ứng dụng chỉ thị phân tử adn trong chọn tạo bố mẹ lúa lai ba dòng

BỘ GIÁO DỤC VÀ ðÀO TẠO
TRƯỜNG ðẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
---------

---------

NGUYỄN THỊ VIỆT THUỲ

ỨNG DỤNG CHỈ THỊ PHÂN TỬ ADN TRONG
CHỌN TẠO BỐ MẸ LÚA LAI BA DÒNG

LUẬN VĂN THẠC SĨ NÔNG NGHIỆP

Chuyên ngành:
Mã số:

TRỒNG TRỌT
60 62 01

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

HÀ NỘI - 2009


LỜI CAM ðOAN
Tôi xin cam ñoan luận văn này là công trình nghiên cứu của riêng tôi.
Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng ñược ai
công bố trong bất kì công trình nghiên cứu nào khác.
Tôi xin cam ñoan rằng các thông tin trích dẫn trong luận văn ñều ñã
ñược chỉ rõ nguồn gốc.
Tác giả luận văn

Nguyễn Thị Việt Thùy

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ khoa học Nông nghiệp ………………………i


LỜI CẢM ƠN
ðể hoàn thành tốt luận văn thạc sĩ này, tôi nhận ñược sự giúp ñỡ tận
tình của các thầy cô giáo, gia ñình và bạn bè .
Trước hết tôi xin chân thành cảm ơn thầy giáo, PGS.TS. Phan Hữu
Tôn, ñã tận tình giúp ñỡ, hướng dẫn tôi trong suốt quá trình thực tập và
quá trình hoàn thành luận văn này.
Tôi cũng xin chân thành cảm ơn toàn thể các thầy, cô trong bộ môn
công nghệ sinh học ứng dụng- khoa công nghệ sinh học - trường ðại Học
Nông Nghiệp Hà Nội ñã giúp ñỡ và tạo ñiều kiện thuận lợi cho tôi hoàn
thành ñề tài nghiên cứu này
Cuối cùng tôi xin chân thành cảm ơn gia ñình và bạn bè ñã ñộng
viên, cổ vũ, giúp ñỡ tôi về tinh thần cũng như kiến thức trong thời gian
thực hiện ñề tài.
Tác giả luận văn

Nguyễn Thị Việt Thùy

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ khoa học Nông nghiệp ………………………ii


MỤC LỤC
Lời cam ñoan

i

Lời cảm ơn

ii

Mục lục

iii

Danh mục các chữ viết tắt

vi

Danh mục các bảng

vii

Danh mục các hình

viii

PHẦN I. ðẶT VẤN ðỀ

1

1. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ðỀ TÀI

1

2. MỤC ðÍCH VÀ YÊU CẦU

3

2.1. Mục ñích:

3

2.2. Yêu cầu:

3

3. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN

4

3.1. Ý nghĩa khoa học

4

3.2. Ý nghĩa thực tiễn

4

PHẦN II. TỔNG QUAN TÀI LIỆU NGHIÊN CỨU

5

1. HIỆN TƯỢNG ƯU THẾ LAI

5

1.1. Khái niệm

5

1.2. Cơ sở di truyền.

5

1.3. Biểu hiện ưu thế lai ở lúa và mục tiêu chọn giống lúa lai

6

2. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VÀ SẢN XUẤT LÚA LAI BA DÒNG

8

2.1. Trên thế giới

8

2.2. Việt Nam.

11

3. HỆ THỐNG SẢN XUẤT LÚA LAI BA DÒNG

13

3.1. Khái niệm.

13

3.2. Hiện tượng bất dục ñực tế bào chất

14

3.3. Dòng bất dục ñực tế bào chất

17

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ khoa học Nông nghiệp ………………………iii


3.4. Dòng duy trì bất dục ñực tế bào chất.

22

3.5. Dòng phục hồi hữu dục

22

4. CÁC PHƯƠNG PHÁP CHỌN TẠO BỐ MẸ LÚA LAI “BA DÒNG” 27

4.1. Chọn tạo dòng CMS

27

4.2. Chọn tạo dòng duy trì bất dục ñực tế bào chất

29

4.3. Chọn tạo dòng phục hồi hữu dục

30

5. ỨNG DỤNG CHỈ THỊ ADN CHỌN TẠO BỐ MẸ LÚA LAI 3 DÒNG 33

5.1. Chỉ thị ADN.

33

5.2. Nghiên cứu, ứng dụng chỉ thị ADN trong chọn tạo bố mẹ lúa lai “ba
dòng” có năng suất khá và kháng bệnh bạc lá

35

PHẦN III. NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

44

1. VẬT LIỆU, THỜI GIAN VÀ ðỊA ðIỂM NGHIÊN CỨU

44

2. PHƯƠNG PHÁP VÀ NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

44

3. PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ SỐ LIỆU

51

PHẦN IV. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN

52

1. LAI THỬ GIỮA CÁC DÒNG CMS VỚI CÁC GIỐNG ðỊA PHƯƠNG VÀ
DÒNG CẢI TIẾN

52

2. ðÁNH GIÁ TỔ HỢP LAI F1

53

2.1. Các tổ hợp bất dục

54

2.2. Các tổ hợp hữu dục

57

3. XÁC ðỊNH KHẢ NĂNG CHỨA GEN BẤT DỤC ðỰC TBC, GEN DUY TRÌ
BẤT DỤC VÀ PHỤ HỒI HỮU DỤC TRONG CÁC DÒNG BỐ

60

3.1. Kết quả kiểm tra khả năng chứa gen quy ñịnh cms-WA

61

3.2. Kết quả kiểm tra khả năng chứa gen duy trì bất dục ñực

63

3.3. Kết quả kiểm tra khả năng chứa gen phục hồi

65

4. CÁC DÒNG (CHỨA GEN) DUY TRÌ

67

4.1. Một số ñặc ñiểm NSH chính

68

4.2. Năng suất và các yếu tố cấu thành năng suất

72

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ khoa học Nông nghiệp ………………………iv


5. CÁC DÒNG CHỨA GEN PHỤC HỒI

76

5.1. Một số ñặc ñiểm NSH chính

76

5.2. Năng suất và các yếu tố cấu thành năng suất

80

6. CÁC TỔ HỢP LAI HỮU DỤC CÓ DÒNG BỐ CHỨA GEN PHỤC HỒI

81

6.1 Một số ñặc ñiểm nông sinh học chính

81

6.2. Năng suất và các yếu tố cấu thành năng suất

83

6.3. Ưu thế lai của con lai F1 so với dòng bố tương ứng

87

7. XÁC ðỊNH KHẢ NĂNG CHỨA GEN KHÁNG BỆNH BẠC LÁ Ở CÁC
DÒNG BỐ CHỨA GEN CMS, DUY TRÌ VÀ PHỤC HỒI

89

8. MỘT SỐ DÒNG CHỨA GEN DUY TRÌ, PHỤC HỒI VÀ TỔ HỢP LAI TRIỂN

VỌNG

93

PHẦN V. KẾT LUẬN VÀ ðỀ NGHỊ

96

1. KẾT LUẬN

96

2. ðỀ NGHỊ

97

Tài liệu tham khảo

98

Phụ lục 1

104

Phụ lục 2

106

Phụ lục 3

107

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ khoa học Nông nghiệp ………………………v


DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU
TT

Ký hiệu

Chữ viết tắt

1
2
3
4
5

ADN
BD
Cms-BT
Cms- GAM
Cms- HL

6

Cms- WA

7
8

9
10

CHDCND
CMS
Dòng A
Dòng B

Acid deoxyribonucleic
Bất dục
Bất dục ñực TBC dạng Bao Tai
Bất dục ñực TBC dạng Gambia
Bất dục ñực TBC dạng Hong Lain
(Hồng Liên)
Bất dục ñực TBC dạng dại (Wild
Abortion)
Công hòa dân chủ nhân dân
Cytoplasmic Male Sterility
Dòng bất dục ñực tế bào chất (S-rfrf)
Dòng duy trì bất dục (N-rfrf)

11
12

Dòng R
HD

Dòng phục hồi hữu dục ((S)N-RfRf)
Hữu dục

13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25

IRRI
MAS
N

International Reseach Rice Institute
Maker- Assisted Selection
Normal

NS
NSH

Năng suất
Nông sinh học

NST
NSTN

ORFs
PCR
PPR
Rf
S
TBC

Nhiễm sắc thể
Năng suất tiềm năng (tạ/ha)
Open Reading Flames
Polymerase Chain Reaction
Pentatricopeptid Repeat
Restoration fertility
Sterility
Tế bào chất

26

ƯTL

Ưu thế lai

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ khoa học Nông nghiệp ………………………vi


DANH MỤC CÁC BẢNG
Số bảng

Tên bảng

Trang

2.1.

Hiện trạng sản xuất lúa lai thương phẩm ở Việt Nam

12

2.2.

Một số dạng tế bào chất bất dục ñực ở lúa

22

2.3.

Một số gen phục hồi hữu dục hạt phấn ñã công bố

26

2.4.

Các dòng cms nhập nội vào Việt Nam và ứng dụng

28

2.5.

Dòng R ñược tạo ra bằng phương pháp gây ñột biến ở TQ

32

4.1a.

Các tổ hợp lai bất dục trong vụ mùa 2008

54

4.1b.

Các tổ hợp lai bất dục trong vụ xuân 2009

56

4.2a.

Các tổ hợp lai hữu dục trong vụ mùa 2008

57

4.2b.

Các tổ hợp lai hữu dục trong vụ xuân 2009

59

4.3.

Kết quả kiểm tra khả năng chứa gen quy ñịnh cms- WA

62

4.4.

Một số ñặc ñiểm NSH chính của các dòng chứa gen duy trì

71

4.5.

Năng suất và các yếu tố cấu thành năng suất của các dòng
chứa gen duy trì bất dục

73

4.6.

Một số ñặc ñiểm NSH chính của các dòng chứa gen phục hồi

77

4.7.

Năng suất và các yếu tố cấu thành năng suất của các dòng
chứa gen phục hồi

79

4.8.

Một số ñặc ñiểm NSH chính của các tổ hợp lai F1 hữu dục

82

4.9.

Năng suất và các yếu tố cấu thành năng suất của các tổ hợp
lai F1 hữu dục

83

4.10.

ƯTL về 1 số chỉ tiêu của con lai F1 so với dòng bố tương ứng

88

4.11.

Các dòng, giống chứa gen Xa4, Xa7

90

4.12a.

Các dòng chứa gen duy trì có triển vọng

93

4.12b.

Các dòng chứa gen phục hồi có triển vọng

94

4.12c.

Các tổ hợp lai F1 có triển vọng

95

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ khoa học Nông nghiệp ………………………vii


DANH MỤC CÁC HÌNH
Số hình

Tên hình

Trang

2.1

ðiện di sản phẩm PCR của dòng cms, con lai và dòng duy trì
tương ứng, sử dụng mồi cms

37

2.2

ðiện di sản phẩm PCR của dòng cms, con lai và dòng duy trì
tương ứng, sử dụng mồi drrcms

38

2.3

Sử dụng RG140/PruII ñối với dòng cms, duy trì và phục hồi

39

2.4

Ănh ñiện di sử dụng mồi cms và mồi RG136 ñối với các dòng
cms và duy trì tương ứng

40

2.5

Vị trí của các chỉ thị phân tử liên kết với locus Rf4 và Rf6(t) ở NST10

41

4.1

Hạt phấn bất dục và hữu dục soi dưới kính hiển vi

53

4.2

Hính ảnh bông lúa ñược bao cách li

55

4.3

Ảnh ñiện di kiểm tra ñộ tinh sạch của ADN tổng số

60

4.4

Ảnh ñiện di sản phẩm PCR sử dụng cặp mồi pcms

61

4.5

Ảnh ñiện di sản phẩm PCR sử dụng cặp mồi RG136

64

4.6

Ảnh ñiện di sản phẩm PCR sử dụng cặp mồi RM171

66

4.7a

ðồ thị so sánh NSTN của các dòng chứa gen DT trong vụ xuân 2009

74

4.7b

ðồ thị so sánh NSTN của các dòng chứa gen duy trì trong vụ mùa
2008

74

4.8

ðồ thị so sánh NSTN của các dòng T26,T14(6), 304, 300, T13 và
T48 trong vụ xuân và vụ mùa

75

4.9

ðồ thị so sánh NSTN của các dòng chứa gen phục hồi

80

4.10

ðồ thị so sánh NSTN của các tổ hợp lai F1 hữu dục có dòng bố
chứa gen phục hồi hữu dục Rf4

84

4.11

ðồ thị so sánh NSTN của các THL của dòng mẹ BoA, IIA và II32A

85

4.12

ðồ thị so sánh NSTN của một số tổ hợp lai giữa dòng mẹ cms và
1 số dòng ñẳng gen chứa gen kháng bệnh bạc lá tốt

86

4.13

Ảnh ñiện di sản phẩm PCR sử dụng chỉ thị P3 xác ñịnh các dòng,
giống chứa gen Xa7

92

4.14

Ảnh ñiện di sản phẩm PCR sử dụng chỉ thị Npb181 xác ñịnh các
dòng, giống chứa gen Xa4

92

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ khoa học Nông nghiệp ………………………viii


PHẦN I

ðẶT VẤN ðỀ
1. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ðỀ TÀI

Lúa lai (Hybrid rice) ñã ñược nghiên cứu và sản xuất thành công ở
Trung Quốc từ những năm 1964 -1975. Kể từ ñó, diện tích trồng lúa lai ngày
càng ñược mở rộng và phát triển ở nhiều nước trên thế giới. Theo ñánh giá
của các nhà khoa học, năng suất lúa lai tăng từ 20 - 30% so với lúa thuần.
Việc sử dụng các giống lúa lai ñã làm tăng năng suất lúa, dẫn tới tăng lợi
nhuận cho người nông dân. Vì vậy, lúa lai ñã ñóng góp một phần ñáng kể
trong việc hướng tới mục tiêu ñảm bảo an ninh lương thực trên toàn thế giới.
Có 2 hệ thống sản xuất lúa lai chủ yếu ñó là: lúa lai hệ “2 dòng” - ứng
dụng hiện tượng bất dục ñực di truyền nhân- và lúa lai hệ “3 dòng” - ứng
dụng hiện tượng bất dục ñực tế bà chất và nhân. Do tính bất dục ñực ít bị ảnh
hưởng của ñiều kiện môi trường nên lúa lai ba dòng ñược sử dụng phổ biến
hơn và chiếm diện tích chủ yếu trong cơ cấu lúa lai ở các quốc gia trồng lúa
trên thế giới cũng như ở Việt Nam. ðể phát triển lúa lai ba dòng ñòi hỏi phải
có nguồn vật liệu bố mẹ phong phú, bao gồm dòng bất dục ñực, dòng duy trì
bất dục và dòng phục hồi hữu dục.
Hiện tượng bất dục ñực tế bào chất - nhân (ñược gọi tắt là CMS) ñược
gây ra do tương tác giữa các gen bất dục ñực trong tế bào chất (cms) và gen
duy trì bất dục trong nhân (rfrf) nên không thể tạo ra các hạt phấn có chức
năng. Hiện nay, các nhà khoa học trên thế giới ñã xác ñịnh ñược nhiều dạng
bất dục ñực tế bào chất, trong ñó bất dục ñực dạng dại “WA” (Wild Abortion)
ñược sử dụng rộng rãi nhất trong các chương trình sản xuất lúa lai ở Trung
Quốc. Mỗi dạng tế bào chất bất dục lại có gen duy trì bất dục (rf) và gen phục

hồi hữu dục (Rf) tương ứng. ðể sản xuất ñược lúa lai 3 dòng cần phải xác

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ khoa học Nông nghiệp ………………………1


ñịnh ñược dòng chứa gen duy trì bất dục và dòng chứa gen phục hồi hữu dục
trong nhân. Từ ñó, có thể sử dụng các dòng này làm dòng duy trì và dòng
phục hồi ñể tạo tổ hợp lúa lai ba dòng có ƯTL cao; hoặc sử dụng ñể tạo dòng
CMS, duy trì và phục hồi mới, có ñặc ñiểm tốt hơn. Việc chọn tạo dòng bố,
mẹ lúa lai ba dòng rất quan trọng, sẽ tạo tiền ñề cho công tác chọn tạo giống
lúa lai cho ƯTL cao.
Tuy nhiên, một vấn ñề ñặt ra cho lúa lai ba dòng trên thế giới cũng như
ở Việt Nam ñó là thường bị các loài sâu, bệnh gây hại nặng, ñặc biệt là bệnh
bạc lá. Hơn nữa, các giống lúa lai ñang ñược trồng chủ yếu ở nước ta là các
giống lúa lai nhập nội từ Trung Quốc, thường bị nhiễm bệnh bạc lá rất nặng,
có thể gây giảm năng suất lúa từ 30 -60%. Vì vậy, cần phải chọn tạo ñược
giống lúa lai 3 dòng có khả năng kháng bệnh bạc lá. Muốn vậy, chúng ta cần
phải chọn ñược các dòng bố, mẹ (dòng A, B và R) có chứa gen kháng các
chủng vi khuẩn gây bệnh bạc lá chính ở nước ta.
Cho ñến nay, ñã có nhiều phương pháp truyền thống ñược ứng dụng
trong chọn tạo bố mẹ cho hệ thống sản xuất lúa lai 3 dòng như lai thử, lai xa,
gây ñột biến... Tuy nhiên, phương pháp này có nhược ñiểm là mất nhiều thời
gian và công sức. Việc kết hợp giữa phương pháp chọn lọc truyền thống và
chọn lọc dựa vào chỉ thị phân tử giúp chọn ñược dòng bố mẹ lúa lai 3 dòng
tốt, kháng bệnh bạc lá nhanh chóng và chính xác ở bất kỳ giai ñoạn nào.
Hiện nay, các nhà khoa học ñã ñịnh vị ñược nhiều gen quy ñịnh TBC
bất dục ñực, duy trì bất dục, phục hồi hữu dục và kháng bệnh bạc lá cũng như
các chỉ thị phân tử liên kết với các gen này. Chọn tạo bố mẹ lúa lai ba dòng
bằng chỉ thị phân tử (Marker-assisted Selection - MAS) có thể chọn lọc chính
xác các cá thể mong muốn ở bất kỳ giai ñoạn sinh trưởng nào và không phụ

thuộc ñiều kiện môi trường. Vì vậy, sẽ rút ngắn thời gian chọn tạo bố mẹ lúa

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ khoa học Nông nghiệp ………………………2


lai 3 dòng, nhanh chóng chọn tạo ñược các tổ hợp lúa lai 3 dòng cho năng
suất và có khả năng kháng bệnh bạc lá.
Vì những lý do trên, ñược sự phân công của Bộ môn Công nghệ sinh
học ứng dụng - Khoa Công nghệ sinh học - Trường ñại học nông nghiệp Hà
Nội, sự giúp ñỡ và hướng dẫn của PGS.TS. Phan Hữu Tôn chúng tôi tiến
hành nghiên cứu ñề tài:
“Ứng dụng chỉ thị phân tử ADN trong chọn tạo bố mẹ lúa lai 3 dòng”
2. MỤC ðÍCH VÀ YÊU CẦU

2.1. Mục ñích:
Sử dụng các Chỉ thị phân tử ADN xác ñịnh khả năng chứa gen quy
ñịnh tế bào chất bất dục (cms), gen duy trì bất dục (rf), gen phục hồi hữu dục
(Rf) cho dạng cms-WA và gen kháng bệnh bạc lá hữu hiệu trong các giống lúa
ñịa phương và dòng cải tiến. Từ ñó, sử dụng các dòng, giống này làm vật liệu
khởi ñầu trong công tác chọn tạo giống lúa lai 3 dòng cho năng suất cao và có
khả năng kháng bệnh bạc lá tốt.
2.2. Yêu cầu:
+ Tạo các tổ hợp lai thử giữa các dòng cms- WA với các giống ñịa
phương và các dòng cải tiến.
+ ðánh giá tỷ lệ hạt phấn bất dục/ hữu dục (BD/HD) ở con lai F1 và tỷ
lệ kết hạt (hạt chắc) khi cho cây F1 tự thụ phấn bắt buộc, xác ñịnh các tổ hợp
lai hữu dục và bất dục. Từ ñó, dự ñoán khả năng chứa gen duy trì hay phục
hồi của các dòng bố tương ứng.
+ Xác ñịnh khả năng chứa gen quy ñịnh tế bào chất bất dục (cms), gen
duy trì bất dục (rf3) và gen phục hồi hữu dục (Rf4) của các dòng, giống ñược

sử dụng làm bố trong các tổ hợp lai bất dục và hữu dục bằng phương pháp
PCR (Polymerase Chain Reaction), sử dụng các chỉ thị phân tử liên kết chặt
với các gen này.
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ khoa học Nông nghiệp ………………………3


+ Theo dõi một số ñặc ñiểm nông sinh học và các yếu tố cấu thành
năng suất của các dòng bố duy trì, phục hồi cho dạng cms- WA và con lai F1;
ñánh giá ưu thế lai của con lai F1 so với dòng bố. Từ ñó, xác ñịnh dòng duy
trì, dòng phục hồi tốt và các tổ hợp lai có khả năng ñưa ra sản xuất ñại trà.
+ Dùng chỉ thị phân tử ADN xác ñịnh khả năng chứa gen kháng bệnh
bạc lá (Xa4 và Xa7) trong các dòng có chứa gen duy trì và phục hồi nhằm tạo
giống lúa lai ba dòng có khả năng kháng bệnh bạc lá.
+ Lai lại (Backcross) cây F1 bất dục với dòng bố chứa gen duy trì
nhằm tạo dòng CMS mới có ñặc tính tốt hơn;
3. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN

3.1. Ý nghĩa khoa học
ðề tài ñã ứng dụng chỉ thị phân tử ADN ñể nghiên cứu khả năng chứa
gen quy ñịnh tế bào chất bất dục ñực, gen duy trì bất dục, gen phục hồi hữu
dục và gen kháng bệnh bạc lá trong các dòng cải tiến và giống ñịa phương.
Kết quả thu ñược sẽ làm cơ sở cho việc hoàn thiện quy trình chọn giống phân
tử trong chọn tạo bố mẹ lúa lai ba dòng có năng suất cao, kháng bệnh bạc lá.
3.2. Ý nghĩa thực tiễn
- Kết quả của ñề tài sẽ cung cấp các thông tin liên quan ñến các gen quy
ñịnh TBC bất dục ñực, duy trì bất dục, phục hồi hữu dục và gen kháng bệnh
bạc lá hữu hiệu cho các nhà chọn giống lúa lai ba dòng.
- Chọn lọc ñược một số dòng duy trì, dòng phục hồi và tổ hợp lai 3
dòng tốt phục vụ cho sản xuất.

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ khoa học Nông nghiệp ………………………4


PHẦN II

TỔNG QUAN TÀI LIỆU NGHIÊN CỨU
1. HIỆN TƯỢNG ƯU THẾ LAI
Hiện tượng ưu thế lai (ƯTL) ñã ñược các nhà khoa học phát hiện khá
sớm trên nhiều ñối tượng cây trồng và vật nuôi. Người ta ñã sử dụng hiện
tượng ưu thế lai ñể tạo các giống cây trồng, vật nuôi có ñặc ñiểm tốt mong
muốn…. Việc sử dụng ưu thế lai ñã ñem lại lợi ích khá to lớn cho ngành trồng
trọt cũng như chăn nuôi [16]. Vậy hiện tượng ưu thế lai là gì?
1.1. Khái niệm
Ưu thế lai (Heterosis) là hiện tượng con lai có sức sống mạnh hơn bố
mẹ hoặc cả cơ thể cây lai, hoặc từng cơ quan, bộ phận của cây lai sinh trưởng,
phát triển nhanh, mạnh hơn, có tính chống chịu cao hơn và phẩm chất tốt hơn
bố mẹ [1]. Nói cách khác, ƯTL là hiện tượng con lai hơn hẳn bố mẹ về một
hoặc một số tính trạng nào ñó [4]. Cho ñến nay, trong lĩnh vực chọn tạo giống
cây trồng, ƯTL ñược khai thác rất thành công trong việc cải tiến năng suất
cây trồng [1].
1.2. Cơ sở di truyền
Hiện tượng ƯTL ñã ñược phát hiện và công nhận từ rất lâu. Tuy nhiên,
hiện nay vẫn chưa có cơ sở lý thuyết thống nhất và trọn vẹn ñể giải thích hiện
tượng này. Có nhiều giả thuyết cùng tồn tại, mỗi giả thuyết chỉ giới hạn bởi
một kết quả thực nghiệm nhất ñịnh [4].
* Giả thuyết tính trội (Dominance hypothesis)
Thuyết này ñược ñề xuất bởi Davenport (1908), Bruce (1910),
KeeIRBLe và Pellew (1910). Theo giả thuyết tính trội, hiện tượng ƯTL là kết
quả tác ñộng và tương tác của các alen trội có lợi [4]. Ngoài tác dụng ức chế
của các alen trội với các alen lặn cùng locus, ƯTL còn liên quan ñến hiệu quả

tương tác cộng gộp của các alen trội khác locus ñối với tính trạng chịu sự
kiểm tra của hai hoặc nhiều gen trội khác nhau [1].
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ khoa học Nông nghiệp ………………………5


* Giả thuyết siêu trội (Overdominance hypothesis)
Giả thuyết siêu trội ñược ñề xuất vào năm 1908 bởi Shull và East. Theo
ñó, nhiều tính trạng có lợi do gen trội kiểm soát, còn gen lặn tương ứng thì có
tác dụng ngược lại. ƯTL là do tính dị hợp tử của một cặp alen ở một vị trí gây
nên và vượt xa so với bất kỳ dạng ñồng hợp tử nào. Hay nói cách khác ƯTL là
kết quả của sự tác ñộng qua lại giữa các alen khác nhau của cùng một locus [4].
* Giả thuyết cân bằng di truyền
Thuyết cân bằng di truyền cho rằng, mỗi cơ thể sinh vật tồn tại ñược
trong tự nhiên là do bản thân chúng ñã hình thành một kiểu hình phù hợp với
ñiều kiện sống hay một cân bằng di truyền. Khi lai các cá thể khác nhau sẽ tạo
nên cá thể mới có cân bằng di truyền mới, khác hẳn với cân bằng di truyền
của bố mẹ. Nếu cân bằng di truyền này có khả năng thích ứng cao hơn cân
bằng di truyền của từng dòng bố mẹ riêng biệt thì con lai chắc chắn sẽ có
ƯTL cao, xuất hiện những tính trạng mới tốt hơn bố mẹ. Ngược lại, nếu cân
bằng di truyền mới không phù hợp thì con lai sẽ có biểu hiện suy giảm ở một
số tính trạng hoặc suy giảm toàn diện. Theo ñó, sự thể hiện của mỗi tính trạng
là do ảnh hưởng mang tính ñặc trưng nhất của nhiều nhân tố di truyền, trong
ñó có một số nhân tố có tác dụng kích thích tăng cường sự thích ứng của con
lai, một số nhân tố khác lại gây ảnh hưởng kìm hãm. Sự biểu hiện tác ñộng
của nhân tố di truyền chính là hiệu quả biểu hiện kiển hình của con lai [9].
Ngoài các giả thuyết trên, còn có các giả thuyết khác ñược sử dụng ñể
giải thích hiện tượng ƯTL như: Thuyết dị hợp tử về cấu trúc, thuyết ñồng tế
bào chất. Tuy nhiên, cho ñến nay thuyết tính trội và thuyết siêu trội ñược sử
dụng ñể giải thích hiện tượng ƯTL nhiều hơn cả.
1.3. Biểu hiện ưu thế lai ở lúa và mục tiêu chọn giống lúa lai

Cũng như bất kỳ loài cây trồng nào, hiện tượng ưu thế lai ở cây lúa
ñược biểu hiện ngay từ khi hạt mới nảy mầm cho ñến khi hoàn thành quá

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ khoa học Nông nghiệp ………………………6


trình sinh trưởng, phát triển. Hiện tượng ƯTL ñược biểu hiện rất rõ ràng ở các
cơ quan sinh trưởng (Rễ, thân, lá, khả năng ñẻ nhánh…) cũng như các cơ
quan sinh sản (bông, hạt) và khả năng thích ứng với ñiều kiện bất thuận (lạnh,
hạn, mặn…) [16].
Hiện nay, các chương trình chọn tạo giống lúa lai ñều tập trung vào
mục tiêu chọn giống có năng suất cao, chất lượng tốt, khả năng thích ứng
rộng, chống/ chịu sâu bệnh, ñiều kiện bất thuận và có thời gian sinh trưởng
phù hợp với cơ cấu luân canh của từng vùng, từng ñịa phương [9].
* Chọn giống có ưu thế lai cao về năng suất
Năng suất luôn là mục tiêu hàng ñầu của mọi chương trình chọn giống.
Một giống mới ñược mở rộng nhanh hay chậm, tồn tại trong sản xuất lâu hay
không là do năng suất của giống ñó quyết ñịnh. ðể năng suất lúa lai ngày
càng cao thì cần ñảm bảo tính ña dạng di truyền giữa các dòng vật liệu làm bố
mẹ, cần chọn các dòng bố mẹ thuộc loài phụ khác nhau [9].
Năng suất là một tính trạng tổng hợp, ñược cấu thành bởi nhiều tính
trạng có liên quan như: Số bông hữu hiệu/ khóm, số hạt chắc/ bông và trọng
lượng 1000 hạt. ðể ñạt mục tiêu không ngừng nâng cao năng suất các nhà
chọn giống ñã thiết lập mối tương quan giữa các tính trạng số lượng, ñặc ñiểm
hình thái với năng suất và phân chia thành các yếu tố chính, yếu tố phụ.
Việc cải tiến các tính trạng hình thái sẽ tạo ra bộ khung vững chắc, hợp
lý ñể mỗi cá thể có thể cho năng suất tối ưu nhất. Căn cứ vào mục tiêu này,
các nhà khoa học thuộc IRRI ñã phác hoạ ra một mô hình cây lúa lý tưởng,
cho năng suất cao và tìm hiểu bản chất di truyền của từng tính trạng và mối
tương quan giữa chúng [9].

Yuan L.P. ñưa ra kiểu hình cây lúa lý tưởng có sự hài hoà giữa “nguồn”
và “sức chứa” nhằm tạo ra giống mới dễ dàng ñưa vào sản xuất. Trong ñó,

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ khoa học Nông nghiệp ………………………7


“Nguồn” là diện tích lá, là thành phần rất quan trọng góp phần tạo nên giống
có năng suất cao. Ông ñề xuất mô hình kiểu cây lý tưởng như sau:
- Chiều cao cây từ 95 - 100cm.
- Chiều dài lá ñòng: 50cm, cao hơn tán bông khoảng 20 cm.
- Cây cứng vừa phải, ñẻ nhánh trung bình.
- Khối lượng hạt/ bông trung bình ñạt 5 g.
- Số bông hữu hiệu/ m2 ñạt 270 bông.
- Chỉ số diện tích lá (LAI): 6,5
- Hệ số kinh tế: 0.55
Bên cạnh mục tiêu chọn giống lúa lai có năng suất cao, cải tiến chất
lượng hạt, tăng cường khả năng chống chịu sâu bệnh và ñiều kiện bất thuận
cũng ñang ñược các nhà chọn giống quan tâm.
2. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VÀ SẢN XUẤT LÚA LAI BA DÒNG
2.1. Trên thế giới
Hiện tượng ưu thế lai ở cây lúa và sản xuất lúa lai thương phẩm ñã
ñược các nhà khoa học Ấn ðộ nghiên cứu và ñề xuất lần ñầu tiên từ những
năm 30 của thế kỷ XX. Trong những năm sau ñó, các nhà khoa học Mỹ, Nhật
Bản và Viện nghiên cứu lúa quốc tế (International Rice Research Institute IRRI) cũng có nhiều công trình nghiên cứu về lúa lai. Tuy nhiên, vì chưa có
phương pháp sản xuất hạt lai thuận lợi nên họ chưa thành công.
Năm 1964, Yuan Long Ping và cs ñã phát hiện ra hiện tượng bất dục
ñực tế bào chất từ các cá thể của quần thể lúa dại Oryza f.spontanea mọc ở
ñảo Hải Nam – Trung Quốc [9]. Họ thấy cây lúa dại có hạt phấn thui chột và
cho rằng ñây là dạng vật chất di truyền quan trọng ñể phát triển lúa lai. Sau
ñó, họ ñã thành công trong việc chuyển gen bất dục ñực tế bào chất dạng

hoang dại (WA) vào lúa trồng bằng phương pháp lai lại (Backcross) tạo dòng
bất dục ñực tế bào chất ổn ñịnh. Vào năm 1973, họ ñã sản xuất thành công hạt

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ khoa học Nông nghiệp ………………………8


lai F1 từ ba dòng bố mẹ gồm: Dòng bất dục ñực tế bào chất (dòng A), dòng
duy trì bất dục (dòng B) và dòng phục hồi hữu dục (dòng R). Sau ñó, quy
trình sản xuất lúa lai “3 dòng” ñược hoàn thiện và có rất nhiều tổ hợp lai cho
ƯTL cao ñược tạo ra [16]. Trung quốc trở thành nước ñầu tiên sản xuất lúa lai
thương phẩm trên thế giới. Từ năm 1976, diện tích sản xuất lúa lai thương
phẩm ở Trung Quốc tăng lên rất nhanh. Hiện nay, diện tích lúa lai hàng năm ở
Trung Quốc chiếm khoảng 50% tổng diện tích lúa (tương ñương khoảng 15,5
triệu ha), năng lúa lai trung bình ñạt 6,9 tấn/ ha/vụ so với năng suất lúa
thường là 5,4 tấn/ ha/ vụ, tăng 1,5 tạ/ha. Sản lượng lúa lai ở Trung Quốc
chiếm khoảng 60% tổng sản lượng lúa [21].
Kỹ thuật sản xuất hạt lai ở Trung Quốc ñã phát triển ñến mức ñộ cao.
Năng suất hạt lai F1 tăng mạnh, từ 0,1 ñến 2,5 tấn/ha. Có nhiều dòng có khả
năng nhận phấn tốt ñươc tạo ra từ II32A, ZhiA, You-IIA [8]. Qua hơn 30 năm
nghiên cứu, các nhà khoa học Trung Quốc ñã tạo ra ñược hơn 600 dòng bất
dục ñực tế bào chất và dòng duy trì tương ứng; hơn 200 dòng phục hồi ñược
chọn lọc ñể tạo ra các tổ hợp lai có năng suất cao, chất lượng tốt và ñưa vào
sản xuất ñại trà [14].
Sau khi các nhà chọn giống Trung Quốc nghiên cứu thành công, lúa lai
nói chung và lúa lai ba dòng nói riêng ñã nhanh chóng ñược nghiên cứu và
phát triển rộng rãi ở các nước khác trên thế giới như: Nhật Bản, Ấn ðộ,
Bănglades, Philippin, Inñônêxia, Myanma,... [37].
Ở Nhật Bản, lúa lai ñược Shinjo ñề xuất lần ñầu tiên vào năm 1969.
ðến năm 1975, Shinjo ñã phát triển các dòng cms dạng BT và các dòng phục
hồi tương ứng, có nguồn gốc từ giống Chinsural Boro II, trong chọn tạo và

sản xuất lúa lai ba dòng thuộc loài phụ Japonica. Các nhà khoa học Nhật Bản
cho rằng dòng bất dục ñực này ñược tốt hơn dòng bất dục dạng dại (WA) ñược
sử dụng rộng rãi trong sản xuất lúa lai 3 dòng thuộc loài phụ Indica. Tiếp theo

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ khoa học Nông nghiệp ………………………9


ñó, Takita và Yamaguchi ñã tìm ra các giống chịu lạnh nên ñã làm tăng ñáng
kể năng suất hạt giống, do các giống này có thể tung phấn nhiều hơn so với
các giống mẫn cảm với nhiệt ñộ thấp trước ñây [44].
Hiện nay, do sự tiêu thụ lúa ở Nhật Bản càng ngày càng giảm nên
khoảng 30% diện tích trồng lúa ñược chuyển sang cây trồng khác. Trong
trường hợp này, cần phải ñảm bảo chất lượng và giá trị của lúa gạo thương
phẩm. Do ñó, các nhà chọn giống của Nhật Bản quan tâm tới việc tạo ra các
giống lúa lai có năng suất cao, chất lượng tốt nhằm giảm giá thành gạo trên
thị trường [44].
ðánh giá ñúng tiềm năng của lúa lai trong việc làm tăng năng suất và
sản lượng lương thực, Ấn ðộ bắt ñầu chương trình quốc gia vào năm 1989
nhằm phát triển và mở rộng phạm vi sản xuất lúa lai ñể ñảm bảo việc tự cung
cấp ñủ sản lượng lúa. Sau ñó khoảng 10 năm, 16 giống lúa lai ñã ñược công
bố và ñưa vào sản xuất lúa lai thương phẩm. Diện tích lúa lai ở Ấn ðộ tăng
nhanh trong các vụ sau vì các giống này có năng suất cao và khả năng thích
nghi rộng. Các giống lúa lai này có năng suất cao hơn khoảng 40% so với
giống ñối chứng (Pusa Basmati-1). Hiện nay, hàng năm ở Ấn ðộ ước có
khoảng 200.000 ha lúa lai. Năng suất lúa trung bình ở Ấn ðộ ñã tăng từ 1,5
ñến 2,0 tấn/ha. Sản lượng lúa lai hàng năm ñạt khoảng 4.000 tấn, chiếm 95%
tổng sản lượng lúa của cả nước [33].
Ở Banglades, việc nghiên cứu và phát triển lúa lai bắt ñầu vào năm
1993 bằng việc sử dụng các giống lúa lai và các dòng vật liệu bố mẹ từ Viện
nghiên cứu lúa Quốc tế. Sau một vài năm nghiên cứu, giống lúa lai ñầu tiên

của Banglades ñã ñược công bố, gọi là BRRI Hybrid Dhan-1 và ñược ñưa vào
sản xuất từ năm 2001 [26].
Cùng với xu hướng ñó, sản xuất lúa lai ở các nước nhiệt ñới ñã bước
vào giai ñoạn thương mại hoá từ năm 1994. Một số giống lúa lai mới ñã ñược

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ khoa học Nông nghiệp ………………………10


công bố ở Ấn ðộ, Việt Nam, Philippin, Banglades và Indonexia. Năng suất
của các giống lúa lai ñược công bố cao hơn rất nhiều so với các giống lúa
thuần ở các nước này, ước khoảng 20% - 30%. Hầu hết các giống lúa lai ñược
này có nguồn gốc từ hiện tượng bất dục ñực tế bào chất. Các chương trình sản
xuất lúa lai của các nước này tập trung vào việc phát triển các dòng bất dục
ñực do tương tác giữa tế bào chất và nhân, ñể tạo các giống lúa có năng suất,
chất lượng cao và kháng sâu bệnh. Theo những báo cáo mới nhất, có nhiều
dòng phục hồi ñược tìm thấy từ các giống lúa thuộc loài phụ indica ở các
nước nhiệt ñới. Vào năm 2002, diện tích lúa lai ở các nước này ñạt khoảng
770.000 ha. Những khó khăn chủ yếu trong sản xuất lúa lai thương phẩm ở
các nước nhiệt ñới là sự phân cấp chất lượng hạt giống, mức ñộ kháng sâu
bệnh của lúa lai, khả năng cung ứng giống chưa ñáp ứng nhu cầu, giá giống
còn cao và các chính sách ưu tiên không tương thích [46].
Ngoài ra, lúa lai 3 dòng còn ñược nghiên cứu và phát triển ở nhiều
nước khác trên thế giới như: CHDCND Triều Tiên, Hàn Quốc, Hy lạp….
2.2. Việt Nam
Lúa lai bắt ñầu nghiên cứu ñược nghiên cứu ở Việt Nam vào khoảng
năm 1979 tại Viện Khoa học nông nghiệp Việt Nam. Lúc này, các nghiên cứu
mới ở mức tìm hiểu và nguồn vật liệu phục vụ cho nghiên cứu chủ yếu ñược
nhập nội từ IRRI. ðến năm 1992, chương trình nghiên cứu lúa lai quốc gia
mới ñược ñề xuất. Và vào năm 1994, Trung tâm nghiên cứu và phát triển lúa
lai ñược thành lập [35], [14], [11].

Sau một thời gian ngắn thực hiện, chương trình nghiên cứu lúa lai ở
Việt Nam ñã nghiên cứu và tạo ra khoảng 2000 tổ hợp lai. Bên cạnh ñó, việc
nhập nội và chọn lọc các giống lúa lai có năng suất cao và thích ứng với ñiều
kiện sản xuất ở Việt Nam ñược tăng cường. Hiện nay, chúng ta ñã có một bộ
giống lúa lai 3 dòng khá ña dạng và phong phú: Bác ưu 253, Bác ưu 903,

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ khoa học Nông nghiệp ………………………11


D.ưu 527, Nhị ưu 63, Nhị ưu 838…. [14], [15]. Có nhiều tổ hợp lai có năng
suất khá cao ñã ñược tạo ra như BoA/DT12 cho năng suất từ 7,5 – 10 tấn/ ha,
có khả năng thích ứng rộng và ñã ñược ñưa ra sản xuất thử [8].
Diện tích lúa lai ở Việt Nam tăng lên một cách ñáng kể, từ 100.000 ha
vào năm 1991 lên tới 480.000 ha vào năm 2001 và ñến năm 2004 diện tích lúa
lai ñã ñạt 621.382 ha. Trong ñó, diện tích lúa lai chủ yếu là lúa lai 3 dòng và
tập trung ở các tỉnh phía nam Việt Nam. Nhìn chung, năng suất lúa lai ñạt
khoảng 6,5 tấn/ha cao hơn so với năng suất trung bình hàng năm (4,0 tấn/ha).
Bảng 2.1. Hiện trạng sản xuất lúa lai thương phẩm ở Việt Nam
Năm

1992
1993
1994
1995
1996
1997
1998
1999
2000
2001

2004

Diện tích (ha)

11.094
34.468
60.077
73.503
127.713
187.700
200.000
233.000
340.000
480.000
621.382

Năng suất (tấn/ha)

6,2
6,8
5,8
6,1
5,8
6,4
6,5
6,5
6,5
6,5
6,5

Do diện tích và năng suất lúa lai ở Việt Nam tăng nhanh trong thời gian
ngắn nên Việt Nam ñược coi là nước áp dụng thành công công nghệ sản suất
lúa lai vào sản xuất ñại trà và là nước thứ 2 (sau Trung Quốc) sản xuất thành
công lúa lai trên diện rộng [35], [6].
Mặc dù vậy, có một thực tế ñược ñặt ra và cũng là thách thức cho các
nhà chọn giống ở Việt Nam là: Có tới 80% giống lúa lai ñược sản xuất ở Việt
Nam là giống nhập nội từ Trung Quốc, chưa hoàn toàn thích nghi với ñiều
kiện ngoại cảnh và hạn chế về khả năng kháng bệnh, ñặc biệt là bệnh bạc lá
lúa. Hiện nay, hầu như chưa có tổ hợp lúa lai ba dòng nào hoàn toàn do Việt
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ khoa học Nông nghiệp ………………………12


Nam tạo ra ñược ñưa vào sản xuất ñại trà và ñem lại hiệu quả kinh tế cao.
[35], [15], [17]. ðiều này ñã gây ra hiện tượng không ñáp ứng ñủ lượng giống
cho sản xuất và giá thành của các giống lúa lai cao nhưng chất lượng giống
không ñảm bảo. Vì vậy, ñòi hỏi các nhà chọn giống phải chọn tạo ra nhiều tổ
hợp lai ba dòng nội ñịa có năng suất cao, thích ứng rộng và có khả năng
chống/ chịu sâu bệnh và ñiều kiện ngoại cảnh bất thuận tốt. Muốn vậy, chúng
ta phải chọn tạo ñược nhiều dòng bố, mẹ có ñặc ñiểm tốt, năng suất khá và có
khả năng chống/ chịu ñiều kiện bất thuận tốt.
3. HỆ THỐNG SẢN XUẤT LÚA LAI BA DÒNG

3.1. Khái niệm
Lúa lai hệ “ba dòng” phải sử dụng 3 dòng vật liệu khác nhau ñể sản
xuất hạt lai F1, gồm:
- Dòng bất dục ñực tế bào chất – (Cytoplasmic male sterility - CMS)
ñược ký hiệu là dòng A;
- Dòng duy trì bất dục (Maintainer) - dòng B – ñược sử dụng ñể duy trì
tính bất dục của dòng A qua các thế hệ.
- Dòng phục hồi hữu dục (Fertility restoration) – dòng R – ñược sử

dụng làm dòng bố ñể sản xuất hạt lai F1.
Sự kết hợp giữa tế bào chất bất dục ñực của dòng A và gen phục hồi
của dòng R, sẽ làm phục hồi tính hữu dục của hạt phấn. Hiện tượng này ñược
sử dụng rộng rãi và hiệu quả trong chọn tạo các giống lúa lai ba dòng. Tuy
nhiên, ñể ứng dụng có hiệu quả hiện tượng bất dục ñực tế bào chất trong phát
triển giống lúa lai cần nghiên cứu rõ ràng chức năng phục hồi hữu dục của các
dòng phục hồi. Kiến thức và sự hiểu biết về nguyên nhân, cơ chế của các dạng
bất dục ñực tế bào chất và sự phục hồi tính hữu dục của chúng sẽ giúp cho các
nhà chọn giống cây trồng sử dụng công cụ di truyền này có hiệu quả hơn
trong công tác chọn tạo giống lúa lai 3 dòng.

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ khoa học Nông nghiệp ………………………13


3.2. Hiện tượng bất dục ñực tế bào chất
Bất dục ñực TBC là hiện tượng cây trồng không có khả năng sản xuất
hạt phấn có chức năng do sự có mặt ñồng thời của gen quy ñịnh tính bất dục
trong tế bào chất (S) và cặp gen quy ñịnh tính bất dục trong nhân (rfrf) gây
nên. Các dạng CMS ñược coi là công cụ hữu ích ñể sản xuất hạt lai ở các loài
cây trồng tự thụ phấn (ngô, lúa, bông…).
3.2.1. Nguyên nhân và cơ chế gây CMS và sự phục hồi hữu dục
Ban ñầu các nhà khoa học cho rằng hiện tượng CMS ñược gây ra bởi
những rối loạn hoặc do sự xắp xếp lại của các gen trong ty thể và các gen
trong nhân không có khả năng phục hồi nên không thể tạo ra hạt phấn có chức
năng. Họ cho rằng có một vài dạng vật chất trong tế bào hạt phấn cần thiết
cho sự phát triển hạt phấn bình thường, quyết ñịnh tính hữu dục của hạt phấn
chín. Vật chất này, khi tương tác với hạt phấn mang gen thích hợp sẽ tạo nên
hạt phấn hữu dục. Gen chịu trách nhiệm sản sinh vật chất này hoạt ñộng trong
thành tế bào bao phấn. Ở cây CMS, hạt phấn bất dục ñược tạo ra do vật chất
này không ñược sản xuất ñã gây sự biến ñổi gen ty thể và không có gen trong

nhân chịu trách nhiệm sửa sai [45], [19]. Tuy nhiên, vật chất ñó là gì và gen
chịu trách nhiệm sản sinh ra vật chất này vẫn chưa ñược làm rõ.
Sau ñó, C.K.K. Nair ñã chỉ ra rằng có sự khác nhau rất lớn giữa bao
phấn chứa hạt phấn bất dục và bao phấn chứa hạt phấn hữu dục. Bao phấn
ñược cấu tạo từ một số kiểu mô và tế bào, lớp màng tế bào bên trong bao gồm
những tế bào ñặc biệt, bao quanh các hạt phấn non. Trong quá trình bao phấn
phát triển, sự thoái hoá màng có thể là một dấu hiệu ban ñầu cho thấy sự bất
bình thường dẫn ñến việc ngăn cản nguồn dinh dưỡng nuôi hạt phấn từ bên
ngoài vào. Mặt khác, trong quá trình phát triển của hạt phấn yêu cầu mức ñộ
hoạt ñộng của ty thể cao hơn mức bình thường. Vì vậy, nếu gen của ty thể bị
biến ñổi hoặc sắp xếp lại sẽ gây cản trở cho hoạt ñộng của ty thể trong màng

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ khoa học Nông nghiệp ………………………14


bao phấn. Ông cũng cho rằng hoạt ñộng của ty thể cũng có thể bị ảnh hưởng
bởi một số vật chất ñặc biệt ở bao phấn có bản chất tương tự như một chất ñộc
và tác ñộng trực tiếp ñến các peptid. ðiều này có thể gây nên sự thiếu hụt hô
hấp, ảnh hưởng xấu tới mô và tế bào cũng như sự phát triển hạt phấn [34].
Gần ñây các nhà khoa học ñã phát hiện ra nguyên nhân của hiện tượng
bất dục ñực tế bào chất là do ảnh hưởng của các bộ ba mở ñầu (Open Reading
Flames – ORFs) không bình thường gây rối loạn hoạt ñộng của gen ty thể. Bộ
ba này mã hoá một protein lạ làm ảnh hưởng tới chức năng của ty thể và sự
phát triển của hạt phấn [23]. Tuy nhiên, tính bất dục ñực có thể ñược phục hồi
bởi 1 hoặc nhiều gen phục hồi hữu dục ñược mã hoá trong nhân (Rf). Nói
cách khác, sự bất dục là kết quả của các gen ty thể làm cho tế bào chất hoạt
ñộng không bình thường, sự phục hồi hữu dục do các gen trong nhân ngăn
chặn tế bào chất hoạt ñộng không bình thường [47].
Có nhiều dạng bất dục ñực khác nhau với những ñặc ñiểm di truyền
riêng biệt. Các dạng cms khác nhau ñược gây ra bởi ORFs không bình thường

khác nhau của gen ty thể và sự phục hồi hữu dục tương ứng là do các gen mã
hoá protein Pentatricopeptid Repeat (PPR) trong nhân.
Z. Wang và cs ñã miêu tả cơ sở phân tử của hiện tượng bất dục ñực tế
bào chất và phục hồi hữu dục cho dạng cms-Boro II là: “gen orf79 trên
mARN (là bản sao của gen B-apt6) trong ty thể ñã mã hoá một cytotoxic
peptid chịu trách nhiệm cho hiện tượng cms; và 2 protein PPR ñược mã hoá
bởi locus Rf1 ñã ngăn cản sự sản xuất ra cytotoxic peptid bằng một cơ chế
riêng biệt” [47]. ðây là nguyên nhân gây bất dục kiểu giao tử thể, do nhân tố
bên trong hạt phấn gây ra.
Liu Z.L. và cs ñã so sánh cấu trúc và sự biến ñổi bên ngoài của gen ty
tể ở các dòng bất dục ñực dạng WA và các dòng hữu dục tương ứng và xác
ñịnh một vùng ñược xắp xếp lại trong dạng cms-WA. Vùng này ñược tạo ra
bởi 7 ñoạn tái tổ hợp có nguồn gốc từ gen ty thể, gen nhân và nguồn không
biết. Một gen gây nhiễu, orf352, mã hoá 1 protein xytotoxic xuyên màng ñược
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ khoa học Nông nghiệp ………………………15


tìm thấy trong vùng này. Gen này ñã làm thay ñổi các thông tin di truyền ở
lúa là nguyên nhân gây ra hiện tượng bất dục ñực kiểu bào tử thể. Kiểu bất
dục này ñược phục hồi bởi hai gen phục hồi trong nhân (Rf3, Rf4). Chúng ức
chế hoạt ñộng của orf352, tạo các bản mARN câm, không mã hóa xytotoxic
xuyên màng [32].
Những kết quả này rất quan trọng cho việc nghiên cứu các dạng CMS
khác ở lúa và có ý nghĩa rất lớn trong công tác chọn tạo lúa lai 3 dòng. Các
locus Rf của các dạng CMS khác cũng có thể mã hoá một số protein PPR
tương tự như locus Rf1, Rf4, Rf3 và có chức năng phục hồi hữu dục cho dạng
CMS tương ứng.
Tóm lại, nguyên nhân gây bất dục ñực tế bào chất là do gen ty thể trong
TBC mã hóa xytotoxic peptid gây ảnh hưởng trực tiếp tới hoạt ñộng của ty
thể, ñồng thời gen quy ñịnh sự phục hồi hữu dục trong nhân ở trạng thái lặn,

không có khả năng ức chế hoạt ñộng của gen trong ty thể. Và sự phục hồi hữu
dục ñược tạo ra do gen phục hồi trong nhân ở trạng thái trội, mã hóa 1 protein
PPR có vai trò ngăn cản sự sản sinh xytotoxic peptid của gen trong ty thể.
3.2.2. Cơ chế di truyền kiểm soát tính bất dục ñực TBC
Theo Rhoades (1931) và Edwardson (1953) cho rằng có 3 kiểu tương
tác khác nhau giữa gen trong nhân và gen trong TBC (trích theo [9]):
* Kiểu duy trì tính bất dục ñực TBC: tạo con lai bất dục
- Gen trong nhân bất dục (rfrf), không có khả năng phục hồi bất dục.
- Gen trong TBC hữu dục (N), có khả năng cho phấn.
* Kiểu phục hồi hoàn toàn bất dục ñực TBC: tạo con lai hữu dục
- Gen trong nhân hữu dục (RfRf), có khả năng phục hồi hoàn toàn bất
dục ñực TBC.
- Gen trong TBC hữu dục hoặc bất dục (N hoặc S).
* Kiểu phục hồi không hoàn toàn: tạo con lai bất dục hoặc hữu dục một phần
Hiện nay, có 3 giả thuyết về cơ chế di truyền kiểm soát hiện tượng bất
dục ñực TBC ñó là: Thuyết ñơn gen, thuyết hai gen và thuyết ña gen.
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ khoa học Nông nghiệp ………………………16