Chuyên đề tổng quan chọn lọc giống lúa chất lượng

MỤC LỤC

BÁO CÁO KẾT QUẢ THỰC HIỆN CHUYÊN ĐỀ
NGHIÊN CỨU KHOA HỌC
(Chuyên đề 2.1)
Nội dung 2: Đánh giá đa dạng di truyền các tập đoàn lúa bản địa của Việt Nam ở
mức độ phân tử, tuyển chọn 30 giống ưu tú, có độ đa dạng cao phục vụ công tác
giải mã genome.
Chuyên đề 2.1: Tổng quan nghiên cứu về chọn tạo giống lúa chất lượng
ĐẶT VẤN ĐỀ
Lúa gạo là một trong những loại cây lương thực chủ yếu trên thế giới, có vai
trò rất quan trọng ở cả lĩnh vực kinh tế và vấn đề an ninh lương thực. Lúa được
trồng rộng khắp từ 30o Nam vĩ tuyến đến 40o Bắc vĩ tuyến. Diện tích trồng lúa
chiếm khoảng 1/10 diện tích các giống cây trồng trên thế giới, khoảng 91% diện
trích trồng lúa là ở Châu Á, khoảng 9% còn lại được phân bố ở Châu Âu, Châu Mỹ,
Châu Phi. Lúa gạo là một trong những nguồn lương thực quan trọng cho khoảng 2/3
dân số trên thế giới và là nguồn cung cấp lương thực chủ yếu của châu Á. Do đó,
1


các chương trình chọn tạo giống lúa luôn được chú trọng và phát triển nhằm tăng
năng suất và chất lượng lúa, đáp ứng nhu cầu tiêu thụ trên toàn cầu.
Đặc biệt, nhu cầu về các giống lúa có chất lượng cao ngày càng gia tăng trong
những thập kỷ gần đây, do yêu cầu của thị trường và nhu cầu của người tiêu dùng.
Gạo có chất lượng cao được xác định bởi rất nhiều yếu tố như: hình dạng hạt, giá trị
dinh dưỡng, hương thơm, chất lượng sau khi chế biến…Trong đó, hương thơm
được xem là một trong những đặc tính quan trọng. Trong khi giá gạo của các giống
lúa truyền thống suy giảm, các loại lúa gạo đặc sản, nhất là những loại gạo thơm
vẫn giữ được giá cao và ổn định. Năm 2006 giá gạo không thơm là từ 250 - 300
USD/tấn và giá gạo thơm Jasmine là 400USD/ tấn trong khi đó giá gạo thơm
Basmati được bán là 850 USD/tấn. Do vậy, phát triển các loại gạo chất lượng vừa

giúp mở rộng thị trường nội địa và phục vụ xuất khẩu vừa tạo cơ hội để nâng cao
hiệu quả kinh tế cho người nông dân và mang ngoại tệ về cho đất nước.
Khi bắt đầu thực hiện cuộc cách mạng xanh, hầu hết các chương trình chọn
giống lúa đều tập trung phát triển các giống lúa có tính trạng chống chịu sâu bệnh
và cho năng suất cao. Phần lớn các giống có mùi thơm thường có năng suất thấp
nên người dân đã ngừng trồng các giống lúa thơm đặc sản của địa phương và thay
thế chúng bằng các giống ngắn ngày, kháng sâu bệnh, năng suất cao và không thơm
[8]. Điều này dẫn đến sự tổn hại về mặt đa dạng di truyền của các giống lúa thơm,
có nhiều giống lúa thơm địa phương đã bị cạnh tranh và thất lạc. [7], [22], [48], [8],
[19].
Hiện nay, các chương trình phát triển và bảo tồn giống lúa chất lượng đang là
vấn đề được rất nhiều nước trên thế giới quan tâm. Tuy nhiên, việc chọn tạo các
giống lúa chất lượng bằng các phương pháp truyền thống là rất khó khăn, bởi sự di
truyền đa gen và tương tác của môi trường là những yếu tố gây khó khăn trong việc
cải tiến các tính trạng chất lượng. Chọn tạo giống lúa chất lượng đòi hỏi vật liệu ban
đầu (dòng bố mẹ) có sự đa dạng di truyền rất rộng. Những hiểu biết về mặt đa dạng
di truyền nguồn gen là một điều kiện tiên quyết để kế tục và sử dụng một cách có
hiệu quả trong các phương pháp chọn tạo giống lúa chất lượng.
I. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ LÚA CHẤT LƯỢNG
1.1 Nguồn gốc phân loại cây lúa

2


Tổ tiên cây lúa đã tồn tại từ đầu kỷ Phấn trắng. Vào giữa kỷ này, xuất hiện
một trong những loại nguyên thuỷ nhất thuộc họ Oryzae, đó là loại Streptochasta
Schrad. Đến cuối kỷ Phấn trắng xuất hiện các loại tre (Bambusa) và lúa (Oryza).
Một số loại khác xuất hiện muộn hơn vào kỷ thứ ba, thời kỳ phát triển mạnh nhất
của họ Hoà thảo (Gramineae). Các loài lúa Oryza spp. có cùng tổ tiên chung xuất
hiện vào thời địa cầu Gondwanaland, sau khi trái đất tách rời thành năm lục địa [1].

Theo Chang (1985): lúa trồng Oryza sativa được tiến hoá từ cây lúa dại hàng
năm Oryza nivara. Do điều kiện khí hậu, đặc biệt là nhiệt độ, lúa Oryza sativa tiếp
tục tiến hoá theo ba nhóm: Indica thích hợp với khí hậu nhiệt đới, Japonica thích
ứng với khí hậu lạnh và Javanica có đặc tính trung gian [13]. Tác giả Oka (1988) lại
cho rằng Oryza sativa có nguồn gốc từ cây lúa dại lâu năm Oryza rufipogon [39].
Đến năm 2003, khi nghiên cứu di truyền tiến hoá của 101 giống lúa, bao gồm cả lúa
trồng và lúa dại, Cheng đã chia loài lúa trồng Oryza sativa thành hai nhóm tương
ứng với hai loài phụ là Indica và Japonica. Trong khi đó Oryza rufipogon được chia
thành bốn nhóm là: nhóm Oryza rufipogon hàng niên và ba nhóm Oryza rufipogon
đa niên. Tác giả cũng đã chỉ ra các giống lúa Japonica có quan hệ gần gũi với một
nhóm Oryza rufipogon đa niên, còn các giống lúa Indica có quan hệ gần với nhóm
lúa Oryza rufipogon hàng niên [16]. Ở Châu Phi cũng thấy xuất hiện cả hai loài lúa
dại Oryza longistaminata (đa niên) và Oryza brevigulata (hàng niên), do đó nhiều
tác giả cho rằng Oryza glaberrima có nguồn gốc từ Oryza breviligulata [1].
Cho đến nay, nhiều nhà khoa học đã đồng ý rằng lúa Glaberrima và lúa
Sativa có cùng chung nguồn thủy tổ vào thời kỳ lục địa nguyên thuỷ
Gondwanaland. Sau khi các lục địa tách rời nhau, lúa Sativa và Glaberrima tự tiến
hoá từ các loài lúa dại bản địa ở hai châu lục là Châu Á và Châu Phi (hình 1) [36].
Lục địa Gondwanalands
Tổ tiên chung
Nam và Đông Nam Á
Lúa dại đa niên

Tây Phi Châu
O. rufipogon

3

O. longistaminata

Lúa dại hàng niên
Lúa trồng
Ôn đới

O. nivara

O. Sativa O. sativa
Indica
Japonica

O. breviligulata
O. glaberrima

Nhiệt đới

Hình 1: Sơ đồ tiến hoá của hai loài lúa trồng
Do những ảnh hưởng khắc nghiệt của môi trường như khô hạn, nhiệt độ thay
đổi quá lớn… nhiều loài lúa dại nguyên thủy đa niên đã trở thành loài lúa hàng niên
để thích ứng với phong thổ địa phương, khí hậu gió mùa. Về phương diện sinh thái
và địa dư, cây lúa châu Á đã trải qua quá trình tiến hóa lâu dài để thích ứng với môi
trường khác nhau và được phân chia thành 3 nhóm chính: Indica, Japonica (hay
Sinica) và Javanica (Japonica nhiệt đới). Hiện nay lúa Indica được trồng trên 80%
diện tích trồng lúa trên thế giới và cung cấp nguồn lương thực cho hơn 3 tỷ người,
chủ yếu các nước đang phát triển, còn lại hai loại lúa Japonica và Javanica chỉ
chiếm tương đương 11% và 9%. Ba loại lúa này được nhận biết qua sự khác nhau
về hình thái như thân, lá, hạt và thành phần cấu tạo hạt, đặc biệt là hàm lượng
amyloza, amylopectin, khả năng chống hạn, kháng lạnh, v.v.
- Lúa Japonica (hay Sinica): Có hạt tròn, ngắn, thường không có đuôi, gié ngắn,
nhiều chồi thẳng đứng, cây thấp giàn, dễ chịu lạnh và không kháng hạn, hàm lượng

amyloza thấp (14 - 17%) và thường được trồng ở các vùng ôn đới.
- Lúa Indica: Có hạt dài thon, có hàm lượng amyloza cao (trên 21%), không có
đuôi, gié trung bình, thân cây tỏa rộng, cao giàn, không chịu lạnh và có thể chịu hạn
hán và được trồng rất phổ biến ở các vùng nhiệt đới và cận nhiệt đới.
- Lúa Javanica (Japonica nhiệt đới): Có tính chất trung gian giữa lúa Japonica và
lúa Indica. Lúa Javanica có hạt to rộng, hàm lượng amyloza cao, thường có đuôi,
trấu có lông dài, ít chồi, gié dài, thân cây dày thẳng đứng, cây rất cao giàn, chịu hạn
hán nhưng không chịu lạnh và được trồng ở Indonesia, chủ yếu Java và Sumatra.
1.2 Các giống lúa chất lượng
Lúa chất lượng là giống lúa không những có kích thước, hình dạng thon dài
mà còn có phôi nhũ, hàm lượng amyloza cao và đặc biệt các giống lúa chất lượng
có mùi thơm đặc trưng.
4


Các giống lúa thơm thường được trồng phổ biến ở châu Á, riêng giống lúa
Basmati được gieo trồng khoảng 2 triệu ha chủ yếu ở các nước Ấn Độ, Pakistan và
Nepan. Gạo thơm có hạt nhỏ, thon và dài từ 6,8 đến 7,0 mm, tỉ lệ chiều dài và chiều
rộng từ 3,5 đến 3,7 và có hàm lượng amyloza trung bình 20-22%
Ở Ấn Độ có hàng trăm giống lúa thơm địa phương, tuy nhiên chỉ có giống lúa
thơm Basmati được ưa chuộng nhất. Gạo thơm Basmati có hai đặc tính quan trọng
hơn hết: mùi thơm và cơm nở dài, có từ 22 - 25% amyloza, gạo vẫn giữ được đặc
tính này sau khi nấu. Ở Thái Lan có hai giống lúa thơm nổi tiếng là Khao Dak Mali
và Jasmine 85. Gạo thơm Khaw Dawk Mali có ít hơn 20% amyloza nên hạt cơm
sau khi nấu hạt còn hơi dính vào nhau.
Các giống lúa thơm ở Myanmar được gieo trồng nhiều ở các tỉnh miền Trung
và chủ yếu được tiêu thụ ở trong nước. Một số giống lúa chất lượng đang được gieo
trồng phổ biến ở đây như: Namathalay, Basmati, Paw San Bay Gyar [14].
Ở Philippin có giống Milsagrosa và ở Trung Quốc có các giống Bắc thơm,
Quế hương chiêm, Qua dạ hương và Chi ưu hương là các giống lúa chất lượng nổi

tiếng trên thế giới.
Giống lúa Koshihikari là giống lúa cổ truyền của Nhật, thuộc loài phụ
Japonica, có chất lượng cao, hương vị rất được ưa thích trong những bữa ăn chính
của người Nhật. Giống lúa Koshihikari được xem như là lúa Basmati của Nhật với
diện tích gieo trồng chiếm khoảng 30% tổng diện tích trồng lúa ở nước này.
Ở Việt Nam, có rất nhiều các giống lúa thơm thuộc loại lúa địa phương như
Nàng Thơm Chợ Đào ở miền Nam, Tám thơm ở miền Bắc, lúa Dự, lúa Di, miền
Trung có lúa Gié (hoặc De) như Gié An Cựu và các giống lúa nương.
1.3 Các yếu tố cấu thành chất lượng của lúa
Chất lượng của lúa phụ thuộc nhiều yếu tố như hàm lượng amyloza, dạng nội
nhũ, hàm lượng protein và đặc biệt là hương thơm…
Hương thơm của lúa thường có mùi thơm nhẹ hoặc thơm ngát của các loại lúa
Basmati hoặc Jasmine. Phân tích hóa học trên một phổ rộng các giống lúa thơm và
không thơm cho thấy có rất nhiều các thành phần khác nhau và có sự thay đổi của
các thành phần này trong quá trình bảo quản. Những nghiên cứu trước đây đã chứng
minh mùi vị của gạo có liên quan tới thời gian bảo quản, trong lúa mới được xác
định có các hợp chất tạo thành mùi thơm 1- butanal, 1- hexanal, 1- heptanal, methyl
5


ethyl ketone, 1 pentalnal và propanal, sau một thời gian bảo quản chỉ thấy còn
butanal và 1- heptanal. Hàm lượng của hexanal trong gạo cân bằng tuyến tính với
nồng độ của axit linoleic đã oxi hóa trong gạo [45], khi được bảo quản ở nhiệt độ
35oC trong hai tuần, một vài loại gạo đã giảm hàm lượng pentanal, hexanal và
petanol đáng kể so với các loại gạo khác [50].
Tuy nhiên, trong những nghiên cứu gần đây đã cho thấy đặc tính mùi thơm
của lúa chủ yếu do hợp chất 2 acetyl - 1- pyrroline tạo thành. Sử dụng các phân tích
bằng cảm quan và sắc kí khí, Butterry và cs (1986) đã xác định 2 acetyl - 1 pyrroline (2AP) là một chất mặc dù có hàm lượng rất thấp trong các loài lúa thơm
nhưng là chất khởi đầu tạo hương thơm ở các giống lúa Jasmine và Basmati [12].
Một nghiên cứu khác cũng cho thấy 2AP có mặt trong các giống lúa không thơm

nhưng có hàm lượng thấp hơn so với các giống lúa thơm từ 10 - 100 lần [57], [58].
Ngưỡng nồng độ của 2AP mà con người có thể cảm nhận được trong khoảng
0,1ppb khi tan trong nước. Để cảm nhận được 2AP có trong gạo thơm, nồng độ
2AP thường cao hơn khoảng 3000 lần so với ngưỡng nồng độ tan trong nước và chỉ
cao gấp 30 lần ở gạo không thơm.

II. TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU CHỌN TẠO GIỐNG LÚA CHẤT LƯỢNG
2.1 Nghiên cứu về lai tạo các giống lúa chất lượng
Viện Nghiên cứu lúa Quốc tế bắt đầu phát triển giống lúa thơm Basmati năng
suất cao vào đầu năm 1970. Nghiên cứu được thực hiện trên những cặp lai đầu tiên,
giữa giống lúa Basmati 370 và các dòng lúa Indica cải tiến có hàm lượng amyloza
trung bình và nhiệt độ hóa hồ trung bình. Những dòng thấp cây từ quần thể con lai
được chọn lọc, những dòng này có mức độ hữu thụ khác nhau và dạng cây khác
nhau. Sau khi tiến hành lai chéo các dòng này thu được các dạng cây và độ hữu thụ
khác nhau. Những cây có dạng khỏe và độ hữu thụ cao được chọn ra để phân tích
hàm lượng amyloza, nhiệt độ hóa hồ và hương thơm. Những dòng có dạng cây xấu,
độ hữu thụ thấp, chất lượng hạt kém và độ thơm thấp được loại bỏ qua các thế hệ.
Sau một số chu kỳ lai và chọn lọc những dòng có dạng cây khỏe, thấp cây, đáp ứng
được các đặc điểm về chất lượng như Basmati được chọn lọc và tiến hành khảo
nghiệm tại IRRI, Ấn Độ và Pakistan [14].
6


Tác giả Song và cộng sự tiến hành nghiên cứu hương thơm lá lúa giữa lúa
thơm nhị bội thể và lúa không thơm tứ bội thể, kết quả cho thấy tỷ lệ giữa các cây
không có hương thơm và cây có hương thơm là 35:1 ở thế hệ F1 và 3:1 ở thế hệ F2.
Ren và cộng tác viên khi lai giữa dòng lúa thơm bất dục đực tế bào chất (dòng A)
với dòng phục hồi không thơm (dòng R) thì thu được hạt không thơm ở thế hệ F1,
hạt ở F2 phân ly theo tỷ lệ không thơm và thơm là 15:1. Hạt thu được ở F1 và F2
đều có hương thơm khi lai giữa bố và mẹ là những giống lúa thơm.

Với sự phát hiện ra cây lúa dại có hạt phấn bất thụ vào 1970, các nhà khoa học
Trung Quốc, Ấn Độ và IRRI đã tạo ra một số dòng CMS - bất dục đực thuộc tế bào
chất (A), dòng bảo tồn thích ứng (B), và dòng phục hồi (R) thích hợp để sản xuất ra
những tổ hợp lúa lai đa dạng. Những tổ hợp lai 3 dòng đầu tiên của Trung Quốc
gồm có Wei-you 2, Wei-you 3, Wei-you 6, Shan-you 2, Shan-you 3, Shan-you 6,
Nam-you 2, Nam-you 3, Si-you 2, Si-you 3 và Si-you 6 [35].
Sau khi tạo ra những dòng CMS với loại WA (wild - abortive), những dòng
CMS khác cũng lần lượt được tạo ra như Zhenshan 97A, V20A, Erjiu Ai 4A, Erjiu
Nan 1A, V41A [35]. Ở Philippines, IRRI đã dùng các CMS từ V20A, Kaliya 1.
ARC, Gambiaka, v.v. để tạo ra các CMS thích hợp với khí hậu nhiệt đới, như:
IR8025A, IR68275A, IR68281A, IR68273A, IR68888A, IR68891A, IR68893A,
v.v. Tương tự, dòng CMS được tạo ra từ các nguồn tế bào chất của O. perennis
(IR66707A) và O. rufipogon (OMS1) [54], [37]. Như vậy, nền tảng di truyền của
các dòng CMS đã được đa dạng hóa và gia tăng ngày càng nhiều hơn.
Các loại lúa lai được đưa ra đồng ruộng đầu tiên của Trung Quốc có năng suất
cao, nhưng chất lượng kém. Gần đây, các tổ hợp 3 dòng như Boyou 64, Xieyou 63
và Xieyou 64 có chất lượng cao. Các tổ hợp You I63 và You I64 có hạt gạo dài và
trung bình. Các CMS có gạo thơm cũng được tạo ra, như Xiang A và B và các tổ
hợp thơm như XiangA/PH 137, Xiang A/F50 và Xiang A/F 117 có năng suất tương
tự như các tổ hợp không thơm và được đưa ra sản xuất [62]. Các tổ hợp lai của
IRRI, Ấn Độ, Philippines, Bangladesh, Indonesia và Việt Nam đều có chất lượng
tương đối cao.
Dựa trên đặc tính quang cảm và nhiệt cảm của cây lúa để tạo lúa lai 2 dòng.
Những giống lúa quang cảm trở nên bất thụ đực khi được trồng trong những ngày
dài có ánh sáng từ 14 giờ trở lên, được gọi dòng PGMS (Photoperiod-sensitive
7


genic male sterility). Những giống lúa trở nên bất thụ đực khi được trồng ở những
nơi có nhiệt độ hơi thấp, từ 28OC trở xuống, được gọi là dòng TGMS (Temperaturesensitive genic male sterility). Năm 1983, dòng PGMS được tìm thấy ở tỉnh Hubei,

Trung Quốc và trong 1987 gen tương hợp lúa dại giữa lúa Japonica và lúa Indica
được nghiên cứu ở Nhật Bản. Trong thời gian qua, các nghiên cứu về kỹ thuật tạo
lúa lai 2 dòng đã có những kết quả khả quan, chủ yếu là ở Trung Quốc.
Lúa lai một dòng hay còn gọi apomixis (sinh sản vô tính) có thể giúp nông dân
sử dụng chính hạt giống của mình cho vụ mùa kế tiếp, mà không bị ảnh hưởng phân
ly của lúa lai 2 hoặc 3 dòng. Tuy nhiên, công tác nghiên cứu lúa lai một dòng trong
3 thập niên qua chưa có triển vọng nhiều.
Một phương pháp lai tạo giống khác đã được các nhà chọn giống Myanma và
Thái Lan thực hiện đó là phương pháp chọn lọc liên kết với chỉ thị phân tử (MAS).
Để cải tiến giống lúa Manawthukha, một giống không thơm và hàm lượng amyloza
cao được trồng với một diện tích lớn ở Myanma. Các nhà nghiên cứu đã sử dụng
giống Basmati 370 là dòng bố mẹ để lai nhập các gen mùi thơm vào giống
Manawthukha bằng phương pháp Marker Assisted Backcrossing (MAB). Bốn dòng
lai nghịch và một dòng gốc được làm vật dẫn truyền để chuyển các alen badh2 và
Wx từ giống Basmati vào giống Manawthukha. Hai mươi dòng lúa ở thế hệ BC4F2
đã chọn lọc mang các alen đồng hợp của giống Basmati, được trồng ở các địa điểm
khác nhau ở Myanma và Thái Lan và được kiểm tra các đặc điểm nông học, chất
lượng gạo. Lúa thu hoạch được ở các dòng cải tiến đã có đặc tính mùi thơm và chất
lượng gạo tương tự như giống Basmati nhưng có đặc điểm nông học giống như
giống Manawthukha ban đầu. Các dòng lúa cải tiến có đặc điểm cây cao trung bình,
đẻ nhánh tốt, bông dày, chống đổ và có năng suất cao.
Ở Việt Nam, chương trình lúa lai được bắt đầu thực hiện vào những năm
1980 dưới sự chỉ đạo trực tiếp của Bộ Nông nghiệp. Một số tổ hợp lai của Trung
Quốc như Sán Ưu 63 (Shanyou 63), Sán Ưu Quế (Shanyou gui 99), Nhị Ưu 63
(Jinyou 63), Nhị Ưu 838, Bác Ưu 64 (Boyou 64), Bác Ưu 693, Bồi Tạp Sơn Thanh
(Peiai 64S/Sơn Thanh) và Bồi Tạp dòng 49 (Peiai 64S/Dòng 49), Trang Nông 15 đã
được trồng đại trà trong nước. Những tổ hợp lai tạo bản xứ như HR1, HYT56,
HYT57, VN01/D212, AMS24A/Que99, MS24A/IR9761-19, v.v. cũng được trồng
rộng rãi ở miền Bắc.
8

Các nhà chọn giống lúa Việt Nam đã cố gắng lai tạo giống cao sản có hương
thơm với các vật liệu bố mẹ cho gen thơm từ giống Basmati và Khao Dawk Mali,
tuy nhiên vẫn chưa thành công. Có một số ứng dụng đột biến gen trên giống Nàng
thơm Chợ Đào, Tám thơm, hoặc sử dụng chúng làm bố mẹ trong lai tạo. Có thể do
khả năng kết hợp kém nên việc chọn lọc con lai rất khó khăn. Đặc biệt trong trường
hợp tổ hợp lai OM1262 = MTL61/Basmati 370, OM1277 = OM86-9/Basmati,
OM1262 = IR66/Basmati, con lai được chọn ở thế hệ thứ 10, 11 vẫn chưa cho quần
thể ổn định, mặc dù dạng hình chấp nhận (PACP) khá tốt, hàm lượng amyloza trung
bình, gạo hạt thon dài [4].
Trong năm 2002, khoảng 500.000 ha lúa lai được trồng ở miền Bắc và miền
Trung Việt Nam. Trong đó, sử dụng khoảng 80% hạt giống lai nhập nội từ Trung
Quốc, Việt Nam chỉ tự túc được 20% nhu cầu hạt giống lúa lai trong nước. Đến nay,
Việt Nam cũng chưa có chính sách và qui hoạch tích cực cho việc tự cung đối với
nguồn hạt giống lai.
2.2. Nghiên cứu quy tụ gen trong chọn tạo giống lúa chất lượng
Các chỉ thị phân tử được sử dụng rộng rãi như một công cụ chọn lọc đối với
các tính trạng trong các chương trình chọn giống ở nhiều loại thực vật, bao gồm cả
lúa. Sử dụng các chỉ thị phân tử đã tạo được sự liên kết về kiểu hình và kiểu gen, để
nhận biết sự di truyền của các tính trạng hoặc các vùng genome quy định các tính
trạng.
Trong các giống lúa chất lượng ở Châu Á, tính trạng hương thơm được đánh
giá là một trong những tính trạng quan trọng về chất lượng. Đa số các nghiên cứu
tập trung về tính trạng hương thơm trong cây lúa được xác định là do một gen lặn
điều khiển [49], [7], [6], [9], [32], [20], [17], [24], trong khi các nghiên cứu khác đã
xác định có 2, 3 hoặc 4 locus có liên quan tới hương thơm của lúa [25], [18], [21],
[41], [54]. Bản chất của những mâu thuẫn trong các báo cáo có thể là do các tác giả
đã nghiên cứu trên các giống lúa khác nhau hoặc đã sử dụng các phương pháp khác
nhau để đánh giá hương thơm. Một số phương pháp sử dụng hệ nhị phân đơn giản

của các giống thơm/không thơm để phân loại kiểu hình mùi thơm [49], [41], [24].
Các phương pháp khác đã đo mức độ khác nhau của hương thơm bằng cách sử dụng
thang đánh giá bằng cảm quan và thường sử dụng thang từ 1-10 [7]. Trong khi đó,
các tác giả khác lại sử dụng kết hợp thang đánh giá bằng cảm quan và phương pháp
9


sắc kí khí để đo hàm lượng của 2AP có trong lúa gạo [32]. Không loại trừ khả năng
đa locus di truyền ảnh hưởng đến độ thơm, Berner và Hoff (1986) đã xác định rằng
mùi thơm trong giống lúa thơm Della là do một gen lặn quy định. Ahn và cs (1992)
sử dụng 126 chỉ thị phân tử để lập bản đồ vị trí của gen thơm fgr trong giống lúa
thơm Lemont (thu nhận được từ giống lúa thơm Della), kết quả đã xác định được
gen ở vị trí 4,5cM trên NST số 8 bằng chỉ thị RFLP (RG28). Sự liên kết của RG28
với hương thơm đã được kiểm chứng bằng cách sử dụng quần thể F3 cách ly [6]. Sử
dụng phân tích sắc kí khí về 2AP và thang đánh giá cảm quan, cùng với phân tích
sự liên kết của 16 chỉ thị đa dạng phân chia không lớn hơn 25cM dọc theo nhiễm
sắc thể số 8 trong quần thể của 135 dòng lúa đơn bội kép, Lorieux và cs (1996) đã
định vị được bản đồ của gen fgr khi nhóm nghiên cứu xác định gen fgr được chặn
bởi chỉ thị phân tử RG28 và RG1, ở khoảng cách lần lượt là 6,4±2,6 và 5,3 ±2.7
cM. Cũng trong năm này, Lorieux và cs (1996) đã nhận biết hai QTL khác trên
nhiễm sắc thể số 4 và số 12 liên quan đến hương thơm. Tuy nhiên, những QTL này
chỉ có thể phát hiện được khi phân tích nguyên nhân do một gen chủ yếu tạo hương
thơm được định vị trên NST số 8 [32]. Những nghiên cứu trước đây đã công bố sự
biến đổi lúa không thơm thành các dạng phân ly F2 thơm như 15:1 [32], 37:27 [42]
và 175:81 [18], và ít nhất tại 6 nhiễm sắc thể có liên quan trong việc lập bản đồ gen
thơm. Lourieux và cs (1996) đã xác nhận mối liên kết gần giữa RG28 và fgr
(5,8cM) trên NST số 8 và xác định hai QTL đối với hương thơm, một trên NST số 4
và 1 trên NST số 12 [32]. Một gen trội thơm được định vị trên NST số 11 ở giống
Baspatri - một giống lúa truyền thống của Ấn Độ [51] - trong khi đó Siddiq và cs
(1986) định vị hai gen lặn liên quan đến tính trạng hương thơm trên NST số 5 và số

9 ở giống lúa T3 của Ấn Độ [47]. Những báo cáo này đã đưa ra giả thuyết rằng có
rất nhiều gen trội hoặc gen lặn liên quan đến tính trạng hương thơm của lúa.
Trong một nghiên cứu phát triển các chỉ thị RFLP dựa trên phản ứng PCR cho
gen fgr, Garland và cs (2000) đã nhận biết một cặp bazơ đa hình ở dòng RG28 [20].
Corderio và cs (2002) đã sử dụng số liệu giải trình tự bộ gen để nhận dạng một chỉ
thị SSR có khoảng cách với gen fgr khoảng 4cM. Locus này có tính đa hình cao, có
13 alen được xác định, trong đó 8 alen được tìm thấy ở các cây thơm và 8 alen có
trong các cây không thơm và có 3 alen tìm thấy được ở trong cả hai loại thơm và
không thơm [17]. Phân tích trình tự DNA của gần 500bp ở đầu 5’ của 14 gen được
10


lựa chọn dựa trên mối quan hệ gần với RG28 chỉ tìm được 1 SNP (RSP04) giữa
giống Kyeema (lúa thơm) và Doongara (lúa không thơm) [24]. SNP này được đánh
giá sự liên kết với fgr bằng phân tích trình tự cao nhiệt của SNP trong 164 cá thể F2
từ quần thể lai chéo của Gulfmont/Doongara, việc đặt RSP04 có khoảng cách 2cM
với fgr là chỉ thị có khoảng cách gần nhất với gen fgr.
Shu Xia Sun và cs (2008) nghiên cứu sự di truyền và tiến hành lập bản đồ gen
chính xác về tính trạng hương thơm, trong các dòng lúa lai chéo giữa giống lúa ưu
thế lai thơm Oryza sativa indica Chuanxiang (Ch-29B) và giống lúa không thơm O.
sativa indica R2 và O. sativa japonica Lemont (Le). Các hạt F1 và lá của nó đều
không thơm trong khi các thế hệ F2 tỉ lệ không thơm và thơm là 3:1. Tỉ lệ phân ly ở
F3 phù hợp như suy đoán là 1:2:1 đối với gen lặn thơm trong Ch-29B. Phân tích
mối quan hệ giữa các chỉ thị SSR và locus hương thơm ở các cây F2 thơm đã lập
bản đồ gen thơm ở Ch-2B với vùng nhiễm sắc thể số 8 chặn bởi các chỉ thị SSR là
RM23120 ở 0,52cM và RM3459 lần lượt ở 1,23cM, sự lặp lại ở quần thể F2 đã xác
nhận những kết quả này. Các chỉ thị chặn Aro7, RM23120 và RM3459 được sử
dụng để nhận dạng các dòng lúa thơm sẽ thúc đẩy tính hiệu quả và chính xác của
các chương trình chọn giống lúa thơm [46].
Trong những nghiên cứu gần đây, Bradbury và cs (2005) đã công bố hiện

tượng đa hình quan trọng giữa di truyền các giống lúa thơm và các giống lúa không
thơm liên quan đến vùng mã hóa của một gen tương ứng với gen BAD2 (betaine
aldehyde dehydrogenase 2) [11]. Tuy nhiên, gen BAD2 có mặt không phải quy định
tính trạng thơm cho tất cả các giống lúa thơm, bởi gen này không quy định tính
trạng trội về mùi thơm ở một dòng lúa đột biến SA0420 [30]. Tuy vậy, cũng có thể
xác định được là trong phần lớn các giống lúa có hương thơm được điều khiển bởi
đơn gen lặn định vị trên NST số 8 của O. sativa [33].
Để đánh giá gen fgr trong giống lúa Azucena, là một trong số ít các giống lúa
Japonica thơm. F. Bourgis và cs đã sử dụng quần thể RIL (dòng nội phối tái tổ hợp)
từ lai chéo giữa hai giống Azucena và IR64, là một giống lúa Indica không thơm.
Bên cạnh đó. có tham khảo trình tự genome của giống Nipponbare (Japonica) và
giống 93-11 (Indica) cũng như thư viện BAC Azucena để xác định gen thơm chủ
đạo trong Azucena. Do đó, đã nhận thấy gen betain aldehyde dehydrogenase
(badh2) là một locus quy định về hương thơm của lúa, nó biểu hiện chính xác các
11


đột biến tương tự như xác định ở giống lúa thơm Basmati và Jasmine. Các phân tích
so sánh bộ gen đã cho thấy sự bảo thủ về trình tự cao giữa BAHD2 của Azucena và
Nipponbare và một MITE đã được xác định trong vùng promoter của alen BAHD2
trong giống 93-11[10].
Trong nghiên cứu của mình, Weiwei Shi và cs đã phát hiện allen badh2 và sự
phát triển của các chỉ thị chức năng của locus badh2. Tổng số 24 giống lúa thơm và
10 giống lúa không thơm đã được nghiên cứu và giải trình tự locus badh2/badh2
của chúng. Nghiên cứu này đã phát hiện được trong 12 giống lúa thơm nghiên cứu,
tại alen badh2 có thiếu 8bp và SNPs ở đoạn exon7, các giống khác có một alen mới
không phải là badh2 (badh2- E2), alen này có trình tự giống hệ với alen badh2 ở
đoạn exon7 nhưng thiếu 7bp ở đoạn exon2. Alen không thuộc badh2 này cũng quy
định tính trạng thơm của lúa. Dựa trên sự khác biệt về trình tự giữa hai alen,
Weiwei Shi & cs đã phát triển các chỉ thị phân tử này như một dạng marker để có

thể dễ dàng phân biệt các giống lúa thơm và các giống lúa không thơm, cũng như để
phân biệt giữa hai nhóm lúa thơm. Các chỉ thị chức năng này sẽ mang lại hiệu quả
cao trong chương trình chọn tạo các giống lúa thơm qua phương pháp chọn lọc liên
kết phân tử (MAS) [56].
Để xác định nguồn gốc hương thơm và quá trình tiến hóa về tính trạng hương
thơm của lúa, Micheal.J. Kovach và các cộng sự đã kiểm tra sự có mặt của alen
badh2 trong 280 giống lúa dại (O. rufipogon/O. nivara), nghiên cứu cho thấy tất cả
các giống lúa dại đều không chứa alen này ngoại trừ có một giống mang alen dị
hợp. Giống lúa dại mang alen dị hợp này có biểu hiện một số tính trạng tương tự
như các giống lúa thuần như là có vỏ trấu màu trắng, do đó đã dẫn đến một giả
thuyết đây có thể là kết quả của sự lai hóa với một giống lúa thơm O.sativa. Tiếp
đó, 176 giống lúa O.sativa cũng đã được đem ra khảo sát sự có mặt của alen badh2
bằng cách sử dụng bộ chỉ thị SSR và SNP trên toàn bộ hệ gen. Nhìn chung, các alen
thơm được tìm thấy trong 17 giống, chiếm 10% trong các giống nghiên cứu và được
phát hiện với tần số cao nhất trong nhóm lúa thơm và tần số thấp nhất ở nhóm giống
temperate japonica và aus [36].
Micheal.J. Kovach và cs cho rằng alen badh2 được phát hiện ở cả hai nhóm
lúa Japonica và Indica. Bởi vậy, với mục đính xác định được nhóm lúa nào là nhóm
lúa khởi nguồn mang alen thơm này, nhóm nghiên cứu đã giải trình tự gen badh2
12


của 242 giống lúa O.sativa. Trong đoạn gen có chiều dài khoảng 5kb được giải trình
tự, có 106 đa hình của SNP và SSR 54 đa hình xuất hiện với tần số lớn hơn 5%. Đa
hình này được sử dụng để thiết lập 8 gen kiểu đơn (gene - haplotype - GH) và được
phân chia rõ ràng thành hai nhóm riêng biệt. Nhóm thứ nhất, gồm tất cả các giống
mang alen dạng dại thuộc nhóm Japonica (Jap-GH), trong khi đó phần lớn (74%)
các giống nhóm thứ hai thuộc nhóm Indica (Ind-GH) và có mang alen badh2. Trong
nhóm Jap-GH này, các giống lúa thơm chỉ khác biệt với các nhóm lúa cổ không
thơm ở FNP được nhận biết rõ trong alen badh2. Như vậy, các dữ liệu nghiên cứu

đã cho thấy rằng nguồn gốc khác biệt của alen badh2 trong các giống Japonica là
cơ sở di truyền. Các giống lúa thơm trong nhóm lúa Indica có mang gen badh2 sau
khi phân tích, được phân nhóm trong cùng nhóm với các giống thuộc Jap-GH, làm
nảy sinh một mâu thuẫn về sự phát sinh chủng loại của gen badh2 giữa các giống.
Mâu thuẫn này được giải thích bằng việc giải trình tự 24 băng khuếch đại trong
vùng gen badh2 có chiều dài khoảng 3,2Mb ở mạch xuôi và 2,1Mb ở mạch ngược
của 242 giống O.sativa. Ở vùng bị chặn 5.3Mb badh2 có tổng số 242 SNP (bị chèn
hoặc mất nu) và các đa hình SSR đã được xác định dọc theo trình tự 13kb. Trong 24
giống lúa Indica có mang alen badh2.1, vùng alen này được giới hạn bởi các điểm
đứt tái tổ hợp khoảng 330bp ở mạch xuôi và 650bp ở mạch ngược với các vùng bị
chặn giống với các giống lúa Indica cổ. Điều này được bổ trợ cho giả thuyết rằng
alen badh2.1 được chuyển vào lúa Indica qua con đường lai nhập. Kết quả nghiên
cứu thu được đã làm sáng tỏ mối quan hệ giữa các giống lúa thơm và đưa ra những
thách thức với quan niệm truyền thống là tính trạng hương thơm của lúa phát sinh
từ các giống lúa thuộc Indica [36].
Shao G.N và cs (2011) cũng đã có những nghiên cứu về alen thơm trên giống
Zaimiaoxiangnuo và cho thấy gen thơm thuộc alen bahd2-E7 (gen Badh2 mất 8bp
trong đoạn exon7). Giải trình tự và phân tích BLAST alen này cho thấy giống
Zaimiaoxiangnuo là một thể đột biến mới, nghĩa là bị mất 803 bp giữa đoạn exon 4
và 5. Cùng với hai chỉ thị đã được công bố trước đây, chỉ thị FMbadh2-E4-5 được
phát triển để phát hiện vị trí mất đoạn mới trong gen thơm và đánh giá di truyền của
gen thơm trong 22 giống lúa thơm và 4 giống lúa không thơm. Sự mất đoạn này
không có mặt trong tất cả các giống lúa không thơm nhưng có 4 giống lúa thơm đã
cho kết quả dương tính với chỉ thị FMbadh2-E4-5. Phát hiện ra chỉ thị này cũng
13


được xem là rất hữu hiệu trong việc chọn tạo các giống lúa thơm [43].
Cấu trúc của hạt gạo liên quan đến hàm lượng amyloza và amylopectin trong
nội nhũ hạt gạo, ảnh hưởng đến nhiệt độ gelatin hóa (GT) của hạt gạo từ đó dẫn đến

ảnh hưởng đến chất lượng của gạo. Mối liên quan giữa nhiệt độ gelatin hóa của tinh
bột gạo và các enzym sinh tổng hợp tinh bột đã được thiết lập khi phát hiện được
gen chủ đạo điều khiển nhiệt độ gelatin hóa thông qua cấu trúc của amylopectin
[53]. Phân tích các dòng cận đẳng gen (NIL- near - isogenic lines), vùng cận gen mã
hóa SSIIa của giống có GT cao (Kasalash) được lai nhập gen với giống Nipponbare
có GT và phân tích Western về sự có mặt của SSIIa trong cả hai giống lúa đã hỗ trợ
cho giả thuyết SSIIa là enzym ảnh hưởng đến sự biến đổi tự nhiên của GT thấp
[53]. Phân tích trình tự DNA của gen mã hóa SSIIa cho thấy một số đa hình đơn
nucleotit (SNP) trong gen này, hai trong số đó liên quan đến phân lớp GT [55]. Các
giống lúa thuộc lớp có GT cao có G/GC kiểu đơn trong khi các giống lúa thuộc lớp
GT thấp chỉ có A/GC hoặc G/TT ở các vị trí chủ chốt của SNP.
Tính trạng dẻo của gạo được quyết định bởi hàm lượng amyloza có trong nội
nhũ hạt, amyloza chiếm khoảng 16-30% trong tinh bột gạo và nó là yếu tố quyết
định của tính dẻo, dính và trắng bóng của hạt gạo. Gạo có hàm lượng amyloza cao
thường cứng và khô cơm, khi nấu hạt gạo rời nhau. Gạo có hàm lượng amyloza
thấp thường dẻo, dính và bóng cơm. Sự tổng hợp của amyloza là do sự thủy phân
của enzym granule-bound starch synthaza (GBSS), enzym này được mã hóa bởi gen
Wx. Các giống lúa phi sáp (không dẻo) có chứa 2 alen ở locus waxy được gọi là Wxa
và Wxb. Alen Wxa chủ yếu có mặt trong các giống lúa Indica trong khi đó alen Wxb
là trội trong giống lúa Japonica. Qua nghiên cứu của mình, Wang và cộng sự đã chỉ
ra rằng sự khác biệt về cơ sở phân tử của thành phần amyloza trong nội nhũ của hạt
là do sự điều khiển sau phiên mã của alen Wx. Ở những giống lúa có trình tự
AGGTATA ở đầu nối 5’ của đoạn intron đầu tiên thuộc gen Wx cho thấy sự phiên
mã ở mức cao, do đó dẫn đến hàm lượng cao của amyloza trong nội nhũ hạt. Trong
khi đó, các giống lúa có trình tự AGTTATA ở đầu nối 5’ cho mức độ phiên mã của
gen Wx thấp, dẫn đến hàm lượng amyloza trong nội nhũ thấp. Ở một nghiên cứu
khác, Hirano và cộng sự đã chỉ ra rằng trình tự AGGTATA ở đầu nối 5’ trùng với
sự có mặt của alen Wxa, trong khi đó trình tự AGTTATA trùng với sự có mặt của
alen Wxb. Tuy nhiên, chỉ với hai alen này không đủ để giải thích được sự khác nhau
14

về hàm lượng amyloza của tất cả các giống lúa [23].
Tại Việt Nam, những nghiên cứu về giống lúa chất lượng bản địa mới dùng lại
ở mức nghiên cứu sự đa dạng di truyền giữa các giống lúa. Có rất ít các nghiên cứu
chuyên sâu về sự di truyền liên quan đến tính trạng hương thơm cũng như các tính
trạng chất lượng khác. Nguyễn Thị Lang và Bùi Chí Bửu (2002) đã xác định và lập
bản đồ gen thơm của các giống lúa bằng cách sử dụng các chỉ thị phân tử RFLP là
RG28 và các chỉ thị SSR với quần thể F2 của cặp lai Khao Dak Mali/OM1490. Qua
phân tích đã nhận thấy hai chỉ thị RG28 và RM232 có liên kết gần gũi với tính trạng
mùi thơm của lúa. Các thử nghiệm của chỉ thị SSR ở thế hệ F3 để kiểm tra tính
trạng mùi thơm và kết quả cho thấy có độ chính xác hơn 84%, tương tự như sử dụng
chỉ thị RG28. Kết quả của nghiên cứu này có ích trong việc lựa chọn các dòng bố
mẹ trong chương trình chọn giống lúa thơm. Cũng dựa trên các chỉ thị phân tử này
các tác giả đã thiết kế cặp mồi STS của RD28FL-RL để chọn lọc các giống lúa
thơm từ các dòng lai của C53/Jasmin85 và C51/Jasmine. Nghiên cứu cho thấy, cặp
mồi STS cho kết quả đa hình giữa các giống lúa và được sử dụng chọn tạo các
giống lúa chất lượng ở thế hệ F2, trong chương trình chọn tạo giống [38].
2.3 Một số phương pháp khác trong chọn tạo giống lúa chất lượng
2.3.1 Phương pháp chọn tạo giống đột biến
Từ những năm 1970, Cơ quan Năng lượng nguyên tử quốc tế (IAEA) và Tổ
chức Nông Lương Thế giới (FAO) đã hỗ trợ và mở rộng hướng nghiên cứu gây đột
biến, cải tạo những giống cây nông nghiệp và cây công nghiệp ở nhiều nước trên
thế giới và đã chọn tạo thành công hàng loạt giống mới đối với lúa, lúa mỳ, lúa
mạch, táo, chanh, đường, chuối, hoa, cây cảnh và một số các cây trồng khác.
Chọn giống lúa đột biến được bắt đầu từ những năm 1960 và cho đến năm
2006 đã có rất nhiều giống lúa đột biến được đưa ra sản xuất trên thế giới. Năm
1966, Nhật Bản đã đưa ra sản xuất giống lúa Remei - là một giống đột biến của từ
giống lúa địa phương chịu lạnh Fujiminori - có đặc điểm thấp cây, chống đổ, được
ưa chuộng và thường được sử dụng trong việc lai tạo với các giống lúa khác. Hiện

nay đã có hơn 60 giống lai tạo từ giống Remei được trồng ở Nhật Bản và đặc biệt là
giống lúa Ikuhikari được tạo ra bằng cách lai giữa Remei và giống lúa đặc sản
Koshihikari để đưa gen chống đổ sd1 vào giống lúa Koshihikari. Giống lúa đột biến
từ giống Pandawangi là một giống lúa địa phương nổi tiếng về hương thơm, vị ngon
15


và có thêm đặc tính kháng bệnh rầy nâu BHP type 1 [60].
Trung Quốc đã ứng dụng năng lượng nguyên tử trong chọn giống vào những
năm 1960 và cho đến những năm cuối thế kỉ 20 đã có 78 giống lúa đột biến được
đưa ra sản xuất [15], hầu hết các giống lúa đột biến này được trồng ở các tỉnh Chiết
Giang, Hồ Nam, Giang Tô. Hai giống lúa của Trung Quốc là ZhongHua11 thuộc
lúa Japonica và Shuang Ke Zao thuộc lúa Indica được xử lý đột biến bằng tia
gamma nguồn 60Co và đã tạo ra được hơn 700 dòng đột biến về hình thái và sinh lý.
Các dòng đột biến này được sử dụng làm nguồn vật liệu cho chọn giống [63].
Tại Ấn Độ, ba giống lúa chất lượng là Basmati 370, Pusa Basmati 1 và
Pakistan Basmati được sử dụng làm vật liệu cho chọn giống đột biến. Các giống này
được xử lý chiếu xạ bằng tia gamma với liều chiếu 100, 150 và 200 Gray. Qua thế
hệ M7 đã chọn lọc được 15 dòng đột biến từ giống Basmati 370, 07 dòng đột biến
từ giống Pusa Basmati 1 và 10 dòng đột biến từ giống lúa Pakistan Basmati. Trong
số các dòng đột biến nhận được, thấy xuất hiện một dòng đột biến triển vọng là
CR2007, có nguồn gốc từ Basmati 370. Dòng CR2007 có chất lượng tương tự như
giống Basmati gốc, nhưng có năng suất vượt trội so với giống gốc và còn có đặc
tính kháng đạo ôn cổ bông, bệnh đốm nâu [40].
Chọn giống lúa đột biến ở Malyasia được bắt đầu từ những năm 1972, đến
năm 1983 các giống lúa chất lượng được cải tiến bằng phương pháp này. Giống lúa
thơm Pongsuseburi 2 được chiếu xạ bằng tia gamma đã tạo ra được dòng đột biến
PS1297 thơm và thấp cây.
Tại Myanma và Pakistan, hai giống lúa đột biến Lone Thwe Hmwe (LTH M414) được chọn lọc từ đột biến hóa chất và giống Manawthuka (MNTK M4-10) chọn
lọc từ đột biến phóng xạ đã cho năng suất cao hơn và có tính kháng rầy nâu so với

các giống gốc [27].
Ở Pakistan, bằng phương pháp chiếu xạ tia gamma đối với các giống lúa, tạo
ra các giống lúa đột biến như Kashmir Basmati, NIAB-IRRI-9, Khushboo-95, là các
giống chất lượng có năng suất cao được đưa ra sản xuất.
Ở Việt Nam, chọn giống lúa thơm bằng phương pháp đột biến gen đã được
ứng dụng trên giống lúa Tám thơm và khai thác biến dị tế bào soma trên giống
Khao Dawk Mali 105 (KDML 105) [2].Theo tác giả Nguyễn Đức Thành và cộng
tác viên (1999) thì chọn giống đột biến và biến dị dòng soma được áp dụng để phá
16


vỡ tính cảm quang chu kỳ nhằm tăng năng suất, tuy nhiên các giống lúa này mất
hương thơm và thay đổi hàm lượng amyloza. Viện Lúa Đồng bằng Sông Cửu Long
cũng đã tiến hành nghiên cứu đột biến gen bằng phương pháp đồng vị phóng xạ trên
giống Tám xoan của Nam Định [3]. Kết quả ghi nhận có hai dòng:
+ Tám xoan 1, không cảm quang, thời gian sinh trưởng là 110 ngày, amylose
trung bình, năng suất 6 tấn/ha, nhưng không thơm.
+ Tám xoan 2, không cảm quang, thời gian sinh trưởng là 130 ngày, amylose
trung bình, thơm ít, năng suất 4 tấn/ha.
Trong giai đoạn 2001 - 2005, Viện Cây Lương thực và Cây Thực phẩm đã
nhập nội và tiến hành lai tạo được một số giống lúa thơm như HT1, LT2, HT2...
Ngoài ra, Viện cũng đã tiến hành phục tráng và đưa vào sản xuất hạt giống siêu
nguyên chủng giống lúa Tám xoan cho các địa phương [2], dòng lúa tẻ thơm T10
ngắn ngày, năng suất cao (đạt 56,1 tạ/ha) [5].
2.3.2 Chọn tạo giống lúa chất lượng bằng phương pháp chuyển gen
Ứng dụng Công nghệ sinh học trong lĩnh vực Nông nghiệp đã tạo ra những
đột phá kể từ khi tạo được lúa chuyển gen hơn 15 năm trước đây. Bằng phương
pháp chuyển gen gián tiếp thông qua vi khuẩn Agrobacterium đã tạo ra được các
giống lúa có khả năng chống chịu các điều kiện bất lợi của môi trường cũng như có
khả năng chống chịu sâu bệnh. Các tính trạng về chất lượng cũng như giá trị dinh

dưỡng của gạo cũng được quan tâm nhiều hơn và được chuyển vào cây lúa bằng
phương pháp chuyển gen. Để tăng cường hàm lượng vitamin A trong gạo các giống
lúa được chuyển gen psy (phytoen synthase), β-lcy (lycopen β cyclase) và crt1
(phytoen desaturase) vào trong cây lúa. Các gen này có chức năng mã hóa sinh tổng
hợp ra β- caroten. Giống lúa chuyển gen mang các gen này được gọi là “lúa vàng”
và có hàm lượng vitamin A tăng 25% so với các giống lúa thông thường [44].
Các giống lúa được chuyển gen để tăng cường hàm lượng protein trong nội
nhũ cũng đã được tạo ra như giống lúa chuyển gen tăng hàm lượng glycinin [26],
lysin [31], [59], tryptophan [52]. Công nghệ RNAi cũng đã được sử dụng trong
chuyển gen cây lúa để tạo được các giống lúa có hàm lượng protein thấp dành cho
các bệnh nhân [29].
Áp dụng phương pháp chuyển gen để làm giảm hàm lượng amyloza trong lúa
gạo và tăng độ dẻo của cơm đã được thực hiện. Một gen đột biến ở vị trí đầu nối 5’
17


của đoạn intron đầu tiên của gen wxa tạo ra một mRNA có kích thước nhỏ hơn và
tạo ra lượng amyloza thấp hơn gen wxa đã được sử dụng để chuyển vào cây lúa.
Ngoài ra, cơ chế dịch mã của gen Wx đã được nghiên cứu và cho thấy protein MYC
(OsPB-5) tương tác với protein EREBP (Os-EPB-89) để điều khiển sự dịch mã của
gen Wx. Ức chế hoạt động của protein OsPB-5 bằng cách sử dụng RNAi cũng có
thể dẫn tới làm giảm hàm lượng amyloza trong cây lúa mà không ảnh hưởng đến
kiểu hình của cây [62].
2.4. Sử sụng các chỉ thị phân tử trong chọn giống lúa chất lượng
Sử dụng các chỉ thị phân tử trong chọn tạo giống lúa chất lượng là một trong
những phương pháp hữu hiệu, đơn giản, lượng mẫu đưa vào phân tích nhỏ, do đó có
thể tiết kiệm được thời gian và chi phí trong việc chọn tạo giống. Các chỉ thị phân
tử trong chọn tạo giống lúa chất lượng thường được sử dụng là các chỉ thị SSR liên
kết với các tính trạng chất lượng hoặc chỉ thị SNPs. Một số các chỉ thị SNPs được
sử dụng để đánh giá tính trạng thơm của lúa đã được sử dụng (Bảng 1).

Bảng 1: Danh sách các mồi được sử dụng để nghiên cứu gen quy định
mùi thơm của lúa.
Vị trí bắt Vị trí kết
Forward
Reverse
Tm
đầu
thúc
17020003 17019198 CTCTACGTACGTCC GACCTGGTTTGACG
BadhapUP12
55
Marker

BadhapUP11 17589371 17590115
BADHAPup10 18237475 18238153
55BadhapUP9/
18933350 18933699
Aro 19
BadhapUP8

19588765 19589793

BadhapUP7

19934276 19935046

ACTTGATGA
TGATCTTCAAAATG
TTGCTTCC

AATGTGGGGCACAA
GTAAATG
CCACCCTTTAGAAA
GCCAAGT
CAAAATCGTAAAAC
GGGATGAG
ATGGAACAGCACTT

18

GGAATA
TCGCCTTTTATAAGA
CCAGTCC
CCATTGACTTCGCA
GTTCG
GGACACATATCGGA
GCGTATC
CTTCTTAGCTGAAG
GCTGAACG
CACGATGGTGCTCC

55
55
55
55
55


GGCATC
AGGAT

CATTGGCATCCTCTA CCACCAATGATCAC
BadhapUP6 20150703 20151430
CACCAT
TCTCTCTT
GCCGGAGGTATGAC TCCTGACAACGGTC
BadhapUP5 20180146 20180845
ATGGA
CAGATG
TCCCCATTGTGGTG CCGTCAAAGGTAAT
BadhapUP4 20202769 20203215
GTACA
GGTCACT
GAAGCAAGTGGAAT GCAGTTGGCCACAT
BadhapUP3 20228635 20229212
TGCAAAA
AAACAA
55BadhapUP2
CATGAATGTTCCCG GCAGGTGGCAGTCC
20242081 20242544
Aro9
TTGAAA
ACTACT
CTTGGTGGTAAGTC TTGTCTCTGCAATGA
BadhapUP1/ 20244602 20245371
GATGTCC
AGCTTGT
ACCGACTTAAATAC GTCAAACTCCCGAC
MITE
20245672 20245971
GAACGATG

GTCATA
CGAAGTCCGTACCA GGCCGTGAGCCATA
BadhapG1 20246844 20247918
ACTGC
TACACT
AGTTGGAAGCATGG CCAGCTCAGATTTC
BadhapG2 20247795 20248554
CTGATT
CTCTCG
GATTGTGGGAAGCC CGATAGGCTCTTTCC
BadhapG3 20248572 20248829
TCTTGA
GAAGAT
ATCTTCGGAAAGAG AGGAGCTACCTTCC
BadhapG4 20248809 20249591
CCTATCG
ATGTTGC
GCAACATGGAAGGT CCACCAAGTTCCAG
BadhapG5 20249571 20250262
AGCTCCT
TGAAACAG
CTGTTTCACTGGAA GAATAAGACGCGAT
BadhapG6 20250241 20251070
CTTGGTGG
GTTGCACT
AGTGCAACATCGCG CCCTCTTCAAGTGG
BadhapG7 20251049 20252254
TCTTATTC
ATCTGACA
TGTCAGATCCACTT GAGTATCGTTGGCC

BadhapG8 20251489 20252254
GAAGAGGG
AATTCAATG
CATTGAATTGGCCA GGCGTACTCCGTCA
BadhapG9 20252232 20252941
ACGATACTC
CTTGCT
BadhapDOWN
ATAGTGATTCAACG CGACATCTAGCGAG
20254617 20255330
1
GCAGCAT
CATTTG
BadhapDOWN
GCGGTTGATCTCTC CAAATGGCAACTAC
20256134 20256913
2
GTACC
CACCAT
BadhapDOWN
AGGAAATGTGCGAC CGTGACCACCTAAG
20258275 20259051
3
GTCTGT
CCGTAT
BadhapDOWN
TTGAAAGATGAGAA GAAATGCTACCTGA
20271039 20271629
4
CGGCAC

GGATTTGA
BadhapDOWN
TTCGAGGCGTCATC AAATGAGACCAGGA
20283408 20283912
5
AATTT
GTTCCAAT
BadhapDOWN
GTTGTGCTCACACA CAGATTATCCCACT
20292211 20293044
6
GCTTGA
CGAAATCA
BadhapDOWN
AGGCCGAACTTCAC CTTGGCCCCACCATT
20297924 20298476
7
GTTGT
ACAT

19

55
55
55
55
55
55
55
55

55
55
55
55
55
55
55
55
55
55
55
55
55
55
55


BadhapDOWN
20318747 20319033
8
BadhapDOWN
20587910 20588319
9
BadhapDOWN
20901884 20902589
10
BadhapDOWN
21575778 21576441
11
BadhapDOWN

22344208 22345014
12

CCAGGAAAGCTGCT
GCAC
CAATTGTTCAAGAC
GCACCA
CTCCCTGAGGTGTTC
TTGATG
GAATTTCGTGTGCC
AGGCTA
TCTTGCTGAAGGCG
ACCTAT

GTCGTAGGAGTCGG
CCTTG
AGTCGAGAATCCTC
CATCTTGC
TCTTGCTGAAACCT
GGGTATG
CGGCGTTGACGACC
TGTA
TTTCGCGTCTTTCTT
GTGC

55
55
55
55
55

Các mồi SSR liên kết với tính trạng chất lượng của lúa cũng được sử dụng
trong nghiên cứu để chọn tạo các giống lúa chất lượng như: RM515, SSR-J07 [34],
RM23102, RM3059, Aro7 [46], RM223 [38].
Để nghiên cứu về tính trạng dẻo của lúa, các chỉ thị STS và CAPS cũng đã
được sử dụng để nghiên cứu các locus Wx và SBE1 (starch branching enzym 1) và
SBE3 (starch branching 3) ở các giống lúa. Thông tin của các mồi này được trình
bày ở bảng 2:
Bảng 2: Trình tự mồi STS và CAPS được sử dụng để khuếch đại
gen WS và SBE.
Gen
wx
sbe1
sbe1
sbe3

marker
STS
STS
CAPS
CAPS

Mồi xuôi

Mồi ngược

CTCTCTCACCATTCCTTCAG
GAGTTGAGTTGCGTCAGATC
CCGAGGGAATGCCAGGAGTACCAG
GTCTTGGACTCAGATGCTGGACTC

CACAAGCAGAGAAGTGAAGC
AATGAGGTTGCTTGCTGCTG
GAACCACAACCAAGTCCAAGGCAA
ATGTATAACTGGCAGTTCGAACGG

III. MỘT SỐ THÀNH TỰU TRONG CHỌN TẠO GIỐNG LÚA CHẤT
LƯỢNG VÀ ĐỊNH HƯỚNG NGHIÊN CỨU
Để đáp ứng nhu cầu tiêu thụ lúa gạo ngày càng tăng trên thế giới, nhất là các
giống lúa chất lượng. Nhiều phương pháp chọn tạo giống đã được áp dụng để có thể
đưa ra được các giống lúa có chất lượng cao, có hương thơm, độ dẻo và cân bằng
các thành phần dinh dưỡng. Các phương pháp chọn tạo giống truyền thống như lai
tạo với phương pháp lai hai dòng, lai ba dòng thực hiện chủ yếu ở Trung Quốc đã
thành công, tạo ra các giống lúa lai có chất lượng cao và có khả năng chống chịu
sâu bệnh và điều kiện bất lợi của môi trường cao hơn các giống lúa chất lượng
truyền thống. Ngoài ra, các phương pháp chọn tạo giống khác như: chọn giống đột
biến, chọn giống liên kết với các chỉ thị phân tử gần đây cũng đã được áp dụng và
cũng đã có được những thành tựu đáng kể. Phương pháp chọn giống đột biến sử
20


dụng các tác nhân hóa học và vật lý để biến đổi kiểu gen của lúa qua quá trình chọn
lọc đã chọn tao được các giống lúa chất lượng có các đặc điểm cải tiến hơn so với
các giống gốc, cho năng suất cao hơn, chống đổ, chịu hạn, chịu mặn…nhưng vẫn
giữ được phẩm chất như các giống lúa gốc. Các phương pháp Sinh học phân tử
ngày càng phát triển đã giúp cho việc chọn tạo giống lúa chất lượng trở nên thuận
lợi, rút ngắn được thời gian cũng như giảm đáng kể nguồn chi phí. Các gen quy
định tính trạng chất lượng như gen mùi thơm như badh2, gen mã hóa enzyme tổng
hợp tinh bột wx đã được xác định và giải trình tự ở các giống lúa chất lượng và sự
thiết lập được bản đồ các gen cũng như các chỉ thị phân tử liên kết với tính trạng

chất lượng đã góp phần thúc đẩy cho việc chọn tạo giống lúa chất lượng trở nên dễ
dàng và nhanh chóng.
Ngày nay việc chọn tạo giống chất lượng được phát triển theo hướng kết hợp
giữa chọn giống truyền thống như lai tạo hoặc đột biến với phương pháp liên lết với
chỉ thị phân tử (Marker assisted selection- MAS) để có thể chọn lọc một cách chính
xác và hiệu quả với chi phí ít tốn kém hơn và thời gian cũng ngắn hơn.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
Tài liệu Tiếng Việt

1. Trần Văn Đạt (2005). Sản xuất lúa gạo thế giới: Hiện trạng và khuynh hướng
phát triển trong thế kỷ 21. Nhà xuấ bản Nông nghiệp Tp. Hồ Chí Minh.

2. Tạ Minh Sơn, Nguyễn Tấn Hinh, Lê Vĩnh Thảo, Vũ Tuyên Hoàng, Nguyễn
Hữu Nghĩa, Trương Văn Kính, Nghiễn Trọng Khanh (2006), "Kết quả
nghiên cứu chọn tạo giống lúa giai đoạn 2001-2005", Kỷ yếu Hội nghị tổng
kết khoa học và công nghệ nông nghiệp 2001 - 2005, Viện Khoa học nông
nghiệp Việt Nam, NXB Nông nghiệp, Hà Nội.

3. Nguyễn Đức Thành, Phan Thị Bảy, Lê Hồng Điệp (1999), "Phát triển và ứng
dụng các chỉ thị phân tử trong nghiên cứu đa dạng lúa", Báo cáo khoa học,
Hội nghị công nghệ sinh học toàn quốc 1999, tr. 1205-1215.

4. Lê Vĩnh Thảo, Bùi Chí Bửu, Lưu Ngọc Trình, Nguyễn Văn Vương (2004),
Các giống lúa đặc sản, giống lúa chất lượng cao và kỹ thuật canh tác, NXB
Nông nghiệp, Hà Nội.

5. Nguyễn Thanh Tuyền, Trần Văn Chiến (2005), Kỷ yếu Hội nghị khoa học
21

Viện Khoa học Kỹ thuật Nông nghiệp Việt Nam, NXB Nông nghiệp, Hà Nội.
Tài liệu Tiếng Anh

6. Ahn SN, Bollich CN, Tanksley SD (1992) RFLP Tagging of a Gene for
Aroma in Rice. Theoretical and Applied Genetics 84: 825-828.

7. Berner DK, Hoff BJ (1986) Inheritance of scent in American long
grain rice. Crop Science 26: 876-878.

8. Bhattacharjee P, Singhal RS, Kulkarni PR (2002) Basmati rice: a review.
International Journal of Food Science and Technology 37: 1-12.

9. Bollich CN, Rutger JN, Webb BD (1992) Developments in rice research in
the United States. International Rice Commission Newsletter 41: 32-34.

10. Bourgis F, Guyot R, Gherbi H, Tailliez E, Amabile I. . Salse J, Lorieux M.
Delseny A. Ghesquière (2008) Characterization of the major fragance gene
from an aromatic japonica rice and analysis of its diversity in Asian
cultivated rice. Theor Appl Genet (2008) 117:353–368.

11. Bradbury MT, Fitzgerald TL, Henry RJ, Jin QS and Waters LE(2005) The
gene for fragrance in rice. Plant Biotechnol J 3:363-370.

12. Buttery RG, Ling LC, Mon TR (1986) Quantitative-Analysis of 2- Acetyl-1Pyrroline in Rice. Journal of Agricultural and Food Chemistry 34: 112-114

13. Chang T.T. (1985). Crop history and genetic conservation. Rice, A case
study. In: Iwova state. Journal of research, 59, pp. 425-455.

14. Chaudhary RC and DV Tran (2001), In Specialty rices of the world:
Breeding, production and marketing, p. 3-12, Food and Agriculture

Organization of the United Nation, Science Publishers, Inc. USA.

15. Chen, X., Liu, X., Wu, D. and Shu, Q.Y. (2006). Recent Progress of Rice
Mutation Breeding and Germplasm Enhancement in China. Plant Mutation
Reports, 1(1): 4-6

16. Cheng C. Y., Motohashi R., Tsuchimoto S., Fukuta Y., Ohtsubo H. (2003).
Polyphyletic of cultivated rice: based on the interspersion pattern of SINEs.
Mol.Biol.Evol., 20, pp.67-75

17. Cordeiro GM, Christopher MJ, Henry RJ, Reinke RF (2002)
Identification of microsatellite markers for fragrance in rice by analysis
22


of the rice genome sequence. Molecular Breeding 9: 245-250

18. Dhulappanavar CV (1976), Inheritance of scent in rice. Euphytica 25: 659662

19. Garg AK, Sawers RJH, Wang HY, Kim JK, Walker JM, Brutnell TP,
Parthasarathy

MV,

Vierstra

RD,

Wu

RJ

(2006)

Light-regulated

overexpression of an Arabidopsis phytochrome A gene in rice alters
plant architecture and increases grain yield. Planta 223: 627-636

20. Garland S, Lewin L, Blakeney A, Reinke R, Henry R (2000) PCR-based
molecular markers for the fragrance gene in rice (Oryza sativa. L.).
Theoretical and Applied Genetics 101: 364-371

21. Geetha S, Nadu T (1994) Inheritance of aroma in two rice crosses.
International Rice Research Notes 19: 5

22. Ghareyazie B, Alinia F, Menguito CA, Rubia LG, dePalma JM, Liwanag
EA, Cohen MB, Khush GS, Bennett J (1997) Enhanced resistance to two
stem borers in an aromatic rice containing a synthetic cryIA(b) gene.
Molecular Breeding 3: 401-414

23. Hirano HY, Eiguchi M, Sano Y, A single base change altered the regulation
of the waxy gene at the posttranscriptional level during the domestication of
rice, Mol. Biol. Evol. 15 (1998) 978–987

24. Jin QS, Waters D, Cordeiro GM, Henry RJ, Reinke RF (2003) A single
nucleotide polymorphism (SNP) marker linked to the fragrance gene in
rice (Oryza sativa L.). Plant Science 165: 359-364

25. Kadam BS, Patankar VK (1938) Inheritance of Aroma in Rice. Chronica

Botanica 4: 496-497.

26. Katsube, T., Kurisaka, N., Ogawa, M., Maruyama, N., Ohtsuka, R.,Utsumi,
S. and Takaiwa, F. (1999) Accumulation of soybean glycinin and its
assembly with the glutelins in rice. Plant Physiol. 120:1063–1073.

27. Khin Than New (2006). Rice Mutation Breeding for Varietal Improvement
in Myanmar. Plant Mutation Reports, 1(1): 34-36

28. Khush G. (1997). Origin, dispersal, cultivation and variation of rice. Plant
Mo. Biol, 35, pp. 25-34
23


29. Kusaba, M. RNA interference in crop plants. Curr. Opin. Biotechnol 15:
139-143.

30. Kuo SM, Chou SY,Wang AZ, Tseng TH, Chueh FS, Yen HE and Wang CS
(2005) The betaine aldehyde dehydrogenase (BAD2) gene is not responsible
for the aroma trait of SA0420 rice mutant derived by sodium azide
mutagenesis.5th

International

Rice

Genetics

Symposiumand

3rd

International Rice Functional Genomics Symposium, IRRI, Manila, abstract
n. 224.

31. Lee, S.I., Kim, H.U., Lee, Y.H., Suh, S.C., Lim, Y.P., Lee, H.Y. and Kim,
H.I (2001) Constitutive and seed-specific expression of a maize lysinefeedback-insensitive dihydrodipicolinate synthase gene leads to increased
free lysine levels in rice seeds. Mol. Breed. 8: 75–84.

32. Lorieux M, Petrov M, Huang N, Guiderdoni E, Ghesquiere A (1996) Aroma
in rice: Genetic analysis of a quantitative trait. Theoretical and Applied
Genetics 93: 1145-1151.

33. Li JH, Wang F, Liu WG, Jin SJ and Liu YB (2006) Genetic analysis and
mapping by SSR marker for fragrance gene in rice Yuefeng B. Mol Plant
Breed 4:54-58

34. Louis MT Bradbury (2009). Identification of the gene responsible for
fragrance in rice and characterisation of the enzyme transcribed from this
gene and its homologs. Southern Cross University thesis for the degree of
Doctor of Philosophy

35. Mao CX (1993) Hybrid rice production in China - New successes,
challenges and strategies. Paper presented at the FAO Regional Expert
Consultation on Hybrid Seed Production, Development and Security of
Major Cereal Crops, Bangkok, Thailand, 9-12

36. Michael J. Kovach, Mariafe N. Calingacionb, Melissa A. Fitzgerald, Susan
R. McCouch (2009) The origin and evolution of fragrance in rice (Oryza
sativa L.) PNAS 106 (34): 14444–14449

37. Nguyen Tri Hoan (2002), Recent progress in hybrid rice research in Viet
Nam. In Adoption of Hybrid Rice in Asia - Policy Support. FAO, Rome, p
135-153.
24


38. Nguyen Thi Lang, Bui Chi Buu (2002) Identification and fine mapping of
SSR marker linked to fgr gene of rice. Omonrice 10: 14-20

39. Oka H. I. (1988). Origin of cultivatied rice. J. Sci. Societies press, Tokyo.
40. Patnaik, D., Chaudhary, D. and Rao, G.J.N.(2006) Genetic Improvement of
Long Grain Aromatic Rices through Mutation Approach. Plant Mutation
Reports 1(1): 11-16

41. Pinson SRM (1994) Inheritance of Aroma in 6 Rice Cultivars, Crop Science
34: 1151-1157

42. Reddy PR and Sathyanarayaniah K (1980) Inheritance of aroma inrice.
Indian J Genet Plant Breed 40:327-329.

43. Shao G. N., Tang A, Tang S. Q, Luo J, Jiao G. A, Wu J. L, Hu P. S (2011)A
new deletion mutation of fragrant gene and the development of three
molecular markers for fragrance in rice .Plant Breeding 130(2) 172–176

44. Shavindra Bajaj and Amitabh Mohanty (2005). Recent advances in rice
biotechnology - towards genetically superior transgenic rice. Plant
Biotechnology Journal 3: 275–307

45. Shin MG, Yoon SH, Rhee JS, Kwon TW (1986) Correlation between

Oxidative Deterioration

of

Unsaturated

Lipid

and

Normal-Hexanal

During Storage of Brown Rice. Journal of Food Science 51: 460-463

46. Shu Xia Sun , Fang Yuan Gao , Xian Jun Lu , Xian Jun Wu , Xu Dong
Wang , Guang Jun Ren, Hong Luo (2008) Genetic analysis and gene fine
mapping of aroma in rice (Oryza sativa L. Cyperales, Poaceae) Genetics and
Molecular Biology, 31, 2, 532-538

47. Siddiq EA, Sadananda AR and Zaman FU (1986) Use of primary trisomic of
rice in genetic analysis. Rice Genetics Proc IntRice Genetics Symp 185 -197.

48. Singh RK, Khush GS, Singh US, Singh AK, Singh S (2000) :
Breeding Aromatic Rice for High Yield, Improved Aroma and Grain
Quality. In RK Singh, US Singh, GS Khush, eds, Aromatic Rices, pp 71-106

49. Sood BC, Sidiq EA (1978) A rapid technique for scent determination
in rice. Indian Journal of Genetic Plant Breeding 38: 268-271.

50. Suzuki Y, Ise K, Li CY, Honda I, Iwai Y, Matsukura U (1999) Volatile

25