho tôi trong thời
gian thực hiện đề tài.
Cuối cùng, tôi xin chân thành cảm ơn những người thân trong gia đình, anh
em, bạn bè đã động viên, giúp đỡ và tạo điều kiện cho tôi hoàn thành luận văn này.
Hà Nội, ngày 11 tháng 6 năm 2015
Tác giả

Hoàng Thị Lan Anh


Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp
Page iii

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN 1
LỜI CẢM ƠN ii
MỤC LỤC iii
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT v
DANH MỤC BẢNG vi
DANH MỤC HÌNH vii
MỞ ĐẦU 1
1 Đặt vấn đề 1
2 Mục đích và yêu cầu 3
Chương 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU 4
1.1 Tổng quan về bệnh mốc sương và chọn tạo giống cà chua kháng bệnh mốc sương 4
1.1.1 Các nghiên cứu về bệnh mốc sương do nấm P. infestans 4
1.1.2 Nguyên lý di truyền và chọn tạo giống cà chua kháng bệnh mốc sương 9
1.2 Tổng quan về các đột biến chín chậm và ứng trong dụng chọn giống chín chậm 13
1.2.1 Sự chín và các đột biến chín chậm 13
1.2.2 Các đặc tính của cây đồng và dị hợp tử tại locus rin, nor và alc 16
1.2.3 Các thành tựu tạo giống cà chua chín chậm sử dụng các đột biến rin, nor và alc 25
1.3 Nghiên cứu về bệnh xoăn vàng lá và chọn tạo giống cà chua kháng TYLCV 26
1.3.1 Nguyên nhân gây bệnh xoăn vàng lá 26
1.3.2 Nghiên cứu về gen kháng chọn tạo giống cà chua kháng virus xoăn vàng lá 26
Chương 2: VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 30

2.1 Vật liệu, địa điểm và thời gian nghiên cứu 30
2.1.1 Vật liệu 30
2.1.2 Địa điểm và thời gian nghiên cứu 31
2.2 Nội dung 31
2.3 Phương pháp nghiên cứu 31
2.3.1 Phương pháp đánh giá các đặc điểm nông sinh học, năng suất, chất lượng quả 31
2.3.2 Đánh giá khả năng kháng TYLCV ở các THL 34
Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp
Page iv

2.3.3 Đánh giá tính kháng bệnh mốc sương của các THL 35
2.3.4 Đánh giá tính chín chậm của các THL 35
2.3.5 PCR xác định gen chín chậm rin và các gen kháng Ty1, Ty2, Ty3 và Ph-3 35
2.4 Xử lý số liệu 37
Chương 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 388
3.1 Đánh giá đặc điểm nông sinh học, năng suất, chất lượng của các THL 388
3.1.1 Kiểu hình sinh trưởng 388
3.1.2 Thời gian các giai đoạn sinh trưởng 399
3.1.3 Kết quả đánh giá một số đặc điểm hình thái và cấu trúc cây 41
3.1.4 Kết quả đánh giá về cấu trúc chùm hoa, đặc điểm nở hoa và tỷ lệ đậu quả 41
3.1.5 Kết quả đánh giá về năng suất và các yêu tố cấu thành năng suất 44
3.1.6 Kết quả đánh giá các đặc điểm hình thái và chất lượng quả 46
3.1.7 Đánh giá tính chín chậm và thời gian bảo quản quả của các THL 50
3.1.8 Ghép lây nhiễm đánh giá khả năng kháng TYLCV của các THL 52
3.1.9 Đánh giá khả năng kháng bệnh mốc sương của các THL 54
3.2 Chọn lọc cá thể cà chua mang gen Ty1, Ty2, Ty3, Ph3 và rin từ quần thể
phân ly 331/1219 F2 55
3.2.1 Chọn lọc các cá thể mang gen kháng mốc sương Ph-3 56
3.2.2 Chọn lọc các cá thể mang gen kháng xoăn vàng lá Ty-3 57
3.2.3 Chọn lọc các cá thể có gen ức chế sự chín rin 59

3.2.4 PCR xác định các cá thể có gen kháng xoăn vàng lá Ty-2 và Ty-1 60
3.2.5 Tổng hợp kết quả chọn lọc kiểu gen của các cá thể 62
3.3 Chọn lọc các cá thể có các đặc điểm nông sinh học tốt 63
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 677
1 Kết luận 677
2 Kiến nghị 677
TÀI LIỆU THAM KHẢO 688
PHỤ LỤC 766

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp
Page v

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT

DNA Deoxyribo Nucleic Acid
NST Nhiễm sắc thể
PCR Polymerase Chain Reaction
CTAB Cetyl trimethyl Ammonium Bromide
PCR Polymerase Polymerasex
EDTA Ethylendiamin Tetraacetic Acid
THL Tổ Hợp Lai
TYLCV Tomato yellow leaf curl virus
ToLCVD Tomato leaf curl virus disease
CS Cộng sự

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp
Page vi

DANH MỤC BẢNG
Bảng 2.1 Danh sách các THL F1 sử dụng trong nghiên cứu 30
Bảng 3.1 Kết quả đánh giá kiểu hình sinh trưởng, các giai đoạn sinh trưởng và một số
đặc điểm hình thái cấu trúc cây của các tổ hợp lai F1 vụ đông 2015 40
Bảng 3.2 Đặc điểm nở hoa, cấu trúc chùm hoa và tỷ lệ đậu quả của các THL 43
Bảng 3.3 Kết quả đánh giá về năng suất và các yêu tố cấu thành năng suất của
các THL 45
Bảng 3.4 Kết quả đánh giá một số đặc điểm hình thái quả của các THL 47
Bảng 3.5 Kết quả đánh giá một số đặc điểm chất lượng quả của các THL 49
Bảng 3.6 Kết quả đánh giá đặc tính chín chậm của quả ở 21 THL 51
Bảng 3.7 Khả năng kháng virus ToLCHnV của các THL cà chua nghiên cứu 53
Bảng 3.8 Kết quả lây nhiễm nhân tạo đánh giá khả năng kháng bệnh mốc sương
của 21 THL 55
Bảng 3.9 Danh sách các cá thể mang gen Ph-3 đồng hợp tử chọn được bằng cặp
mồi SCU602F3/R3 57
Bảng 3.10 Kết quả xác định các cá thể có gen Ty-3 từ 41 cá thể đồng hợp tử gen
Ph-3 bằng cặp mồi P6-25F2/R5 58
Bảng 3.11 21 cá thể có gen rin chọn được từ 32 cá thể nghiên cứu bằng cặp mồi
rinF/R 59
Bảng 3.12 Các cá thể mang gen Ty-2 chọn được bằng cặp mồi T0302 F/Ty2R1 61
Bảng 3.13 Các cá thể mang gen Ty-1 chọn được bằng cặp mồi TG97F/R 62
Bảng 3.14. Kết quả xác định kiểu gen Ph-3, Ty-3, Ty-2, Ty-1 và rin của các cá thể 63
Bảng 3.15 Một số đặc điểm hình thái và thời gian sinh trưởng của cá cá thể 64

Bảng 3.16 Năng suất và các yếu tố cấu thành năng suất của các cá thể 65
Bảng 3.17 Một số đặc điểm hình thái và chất lượng quả của các cá thể 66



Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp
Page vii

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1 Bản đồ gen Ty-3 trên nhiễm sắc thể số 6 (Ji et al., 2007b) 29
Hình 1.2 Bản đồ phân tử gen Ty-4 trên nhiễm sắc thể số 3 (Ji et al., 2009) 29
Hình 2.1 Các dạng quả cà chua 33
Hình 3.1 Đánh giá tính chín chậm và thời gian tồn trữ quả ở THL 329/1311 52
Hình 3.2 Đánh giá khả năng kháng nhiễm của các tổ hợp lai với ToLCHnV 54
Hình 3.3 Kết quả PCR phát hiện các cá thể mang gen kháng Ph-3 bằng cặp mồi
SCU602 F3/R3 57
Hình 3.4 Kết quả PCR phát hiện các cá thể có gen Ty-3 bằng cặp mồi P6-25F2/R5 58
Hình 3.5 Ảnh điện di phát hiện gen rin ở một số cá thể bằng cặp mồi rinF/R 59
Hình 3.6 Ảnh điện di một số cá thể bằng chỉ thị T0302 phát hiện gen Ty-2 61
Hình 3.7 Ảnh điện di một số cá thể bảng chỉ thị TG97 phát hiện gen Ty1 62

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp
Page 1

MỞ ĐẦU
1. Đặt vấn đề
Cà chua (Solanum lycopersicum) là loại rau ăn quả quan trọng ở nước ta. Ở
miền Bắc, cà chua chủ yếu được trồng từ tháng 9 đến tháng 3 năm sau và thu hoạch
từ tháng 11 đến cuối tháng 5. Giá bán cà chua thời gian này thường rất thấp, người
sản xuất thu được ít lợi nhuận. Trong khi đó, từ tháng 6 - 10 nhu cầu sử dụng cà
chua lại rất cao, giá bán có thể tăng gấp 2 - 3 lần so với thời điểm chính vụ. Vì thế
đã có một số biện pháp kỹ thuật nhằm rải vụ như trồng sớm hoặc muộn, trồng trong
nhà lưới hay dùng giống chịu nóng. Tuy nhiên, các giống đang trồng hiện nay chưa
có giống nào có đặc tính chín chậm, vì thế vẫn phải thu đến đâu bán ngay đến đó,
thời gian rải vụ không dài. Hiện có nhiều nước trên thế giới đã chọn tạo được nhiều
giống cà chua chín chậm nhờ sử dụng các dạng đột biến chín chậm hoặc không chín
như dạng đột biến chín chậm alc (alcobaca), ức chế sự chín rin (ripening inhibitor),
đột biến không chín nor (non-ripening) và không bao giờ chín Nr (Never-ripening)
(Foolad, 2007; Garg et al., 2008). Những đột biến này có tác dụng làm chậm quá
trình chín và sự mềm hóa của quả, giúp quả có thể bảo quản được lâu trong điều
kiện bình thường, vận chuyển được xa và chống thối tốt (Foolad, 2007; Garg et al.,
2008; McGlasson et al., 1983). Chọn tạo được giống chín chậm sẽ cho phép ta trồng
chính vụ khi thời tiết thuận lợi, cho năng suất và chất lượng cao, sau đó thu hoạch
và bảo quản được lâu, khi nhu cầu tiêu thụ tăng thì xử lý ethylene làm quả chín rồi
bán với giá cao. Trồng giống chín chậm còn giúp người trồng chủ động trong thu
hái, quả cứng và chống thối tốt cho phép vận chuyển thuận lợi và hạn chế thất thoát
sau thu hoạch.
Bên cạnh đó, cà chua bị rất nhiều loại bệnh gây hại, trong đó bệnh xoăn vàng lá
do một số loài virus thuộc chi Begomovirus và bệnh mốc sương do nấm Phytophthora
infestant gây ra đang là các bệnh gây hại nghiêm trọng nhất. Hai bệnh này được cho là
những tác nhân chính gây suy giảm năng suất cà chua trên khắp thế giới. Sử dụng

giống cà chua kháng là biện pháp hiệu quả nhất để phòng chống các bệnh này. Đến
nay, các nhà khoa học trên thế giới đã xác định được 5 gen kháng virus xoăn vàng lá và
Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp
Page 2

3 gen kháng bệnh mốc sương khác nhau. Các gen kháng bệnh xoăn vàng lá gồm gen
Ty1 (Zamir et al., 1994) và Ty3 (Ji and Scott, 2006) nằm trên nhiễm sắc thể 6, gen Ty2
nằm trên nhiễm sắc thể 11 (Hanson et al., 2006), gen Ty4 nằm trên nhiễm sắc thể 3 (Ji
et al., 2008) và gen Ty5 nằm trên nhiễm sắc thể 4 (Anbinder et al., 2009a). Các gen
kháng mốc sương gồm gen Ph-1 nằm trên nhiễm sắc thể 7 (Cleyberg et al.,1965),
gen Ph-2 nằm trên nhiễm sắc thể số 10 (Moreau và cộng sự, 1998) và gen Ph-3 trên
nhiễm sắc thể 9 (Chunwongse et al., 2002). Tuy nhiên, gen kháng Ph-1 chỉ kháng
được chủng T0, gen Ph-2 chỉ kháng được chủng T1. Trong khi đó, gen Ph-3 có khả
năng kháng một loạt các chủng P.infestans khác nhau, vượt trội hơn so với gen Ph-
1 và Ph-2 (Kim and Mutschler, 2005).
Các chỉ thị phân tử liên kết chặt với các gen kháng xoăn vàng lá Ty1, Ty2, Ty3
(Castro et al., 2007; Garcia et al., 2007; Ji et al., 2007a; Zhang, 2010) và gen kháng
mốc sương Ph-3 (Hung et al., 2012) đã được phát triển và sử dụng trong chọn giống
giúp giúp cho việc chọn tạo giống kháng cũng như quy tụ nhiều gen kháng trở nên
thuận lợi và dễ dàng hơn.
Mặc dù nhiều nghiên cứu đã được tiến hành để chọn tạo các giống cà chua
mang các tính trạng quý như tính chín chậm, tính kháng virus xoăn vàng lá cũng
như tính kháng mốc sương. Tuy nhiên, chưa có nghiên cứu nào công bố về việc
chọn tạo thành công giống cà chua mang đồng thời cả 3 tính trạng kể trên. Việc
chọn tạo được các dòng, giống cà chua vừa có khả năng chín chậm, vừa kháng cả
hai bệnh mốc sương và xoăn vàng lá sẽ mang lại hiệu quả rất thiết thực cho người
sản xuất cũng như người tiêu dùng.
Thời gian vừa qua, trung tâm bảo tồn và phát triển nguồn gen cây trồng đã
lai và chọn tạo ra được một loạt các dòng cà chua mang đồng thời khả năng kháng
bệnh xoăn vàng lá và mốc sương. Tuy nhiên, các dòng này chưa có khả năng chín

chậm. Với mong muốn tạo ra được các giống cà chua lai cũng như các dòng thuần
vừa chín chậm, vừa kháng cả hai bệnh xoăn vàng lá và mốc sương, chúng tôi tiến
hành đề tài “Nghiên cứu chọn tạo giống cà chua chín chậm, kháng virus xoăn
vàng lá và mốc sương bằng chỉ thị phân tử DNA”.
Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp
Page 3

2. Mục đích và yêu cầu
Mục đích
- Đánh giá sơ bộ đặc điểm một số tổ hợp cà chua lai F1 có gen ức chế sự
chín rin, gen kháng bệnh xoăn vàng lá và gen kháng mốc sương nhằm chọn ra các
THL có năng suất và chất lượng cao để đưa vào sản xuất.
- Sử dụng các chỉ thị phân tử DNA chọn ra các cá thể tốt mang đồng thời
gen rin, Ty1, Ty2, Ty3 và Ph-3 nhằm gây tạo dòng cà chua thuần mang đồng thời cả
3 tính trạng kể trên từ quần thể phân ly 331/1219 F2.
Yêu cầu của đề tài
- Đánh giá được đặc điểm nông sinh học, năng suất, chất lượng, khả năng
chín chậm, kháng xoăn vàng lá và mốc sương của 40 THL F1.
- Sử dụng các chỉ thị phân tử DNA để chọn lọc được các cá thể có năng suất
cao, có gen ức chế sự chín rin, các gen kháng virus xoăn vàng lá Ty1, Ty2, Ty3 và
gen kháng mốc sương Ph-3 từ quần thể phân ly 331/1219 F2.
Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp
Page 4

Chương 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU
1.1. Tổng quan về bệnh mốc sương và chọn tạo giống cà chua kháng bệnh mốc sương
1.1.1. Các nghiên cứu về bệnh mốc sương do nấm P. infestans
1.1.1.1. Nguyên nhân và tầm quan trọng của bệnh
Phytophthora infestans thuộc lớp nấm trứng (Oomycetes), bộ nấm mốc
sương (Peronosporales), lớp nấm này thuộc một giới khác với giới nấm thật (true

fungi), thực vật, động vật và sinh vật tiền nhân. Một số tác giả cho rằng lớp nấm
trứng thuộc về giới Protoctista một số khác thì cho rằng nó thuộc giới Chromista.
Nấm Phytophthora festans (Mont.) De Bary (Oomycota, Stramenopiles) lần
đầu tiên được biết đến gây ra bệnh mốc sương ở Philadelphia và thành phố New
York trên cây khoai tây (Solanum tuberosum) vào năm 1843. Do thời tiết, gió mang
các túi bào tử nấm sang các nước láng giềng (Reader, 2008). Đến năm 1845, bệnh
mốc sương đã được tìm thấy từ llinois đến Nova Scotia và từ Virginia tới Ontario.
Các bệnh sau đó vượt qua Đại Tây Dương với một lô hàng hạt giống khoai tây bị
nhiễm bệnh từ Hoa Kỳ đến châu Âu, gây hại chủ yếu cho nông dân Bỉ vào năm
1845 (Reader, 2008).
Khi P. infestans đến Ireland, một đất nước sử dụng khoai tây là một nguồn
thực phẩm chính, sự lây lan và phá hoại trên diện rộng trên khoai tây của P.
infestans dẫn đến sự phá hủy gần như hoàn toàn cây khoai tây tại đây. Hậu quả đã
dẫn đến cái chết của một triệu người và một triệu người phải di cư tị nạn, nhiều
người di cư đến New York (Vanhaute et al., 2006). Sự lây lan tiếp tục của P.
infestans trong những năm tiếp theo dẫn đến làm cho bệnh mốc sương trở nên phổ
biến trên toàn thế giới vào đầu thế kỷ XX với sự tàn phá toàn cầu trên cây khoai tây
và cà chua (Ingram and Williams, 1991).
Khi môi trường trồng khoai tây hoặc cà chua bị nhiễm P. infestans, toàn bộ
cây trồng có thể bị tàn phá trong vòng 7-10 ngày (Fry, 2008). Thiệt hại kinh tế có
thể ở dạng làm giảm năng suất, chất lượng (như khối lượng riêng thấp), khả năng
bảo quản lưu trữ củ, quả giảm đi, và tăng chi phí tiêu diệt nấm gây bệnh. Thiệt hại
Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp
Page 5

năng suất khoai tây hiện nay gây ra bởi bệnh mốc sương đạt 6,7 tỉ đô la Mỹ/năm
(4,28,60) tùy theo mức độ nghiêm trọng của bệnh, loại giống, và sử dụng các biện
pháp quản lý bệnh. Trong năm 2009, tại Hoa Kỳ, tổng thiệt hại trên khoai tây xấp xỉ
3,5 tỷ USD, trong khi tổng sản lượng suy giảm trong cà chua tươi và cà chua chế
biến đạt tương ứng 46 và 66 triệu USD. Trong số đó, có đến một nửa nguyên nhân

gây ra tổn thất kể trên là do bệnh mốc sương (Haverkort and Struik, 2009).
Mặc dù trên thực tế nấm gây bệnh được coi là loài ký sinh chuyên tính và có
phổ ký chủ hẹp, song Phytophthora infestans đã được ghi nhận là gây bệnh trên
nhiều loài cây. Erwin và Ribeiro (1996) đã liệt kê ra 89 loài ký chủ mà
Phytophthora infestans có khả năng gây hại. Trong đó, hai loài ký chủ chính có ý
nghĩa quan trọng trong sản xuất nông nghiệp phải kể đến là cây cà chua
(Lycopersicon esculentum) và cây khoai tây (Solanum tuberosum). Ngoài ra,
Phytophthora infestans còn có thể ký sinh gây hại trên ký chủ phụ là các cây cà dại
thuộc Solanum.
1.1.1.2. Đặc điểm sinh sản của nấm P. infestans
Sự phát triển mạnh mẽ của P. infestans là nhờ cách thức sinh sản rất hiệu quả
của nó với cả hai hình thức sinh sản vô tính và sinh sản hữu tính. Trong hình thức
sinh sản vô tính, P. infestans tạo ra hàng ngàn bọc bào tử trên mỗi vết bệnh, đây là
là những cấu trúc vô định hỗ trợ sự phát tán của bọc bào tử trong không khí bằng
cách sử dụng chuyển động thụ động của gió, mưa (Cohen et al., 1997). Bọc bào tử
có thể nảy mầm trực tiếp ở nhiệt độ trên 15°C và nhanh chóng phát triển thành hệ
sợi nấm và các cành bọc bào tử tiếp theo trên lá, thân, và mô quả (Mayton et al.,
2000). Ở nhiệt độ thấp, các cành bọc bào tử bỏ qua giai đoạn tăng trưởng sợi nấm
bằng cách hình thành và phát tán trực tiếp du động bào tử (bào tử vô tính), sau đó
nảy mầm và gây tiếp tục gây nhiễm với tốc độ thậm chí còn nhanh hơn (Walker and
West, 2007). Tùy thuộc vào điều kiện môi trường, vòng đời của P. infestans có thể
ngắn hơn và toàn bộ chu kỳ lặp đi lặp lại trong 5-7 ngày.
P. infestans là loài nấm dị tản (heterothallic) có hai kiểu ghép cặp (matin
type) là A1 và A2. Sự sinh sản hữu tính của nấm phần lớn xảy ra ở các vùng lạnh
Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp
Page 6

ẩm và phải có đủ cả 2 kiểu ghép cặp A1, A2. Khi có sự kết hợp giữa A1 và A2, bào
tử trứng được hình thành, cơ quan sinh sản trên sợi nấm là bao trứng (Oogonium),
và bao đực (Antheridium). Sau khi phối giao nhân của bao đực dồn sang bao trứng

thụ tinh hình thành bào tử trứng lưỡng bội (Oospore) với kích thước khoảng 31 x 50
µm. Bào tử trứng là bào tử có vách dày lớn cho phép nó tồn tại trong thời gian dài ở
tàn dư thực vật hoặc trong đất, hoặc trên hạt giống, đặc điểm này không có ở các
bào tử vô tính (Judelson, 1997).
Cho đến gần đây, chỉ có các kiểu ghép cặp A1 được phát hiện tại các vùng
trồng khoai tây và cà chua bên ngoài Mexico, điều đó cho thấy sinh sản hữu tính
không đóng vai trò quan trọng trong chu kỳ bệnh. Tuy nhiên, khi tìm kiếm lại một
cách tỷ mỉ, người ta đã quan sát thấy cả hai dạng hữu tính trong nhiều cánh đồng
sản xuất tại Hoa Kỳ và trên toàn thế giới (Fry et al., 1993; Sujkowski et al., 1994 ).
Sự có mặt của cả hai dạng hữu tính cho phép xảy ra sự tái tổ hợp hữu tính và tạo ra
các chủng mới có thể có độc tính cao hơn. Do đó, việc kiểm soát bệnh mốc sương là
không thể thiếu. Các phương pháp phổ biến được sử dụng để chống bệnh bao gồm thay
đổi tập quán trồng trọt, thuốc diệt nấm, và sử dụng các giống kháng (Black et al.,
1996b). Trong đó, việc phát triển và sử dụng các giống kháng là vô cùng cần thiết và
có vai trò đặc biệt quan trọng trong công tác kiểm soát và phòng chống bệnh.
1.1.1.3. Tổng quan về sự phát sinh và phát triển của P. infestans
P. infestans sử dụng một chế độ lây nhiễm hai bước. Ở giai đoạn đầu, các tác
nhân gây bệnh cần có tế bào ký chủ sống và thu các chất dinh dưỡng thông qua sự
phát triển của các giác mút, sau đó gây hoại tử rộng mô tế bào cây chủ dẫn đến xâm
lấn hoàn toàn và hình thành bào tử. Vòng đời của P. infestans liên quan đến sự biệt
hóa thành 11 loại tế bào khác nhau. Các loại tế bào được chuyên hóa cho các giai
đoạn trong chu kỳ sống liên quan đến sinh sản hữu tính và vô tính, phát tán bào tử,
bào tử nảy mầm, xâm nhập cây chủ, và các giai đoạn lây nhiễm ký sinh (biotrophic)
hoặc hoại sinh (necrotrophic) (Avrova et al., 2003 ).
Các giai đoạn đầu của triệu chứng bệnh dễ dàng bỏ qua do không phải tất cả
các cây bị ảnh hưởng cùng một lúc. Triệu chứng nhiễm bệnh đầu tiên, bao gồm các
Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp
Page 7

tổn thương nhỏ trên lá và thân cây, các vết bệnh có thể nhìn thấy được chỉ sau 3-4

ngày, và trong một số trường hợp chỉ đạt đường kính 1-2 mm. Sau đó, các vết tổn
thương tăng nhanh kích thước và mốc trắng xuất hiện ở mặt dưới lá. Toàn bộ cây
nhiễm bệnh có thể bị phá hủy chỉ trong 5-10 ngày.
1.1.1.4. Sự phát sinh của P. infestans ở cấp độ tế bào
Việc hình thành các bào tử trứng giữa 2 dạng hữu tính A1 và A2, có thể dẫn
đến việc tạo ra các dòng vô tính độc hơn (Gavino et al., 2000).Các bào tử trứng có
thể đóng một vai trò quan trọng trong dịch tễ học của bệnh (Gavino et al., 2000) và
đóng vai trò như một nguồn bệnh liên tục nhờ có vách dày với khả năng tồn lại lâu
dài trong đất hoặc trong tàn dư cây bệnh (Zwankhuizen et al., 2000).
Mặt khác, các túi bào tử vô tính đóng vai trò điều khiển dịch bệnh trong suốt
mùa. Túi bào tử phát sinh động bào tử trong điều kiện thời tiết thuận lợi, gọi là thời
kỳ Smith, được định nghĩa là tình trạng ẩm cao với độ ẩm tương đối lớn hơn 90%
kéo dài trong ít nhất hai ngày liên tiếp, và mỗi ngày ít nhất có 11 giờ với nhiệt độ
trung bình 10°C hoặc cao hơn (Cohen et al., 1997). Túi bào tử có khả năng cảm
nhận được môi trường và điều tiết sự nảy mầm. Nếu nhiệt độ môi trường trong
khoảng 20-24
0
C bào tử phân sinh sẽ trực tiếp hình thành ống mầm sau đó tạo thành
sợi nấm xâm nhập vào tế bào mô cây kí chủ. Nếu nhiệt độ môi trường từ 12-18
0
C
trong điều kiện ẩm cao hoặc có giọt nước bào tử phân sinh sẽ giải phóng các du
động bào tử (zoospore) có 2 roi. Các du động bào tử này có khả năng chuyển động
nhờ có giọt nước sẽ tìm tới các lỗ khí khổng nảy mầm tạo ra các sợi nấm và xâm nhập
vào cây kí chủ. Dù là phương thức nảy mầm trực tiếp hay gián tiếp nhưng khi xâm
nhập sợi nấm đều dùng phương pháp cơ học là hình thành các vòi hút hình trụ hoặc
hình cầu để xâm nhập vào mô lá. Túi bào tử phát triển nhiều bào quan không có
trong sợi nấm, chẳng hạn như các túi lớn bên phía ngoài, các túi nang, các
kinetosome, và roi (Hardham and Hyde, 1997). Sự phát sinh bào tử động liên quan
đến sự phân tách tế bào chất của bào tử nang đa nhân bằng màng bao bọc nhân, sự

lắp ráp của hai roi, giải thể gai bào tử nang, và giải phóng các du động bào tử đơn
nhân (Hardham and Hyde, 1997). Một số gene cảm ứng sớm mã hóa các thành phần
Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp
Page 8

của bào tử túi đặc biệt có thể trợ giúp trong việc lắp ráp các cấu trúc này. Dưới điều
kiện môi trường thuận lợi, các túi bào tử có thể duy trì khả năng tồn tại khoảng một
tuần, mặc dù mức độ mRNA cho phép nảy mầm và khả năng nảy mầm có thể thay
đổi trong thời gian này (Hardham and Blackman, 2010).
P. infestans ưu tiên hình thành bào tử trong giai đoạn tối. Các nghiên cứu đã
chứng minh rằng ánh sáng liên tục ức chế sự hình thành bào tử, mặc dù kết quả có
khác nhau giữa các giống (genus) khác nhau (Cohen et al., 1975). Tại bề mặt cây
chủ, động bào tử P. infestans vận động để mặt bụng của nó đối mặt với cây chủ
trước khi roi được tách rời và các protein từ ba túi vỏ khác nhau được tiết ra bề mặt
bào tử động (Hardham and Gubler, 1990). Bằng cách đó, các bào tử hình thành u
nang có vách bao quanh, rồi nảy mầm từ trung tâm của mặt bụng, cho phép các sợi
nấm mọc dọc theo phần lồi giữa các tế bào biểu bì để phá vỡ các tế bào cây chủ.
Thỉnh thoảng, các túi bào tử đa nhân cũng có thể khởi đầu lây nhiễm (Hardham,
2007). Túi bào tử trưởng thành có thể hình thành các protein cần thiết cho hình
thành bào tử động và bào tử nang (Judelson et al., 2009).
Trong giai đoạn tăng trưởng sinh dưỡng sớm của P. infestans, chất dinh
dưỡng được lấy từ tế bào thực vật sống. Chúng thực hiện điều này bằng cách hình
thành một chốt thâm nhập, xuyên qua lớp biểu bì và xâm nhập vào một tế bào biểu
bì để tạo thành một túi lây nhiễm. Hình thành các giác mút của các sợi nấm phân
nhánh, và tiếp theo là tiết các enzyme phân hủy các thành phần của thành tế bào
thực vật tiếp tục tạo thuận lợi cho việc tiếp cận chất dinh dưỡng. Giác mút phát triển
trong ranh giới của thành tế bào thực vật, mặc dù chúng vẫn nằm ngoài màng tế bào
chủ (Hardham and Blackman, 2010). Các giác mút chuyên hóa cho sự hấp thu chất
dinh dưỡng từ các tế bào chủ. Trong giai đoạn sinh trưởng hoại dưỡng
(necrotrophic), các chất dinh dưỡng cần thiết cho sự phát triển mầm bệnh và sinh

sản được lấy từ các tế bào chết và trong các tổn thương hoại tử phát triển khi các tác
nhân gây bệnh xâm chiếm cây chủ. Khi mô bị nhiễm chết hoại, các sợi nấm phát
triển các cuống túi bào tử nổi lên thông qua các lỗ khí để sản xuất nhiều túi bào tử
vô tính (Hardham and Blackman, 2010).
Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp
Page 9

1.1.2. Nguyên lý di truyền và chọn tạo giống cà chua kháng bệnh mốc sương
Kể từ khi xảy ra nạn đói ở Ireland vào những năm 1840, đã có rất nhiều sự
quan tâm trong việc phát triển các giống khoai tây và cà chua kháng mốc sương.
Trong quá trình này, đã quan sát thấy tính kháng P. infestans có thể phân loại thành
tính kháng đặc hiệu chủng (tính kháng dọc) và kháng không đặc hiệu chủng (kháng
ngang, hoặc kháng một phần) với các chủng đã được xác định bởi sự tương tác của
bệnh với kiểu gen của các cây chủ khác nhau. Phát triển các giống cây với khả năng
kháng quy định bởi các gen chính (kháng dọc) vào lúc ban đầu có hiệu quả ngăn
ngừa lây nhiễm và bảo vệ cây trồng khỏi bệnh mốc sương. Do sự phát triển nhanh
chóng của các bộ phận tác nhân gây bệnh và sự sinh sản hữu tính của P. infestans
dẫn đến tạo ra các dòng mới độc hơn (Klarfeld et al., 2009), làm cho tính kháng dọc
chống lại bệnh cuối cùng có thể thất bại, gen kháng không bền vững (Klarfeld et al.,
2009; Knapova et al., 2002). Ngược lại, khả năng kháng không đặc hiệu chủng
(kháng ngang) thường được điều khiển bởi một số gen hoặc các locus tính trạng
chất lượng (các QTL) bền vững hơn tính kháng dọc (Brouwer et al., 2004). Trong
cả khoai tây và cà chua, cả tính kháng dọc cũng như kháng ngang với mốc sương
đều đã được báo cáo. Tuy nhiên, các gen chính kháng đặc hiệu chủng (kháng dọc)
thực tế đã cho thấy là hữu ích hơn trong chọn giống kháng mốc sương cũng như hầu
hết các bệnh trên khoai tây và cà chua khác, đặc biệt là khi nhiều gen kháng đặc
hiệu chủng được quy tụ để tăng cường tính kháng và độ bền vững của giống kháng.
Vì vậy, việc xác định thêm các gen kháng chính với bệnh mốc sương là cần thiết,
nhiệm vụ này đang được tiến hành trên nhiều chương trình chọn giống khoai tây và
cà chua trên khắp thế giới (Merk and Foolad, 2012).

Gen kháng bệnh mốc sương ở cà chua đã được quan tâm trong nhiều năm,
hiện có 3 gen kháng chính kháng đặc hiệu chủng đã được xác định trong loài cà
chua dại S. pimpinellifolium. Những gen này định vị trên nhiễm sắc thể số 7 (Ph-1),
10 (Ph-2) và 9 (Ph-3). Ph-1 là gen trội duy nhất tạo được tính kháng với chủng T-0,
nhưng nó đã nhanh chóng bị khắc phục bởi các chủng gây bệnh mới (Peirce, 1971).
Tính kháng do gen kháng đơn trội không hoàn toàn Ph-2, nằm trên nhánh dài của
Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp
Page 10

nhiễm sắc thể 10 (Moreau et al., 1998), chỉ cung cấp tính kháng một phần với một
số chủng phân lập P. infestans (Peirce, 1971). Gen Ph-2 đúng ra chỉ làm giảm bớt
tốc độ phát triển bệnh, và nó thường không kháng được khi gặp các chủng độc hơn
(Black et al., 1996a, Sujkowski et al., 1994 ).
Một gen kháng mạnh hơn nhiều so với 2 gen kể trên là Ph-3 đã được tìm
thấy trong mẫu giống L3708 thuộc loài dại S. pimpinellifolium (còn được biết đến là
LA1269 hoặc PI365957). Gen này tạo ra tính kháng trội không hoàn toàn chống lại
một loạt khá rộng các chủng P. infestans (Chen et al., 2008; Chunwongse et al.,
2002; Park et al., 2010). Một số giống cà chua được lai lai tạo thành công từ các
chương trình chọn tạo giống trên toàn thế giới đã thành công trong việc chuyển gen
kháng này tạo ra các giống cà chua tươi, cà chua chế biến thương mại hoặc các
dòng giống mới. Ví dụ như giống NC1 CELBR [Ph-2 + Ph-3] và NC2 CELBR [Ph-
2 + Ph-3], giống lai Plum Regal [Ph-3], Mountain Magic [Ph-2 + Ph-3] và
Mountain Merit [Ph-2 + Ph-3] (Gardner and Panthee, 2010; Panthee and Chen,
2010). Ngoài ra, nhiều dòng thuần và giống lai đang trong giai đoạn thử nghiệm.
Một số chỉ thị phân tử DNA đã được xác định liên kết chặt với gen kháng Ph-3.
Một trong số đó là chỉ thị SCAR (Sequence Characterized Amplified Region – đặc
điểm trình tự vùng được khuếch đại) SCU602 sử dụng cặp mồi SCU602F3/R3, liên
kết chặt và cho phép xác định alen kháng Ph-3 (sản phẩm PCR 400 bp) và alen mẫn
cảm (450bp) có thể sử dụng hiệu quả để chọn lọc kiểu gen kháng (Truong et al.,
2013). Tuy nhiên, không may là gen kháng Ph-3 cũng là gen kháng đặc hiệu chủng

và dường như các chủng phân lập mới đã khắc phục được gen này (Chen et al.,
2008, Foolad et al., 2006).
Do các gen kháng kể trên (Ph-1, Ph-2 và Ph-3) đều là gen kháng đặc hiệu
chủng, cùng với sự xuất hiện của các chủng mới độc hơn đã làm giảm hiệu quả của
các gen kháng này. Vì thế cần thiết phải xác định, đánh giá, và sử dụng các nguồn
kháng mới. Gần đây, một vài mẫu giống kháng cao đã được xác định trong loài cà
chua dại S. pimpinellifolium (43,44). Các mẫu giống mới xác định biểu hiện tính
kháng chống lại 7 chủng phân lập P. infestans khác nhau là các dòng vô tính US8,
Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp
Page 11

US13, US14, hoặc US15. Trong số này, mẫu giống PSLP153 đã được lựa chọn để
phân tích đặc điểm di truyền bộ gen cũng như xác định và lập bản đồ gen/các gen
kháng bệnh mốc sương mới. Một phân tích tương quan giữa bố mẹ - con bằng cách
sử dụng quần thể F2 và F3 của một tổ hợp lai giữa PSLP153 và một dòng cà chua
mẫn cảm với bệnh mốc sương, cho thấy hệ số tính kháng mốc sương có thể di
truyền là khoảng 0.86 (tính kháng tạo ra bởi PSLP153) (Merk and Foolad, 2012).
Sử dụng phương pháp chọn lọc kiểu gen các tác giả đã xác định hai vùng gen tạo ra
tính kháng bệnh mốc sương trên nhiễm sắc thể 1 (đặt tên thử nghiệm là Ph-5-1) và
10 (dự kiến đặt tên là Ph-5-2). Các tác giả đang nỗ lực mô tả thêm về hai vùng
kháng này và lập bản đồ chi tiết về các gen kháng mới. Đồng thời, những nỗ lực
chọn giống để chuyển gen kháng Ph-5-1 và Ph-5-2 từ mẫu giống PSLP153 đã dẫn
đến sự phát triển của một số dòng giống cà chua thương mại ăn tươi và chế biến
mới được cải thiện tính kháng bệnh mốc sương. Hơn nữa, những nỗ lực đang được
tiến hành để phát triển các dòng giống thương mại và các giống lai có chứa các gen
kháng trong sự kết hợp với các gen kháng đã biết trước đây, cụ thể là Ph-2 và Ph-3.
Đến nay, các gen kháng bệnh mốc sương được cho là hữu ích nhất đã được xác định
trong cà chua là những gen kháng lớn với tính kháng đặc hiệu chủng. Chiến lược
chọn tạo giống khôn ngoan để tạo được các giống kháng bền vứng là quy tụ nhiều
gen kháng lớn đặc hiệu chủng như trên hoặc xác định và kết hợp các kháng ngang

hữu ích.
Ngoài các gen kháng lớn đặc hiệu chủng kể trên, một số các QTL kháng
không đặc hiệu chủng đã được báo cáo trong các mẫu giống khác nhau của loài cà
chua dại S. habrochaites (Brouwer et al., 2004; Chen et al., 2008; Junming, 2010).
Ví dụ, trong mẫu giống LA2099, các QTL quy định tính kháng bệnh mốc sương đã
được xác định dựa trên trên tất cả 12 nhiễm sắc thể cà chua (hình 1) (Junming,
2010). Sau đó, với mục tiêu chuyển các QTL kháng đã chọn vào cà chua trồng, ba
dòng gần đẳng gen (NIL) đã được phát triển, mỗi dòng có một QTL kháng
(Brouwer and Clair, 2004). Tuy nhiên, sự liên kết rất mạnh đã ngăn cản các dòng
gần đẳng gen trở nên hữu ích cho các mục đích tạo giống. Kiểm tra sâu hơn về các
dòng gần đẳng gen đã xác định rằng chúng cũng chứa gen/các QTL cho các đặc
Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp
Page 12

điểm khác, bao gồm kiểu cây, mật độ tán, sự trưởng thành, kích thước quả và năng
suất trong khu vực đồng chuyển vị. Các QTL kháng bệnh mốc sương trong cà chua
thường liên kết chặt với tính chín muộn và kích thước cây lớn (Brouwer and Clair,
2004; Brouwer et al., 2004).
Các QTL kháng bệnh mốc sương cũng đã được xác định trong loài S.
habrochaites ở mẫu giống LA1777 (Junming, 2010). Trong nghiên cứu này, năm
QTL lớn (RLBhq4a, RLBhq4b, RLBhq7, RLBhq8, RLBhq12) được xác định trên
bốn nhiễm sắc thể sử dụng các dòng chuyển vị từ tổ hợp lai giữa S. lycopersicum ×
S. habrochaites. Nghiên cứu này cũng xác định được một QTL mới kháng bệnh
mốc sương trong LA2099 (Junming, 2010). Một mẫu giống S. habrochaites khác
với tính kháng bệnh mốc sương cũng đã được sử dụng cho các nghiên cứu di truyền
và lập bản đồ là LA1033 (Chen et al., 2008, Lough, 2003). Trong mẫu giống này,
nghiên cứu về di truyền đã chỉ ra sự có mặt của ít nhất hai gen kháng mốc sương
(Lough, 2003), nghiên cứu lập bản đồ đã chỉ ra sự có mặt của một số QTL góp phần
vào phản ứng bảo vệ chống lại bệnh mốc sương.
Một hạn chế lớn trong việc nghiên cứu tạo giống cà chua kháng bệnh mốc

sương là thiếu các tiêu chuẩn rõ ràng cho việc đánh giá các chủng P. infestans. Các
nhà nghiên cứu đã cố gắng để vượt qua khó khăn này bằng cách xác định các đặc
điểm khác nhau của các chủng phân lập P. infestans, bao gồm các loại giao phối, sự
nhạy cảm với thuốc diệt nấm, kiểu gen isozyme, ti thể và DNA nhân (Chen et al.,
2009; Guo et al., 2010; Sliwka et al., 2006; Sujkowski et al., 1994 ). Ngoài ra, một
số nhà nghiên cứu đã cố gắng mô tả và phân loại các chủng phân lập P. infestans
dựa trên khả năng gây bệnh của chúng trên các giống kháng mang gen kháng bệnh
mốc sương đã biết (Malcolmson and Black, 1966). Các nhà nghiên cứu cà chua tại
AVRDC đã bắt đầu phân tích các chủng phân lập P. infestans của họ theo cách này
trong những năm đầu nghiên cứu.
Năm 1990, khi mẫu giống L3708 thuộc loài dại S. pimpinellifolium được biết
là mang gen kháng đơn Ph-3 và LA1033 thuộc loài S. habrochaites được chỉ định là
nguồn gốc của gen kháng Ph-4. Các nghiên cứu cho thấy tính kháng là phức tạp và
Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp
Page 13

liên quan đến nhiều gen trong mẫu giống L3708 (Kim and Mutschler, 2005; Kim
and Mutschler, 2006; Wang and Chen, 2005) hoặc nhiều QTL trong mẫu giống
LA1033 (Lough, 2003). Cách phân loại như vậy là bước đầu để tiến tới phát triển
một hệ thống phân loại toàn diện và hữu ích hơn về độc tính của các chủng phân lập
P. infestans ở cà chua. Dự kiến với thông tin đã có về bộ gen P. infestans, ý nghĩa
về kinh tế và việc xác định các nguồn kháng bổ sung với bệnh mốc sương trong cà
chua, thông tin về các chủng gây bệnh khác nhau của các tác nhân gây bệnh sẽ sớm
được công bố.
1.2. Tổng quan về các đột biến chín chậm và ứng trong dụng chọn giống chín chậm
1.2.1. Sự chín và các đột biến chín chậm
Sự chín được cho là một quá trình thoái hóa bao gồm sự già hóa và sự sụp đổ
chung của tế bào, cuối cùng dẫn đến chết tế bào. Một số thay đổi quan trọng trong
thành phần hóa học xảy ra trong quá trình chín của quả cà chua là sự suy giảm tinh
bột và quá trình sản xuất glucose và fructose, phân giải diệp lục, tổng hợp các sắc tố

như β-carotene và lycopene, tăng pectin hòa tan do mềm hóa và suy thoái vách tế bào,
sản xuất các hợp chất tạo hương vị và mùi thơm, tăng hàm lượng acid citric, acid malic,
axit glutamic và phân giải các alkaloid độc tomatine (Grierson and A., 1986).
Quả cà chua là loại quả hô hấp “đột biến” vì nó biểu hiện sự suy giảm hô hấp
đến mức tối thiểu ở thời kỳ tiền hô hấp đột biến ngay trước khi chín. Lúc bắt đầu
chín, sự hô hấp gia tăng đến tối đa sau đó suy giảm từ từ. Ngoài ra, nó còn biểu hiện
ở sự gia tăng về tổng hợp ethylene trong quá trình chín. Sự gia tăng trong việc tổng
hợp carbon dioxide và ethylene thường là các dấu hiệu đầu tiên của sự khởi đầu quá
trình chín. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng sự gia tăng trong sản xuất ethylene chắc
chắn xảy ra trước khi có sự gia tăng về hô hấp (Sawamura et al., 1978.).
Polygalacturonaza (PG) là enzyme làm mềm quan trọng nhất trong cà chua.
Enzyme này không có trong các loại quả xanh và tích lũy với số lượng lớn trong
quá trình quả chín. Sự xuất hiện của enzyme này có tương quan với sự khởi đầu của
sự suy thoái thành tế bào. Tổng hợp ethylene tự nhiên bắt đầu trước khi PG xuất
Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp
Page 14

hiện và ethylene ngoại sinh gây ra sự tích tụ của các enzyme trong quả trưởng thành
(Grierson and Kader, 1986).
Để thuận lợi cho vận chuyển và bảo quản, quả cà chua thường được thu
hoạch khi còn xanh, sau khi vận chuyển đến nơi cần thiết thì được làm chín bằng
cách phun ethylen hoặc các chất khí có hoạt tính tương tự. Tuy nhiên, cách làm này
khiến cho quả không đảm bảo chất lượng và giá trị dinh dưỡng so với để chín tự
nhiên. Việc phát hiện ra một số gen đột biến liên quan đến quá trình chín ở cà chua
trong những năm 1960 đã mở đường cho các nghiên cứu về di truyền để kéo dài
thời hạn sử dụng quả. Những đột biến đó bao gồm đột biến chín chậm alc
(alcobaca) (ALMEIDA, 1961), đột biến ức chế sự chín rin (ripening inhibitor)
(ROBINSON and L, 1968) và đột biến không chín nor (non-ripening) (Tigchelaar et
al., 1973). Những gen đột biến này dạng đồng hợp tử có thể ức chế hoặc làm “rất“
chậm một loạt các quy trình liên quan đến quá trình chín của quả cà chua, dẫn đến

thời hạn sử dụng quả tới 250-500% (Dhatt, 2001; Garg, 2006; Ignatova et al., 1999;
Kopeliovitch et al., 1979; Lobo et al., 1984; Lu et al., 1995; Mutschler, 1984) nhưng
đồng thời chúng cũng tạo ra hương vị quả kém (Kopeliovitch et al., 1982;
Kopeliovitch et al., 1980) và màu sắc quả “nghèo nàn” (Kopeliovitch et al., 1980;
Lobo et al., 1984; Sink et al., 1974). Tuy nhiên, ở dạng dị hợp tử, các gen đột biến
này có thể tạo cho quả có thời hạn sử dụng lớn hơn nhiều lần so với quả bình
thường (Agar et al., 1994; Buescher et al., 1976; Dhatt, 2001; Garg, 2006; Kitagawa
et al., 2005; Kopeliovitch et al., 1979; Lu et al., 1995; McGlasson et al., 1983;
Mutschler et al., 1992; Nguyen, 1991) bên cạnh đó chúng cũng tạo ra quả cà chua
chấp nhận được về màu sắc (Gavrish and G., 1991; Hobson, 1980; Kopeliovitch et
al., 1981; Lu et al., 1994; Mutschler, 1984; Ng and Tigchelaar, 1977; Sink et al.,
1974) và hương vị (Agar et al., 1994; Kopeliovitch et al., 1982).
Đột biến rin xuất hiện trong một dòng F4 được phát triển bởi H. M. Munger
tại Đại học Cornell. Gen lặn rin làm thay đổi một vài mặt của quá trình chín như
làm quả không chín hoàn toàn, quả chuyển sang màu vàng và sự mềm hóa rất chậm
(Robinson and Tomes, 1968). Quả của đột biến rin không biểu hiện tính hô hấp đột
Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp
Page 15

biến, đồng thời không phát sinh ethylene hay hoạt động của enzyme PG tại thời
điểm khi khi quả chín bình thường và thời điểm bắt đầu quá trình già hóa (Herner
and Sink, 1973; Buescher and Tig- chelaar, 1975) và chúng biểu hiện một sự bất
thường về suy giảm diệp lục và tổng hợp carotenoid (Sink et al., 1974). Quả thiếu
hương vị so với cà chua bình thường và có thể lưu trữ được trong một thời gian rất
dài. Gen này nằm trên nhiễm sắc thể số 5 và liên kết chặt với gen macrocalyx (mc)
(Tigchelaar, 1978).
Đột biến không chín nor được xác định trong giống "Italian Winter” được
giới thiệu bởi tác giả E. A. Kerr làm việc tại Viện Nghiên cứu Làm vườn Ontario.
Tác động của đột biến nor đến sự chín tương tự như đột biến rin nhưng làm cho
màu sắc quả cuối cùng là màu cam nhạt (Tigchelaar et al., 1973.). Alen này liên kết

chặt (khoảng 3,5 đơn vị bản đồ) với gen u (uniform ripening) quy định tính chín
đồng nhất quả (chín rộ) trên nhiễm sắc thể 10 (Tigchelaar and Barman, 1978). Đột
biến nor
2
được xác định trong giống Da Serbo và đột biến nor
3
trong giống Tondo
Liscio di Pescara. Các giống này được trồng trong vườn nhà ở Ý do có thời hạn sử
dụng rất dài và được tiêu dùng trong những tháng mùa đông; chúng được xác định
là các alen trên cùng locus với nor (Soressi, 1975). Tigchelaar và Rios (1989) đã
đưa ra giả thuyết có nhiều hơn hai alen tại locus nor và/hoặc có sự tồn tại của các
gen đột biến có thể thay đổi mức độ biểu hiện của gen nor.
Giống cà chua Alcobaca của Bồ Đào Nha sở hữu gen chín chậm alc đã được
mô tả là giống cà chua có thời gian bảo quản quả kéo dài (Almeida, 1961) và có
dạng lá khoai tây (Lu et al., 1995). Đột biến “hô hấp bán bột phát” này tạo ra hiệu
ứng chín đặc trưng bởi sự suy giảm hoạt động hô hấp và giảm sản sinh ethylene,
làm chậm sự mềm hóa của quả, làm cho hoạt động của enzyme PG ở mức thấp và
kéo dài thời hạn sử dụng quả (Mutschler, 1984b; Kopeliovitch et al., 1980) thấy
rằng màu sắc cuối cùng của quả đột biến alc khi thu hái ở giai đoạn chín xanh, giai
đoạn bắt đầu chín (<10% diện tích quả chuyển màu) và hai tuần sau giai đoạn bắt
đầu chín lần lượt là màu vàng, màu cam và màu đỏ sáng. Không giống như quả của
đột biến rin và nor, quả alc vừa cho thời hạn sử dụng dài đồng thời khi để chín trên
Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp
Page 16

cây thì có hương vị thích hợp và màu sắc quả chấp nhận được. Kopeliovitch et al.
(1979, 1980) báo cáo rằng alen alc không không cùng locus với alen nor và alc ảnh
hưởng đến quá trình chín theo kiểu tính trạng số lượng chứ không phải tính trạng
chất lượng. Mutschler (1984 a) cũng đề nghị alc không có quan hệ alen với nor và
gen alc nằm ở gần cuối nhánh ngắn của nhiễm sắc thể 10, khoảng 17 đơn vị bản đồ

từ locus nor và 20 đơn vị bản đồ từ gen u. Ngược lại, Lobo et al. (1982, 1984) mô tả
alc như một alen trong locus nor mà họ gán cho ký hiệu là nor
A
, và họ đã chứng
minh alc là trội một phần so với alen nor.
1.2.2. Các đặc tính của cây đồng và dị hợp tử tại locus rin, nor và alc
Thời điểm chín
Các đột biến rin, nor và alc đồng hợp tử cần tương đối nhiều thời gian hơn
để phát triển từ từ ngày nở hoa đến giai đoạn chín hoàn toàn so với kiểu gen bình
thường (Dhatt, 2001; Garg, 2006). Thời gian phát triển từ giai đoạn nở hoa đến giai
đoạn chín xanh là như nhau đối với cả dạng đột biến đồng hợp tử và dạng bình
thường, nhưng thời gian từ chín xanh đến giai đoạn chín hoàn toàn ở các đột biến
đồng hợp tử được kéo dài hơn (Simpson et al., 1976; Mutschler, 1984 b). Tuy
nhiên, Kopeliovitch et al. (1980) và Dhatt (2001) đã quan sát thấy thời gian phát
triển từ giai đoạn nở hoa đến chín xanh của các đột biến đồng hợp tử cũng dài hơn
so với các đối chứng bình thường.
Nghiên cứu cho thấy thời gian để quả cà chua phát triển từ giai đoạn bắt đầu
chín (<10% bề mặt quả chuyển màu) đến giai đoạn chín đỏ (>90% bề mặt quả
chuyển màu) ở các quả lai F1 có gen rin dị hợp là 7 ngày, gen nor dị hợp là 10
ngày, so với 5 ngày ở quả giống Flora-Dade chín bình thường (McGlasson et al.,
1983; Nguyen et al., 1991). Một nghiên cứu khác cho thấy thời gian từ chín xanh
đến chín đỏ là 10 ngày trong tổ hợp lai UC82B x alc Rutger (ALC/alc), 11 ngày
trong UC82B x rin Rutger (RIN/rin) và 12 ngày trong UC82B x nor Rutger
(NOR/nor), so với bốn ngày trong giống bình thường Rutger, và năm ngày ở giống
bình thường UC82B (Dhatt, 2001). Quả của các giống lai F1 dị hợp tử về alen rin,
nor và alc cần 44,0 - 54,4 ngày để phát triển từ nở hoa đến giai đoạn chín hoàn toàn,