Ứng dụng chỉ thị phân tử chọn tạo các dòng đậu tương kháng bệnh gỉ sắt (phakopsora pachyrhizi sydow)

HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM

NGUYỄN VĂN KHỞI

ỨNG DỤNG CHỈ THỊ PHÂN TỬ CHỌN TẠO
CÁC DÒNG ĐẬU TƯƠNG KHÁNG BỆNH GỈ SẮT
(Phakopsora pachyrhizi Sydow)

NHÀ XUẤT BẢN ĐẠI HỌC NÔNG NGHIỆP – 2018


HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM

NGUYỄN VĂN KHỞI

ỨNG DỤNG CHỈ THỊ PHÂN TỬ CHỌN TẠO
CÁC DÒNG ĐẬU TƯƠNG KHÁNG BỆNH GỈ SẮT
(Phakopsora pachyrhizi Sydow)

Chuyên ngành: Di truyền và chọn giống cây trồng
Mã số:

9 62 01 11

Người hướng dẫn khoa học:

GS.TS. Phan Hữu Tôn
TS. Nguyễn Thanh Tuấn

HÀ NỘI – 2018

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi, các kết quả nghiên
cứu đƣợc trình bày trong luận án là trung thực, khách quan và chƣa từng sử dụng bảo vệ
để lấy bất kỳ học vị nào.
Tôi xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận án đã đƣợc cám
ơn, các thông tin trích dẫn trong luận án này đều đƣợc ghi rõ nguồn gốc.
Hà Nội, ngày....... tháng.......năm 2018
Tác giả luận án

Nguyễn Văn Khởi

i


LỜI CẢM ƠN

Trong suốt thời gian học tập, nghiên cứu và hoàn thành luận án, tôi đã nhận
đƣợc sự hƣớng dẫn, chỉ bảo tận tình của các thầy cô giáo, sự giúp đỡ, động viên của bạn
bè, đồng nghiệp và gia đình.
Nhân dịp hoàn thành luận án, cho phép tôi đƣợc bày tỏ lòng kính trọng và biết
ơn sâu sắc tới GS.TS. Phan Hữu Tôn và TS. Nguyễn Thanh Tuấn đã tận tình hƣớng dẫn,
dành nhiều công sức, thời gian và tạo điều kiện cho tôi trong suốt quá trình học tập,
nghiên cứu hoàn thành luận án này.
Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới Ban Giám đốc, Ban Quản lý đào tạo,
Bộ môn Di truyền và chọn giống cây trồng, Khoa Nông học – Học viện Nông nghiệp
Việt Nam đã tận tình giúp đỡ tôi trong quá trình học tập, thực hiện đề tài và hoàn thành
luận án.
Tôi xin chân thành cảm ơn tập thể lãnh đạo Viện Cây lƣơng thực và Cây thực

phẩm, các đồng nghiệp thuộc Bộ môn Công nghệ Sinh học, Viện Cây lƣơng thực và
Cây thực phẩm đã tạo điều kiện thuận lợi và giúp đỡ tôi trong quá trình thực hiện các thí
nghiệm của luận án.
Xin chân thành cảm ơn gia đình, bạn bè đã tạo mọi điều kiện thuận lợi, giúp đỡ
và động viên, khuyến khích tôi trong suốt quá trình hoàn thành luận án.
Tác giả luận án

Nguyễn Văn Khởi

ii


MỤC LỤC

Lời cam đoan

i

Lời cảm ơn

ii

Mục lục

iii

Danh mục các chữ viết tắt

vi

Danh mục các bảng

vii

Danh mục các hình

x

Trích yếu của luận án

xi

Thesis abstract

xiii

PHẦN 1. MỞ ĐẦU

1

1.1.

Tính cấp thiết của đề tài

1

1.2.

Mục tiêu nghiên cứu

2

1.3.

Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu

2

1.4.

Tính mới và những đóng góp của luận án

3

1.5.

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

3

PHẦN 2. TỔNG QUAN TÀI LIỆU NGHIÊN CỨU

4

2.1.

Tình hình sản xuất đậu tƣơng

4

2.1.1.

Tình hình sản xuất trên thế giới

4

2.1.2.

Tình hình sản xuất đậu tƣơng ở Việt Nam

5

2.1.3.

Một số yếu tố hạn chế sản xuất đậu tƣơng ở Việt Nam

6

2.2.

Bệnh gỉ sắt, phân bố và tầm quan trọng

6

2.2.1.

Triệu chứng bệnh

6

2.2.2.

Phạm vi và tác hại của bệnh gỉ sắt

8

2.2.3.

Tƣơng tác ký chủ - thể gây bệnh

9

2.2.4.

Đa dạng và tính biến chủng của nấm Phakopsora pachyrhizi Sydow

9

2.2.5.

Các phƣơng pháp đánh giá bệnh

13

2.3.

Đánh giá nguồn gen đậu tƣơng

15

2.4.

Di truyền tính kháng bệnh gỉ sắt ở đậu tƣơng và chỉ thị phân tử liên kết

18

2.4.1.

Di truyền tính kháng và hiệu lực kháng của các gen

18

2.4.2.

Chỉ thị phân tử liên kết với gen kháng bệnh gỉ sắt ở đậu tƣơng

21

iii


2.5.

Ứng dụng chỉ thị phân tử trong chọn tạo giống cây trồng

24

2.5.1.

Chỉ thị phân tử ADN

24

2.5.2.

Ứng dụng chỉ thị phân tử ADN trong chọn tạo giống cây trồng

26

2.6.

Một số thành tựu trong chọn tạo giống đậu tƣơng kháng bệnh gỉ sắt

30

PHẦN 3. VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

33

3.1.

Địa điểm nghiên cứu

33

3.2.

Thời gian nghiên cứu

33

3.3.

Vật liệu nghiên cứu

33

3.4.

Nội dung nghiên cứu

36

3.4.1.

Nội dung 1. Đánh giá vật liệu khởi đầu phục vụ công tác lai tạo và chọn
lọc các dòng đậu tƣơng năng suất cao, kháng bệnh gỉ sắt

3.4.2.

36

Nội dung 2. Lựa chọn chỉ thị phân tử ADN liên kết chặt với gen kháng
bệnh gỉ sắt ở đậu tƣơng

36

3.4.3.

Nội dung 3. Lai tạo và chọn lọc dòng đậu tƣơng kháng bệnh gỉ sắt

36

3.5.

Phƣơng pháp nghiên cứu

37

3.5.1.

Đánh giá vật liệu khởi đầu phục vụ công tác lai tạo và chọn lọc các dòng
đậu tƣơng năng suất cao, kháng bệnh gỉ sắt

37

3.5.2.

Lựa chọn chỉ thị phân tử liên kết chặt với gen kháng bệnh gỉ sắt

42

3.5.3.

Lai tạo và chọn lọc dòng đậu tƣơng kháng bệnh gỉ sắt

43

3.5.4.

Phƣơng pháp xử lý số liệu

46

PHẦN 4. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
4.1.

47

Kết quả đánh giá vật liệu khởi đầu phục vụ công tác lai tạo và chọn lọc
dòng đậu tƣơng năng suất cao, kháng bệnh gỉ sắt

47

4.1.1.

Đặc điểm hình thái, nông sinh học và năng suất các mẫu giống đậu tƣơng

47

4.1.2.

Phát hiện nguồn gen đậu tƣơng kháng gỉ sắt bằng chỉ thị phân tử ADN

59

4.1.3.

Xác định gen kháng hữu hiệu với bệnh gỉ sắt đậu tƣơng Việt Nam

63

4.1.4.

Lựa chọn bố mẹ trong định hƣớng lai tạo

66

4.2.

Kết quả lựa chọn chỉ thị phân tử liên kết với gen quy định tính kháng

67

4.2.1.

Đa hình các mẫu giống đậu tƣơng sử dụng chỉ thị phân tử liên kết với gen
quy định tính kháng bệnh gỉ sắt

68

4.2.2.

Xác định độ liên kết giữa chỉ thị phân tử ADN với gen kháng gỉ sắt

69

4.3.

Lai tạo và chọn lọc dòng đậu tƣơng theo mục tiêu

71

iv


4.3.1.

Thiết lập các tổ hợp lai đậu tƣơng theo mục tiêu

72

4.3.2.

Kết quả chọn tạo dòng đậu tƣơng kháng bệnh gỉ sắt ứng dụng MAS

73

4.3.3.

Kết quả lai backcross và chọn lọc MABC

91

PHẦN 5. KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ

97

5.1.

Kết luận

97

5.2.

Đề nghị

98

Danh mục các công trình đã công bố có liên quan đến luận án

99

Tài liệu tham khảo

100

Phụ lục

116

v


DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
Chữ viết tắt

Chữ viết đầy đủ

ADN

Axit desoxiribonucleic

AFLP

Amplified Fragments Length Polymorphism
(Đa hình chiều dài các đoạn ADN nhân bản chọn lọc)

AUDPC

Area Under Disease Progess Curve
(Chỉ số nhiễm bệnh tích lũy theo thời gian)

BNN&PTNT

Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn

bp

Base pair (Cặp nucleotide)

cM

Centi Morgarn (Đơn vị chiều dài bản đồ di truyền)

CTAB

Cetyltrimethylammonium bromide

CTP

Cây thực phẩm

dNTPs

Deoxynucleotide Triphosphates

Đ/c

Đối chứng

FAO

Food and Agriculte Organization of the United Nations
(Tổ chức Lƣơng thực và Nông nghiệp Liên hiệp quốc)

MABC

Marker Assisted Backcrossing (Lai lại nhờ chỉ thị phân tử)

MAS

Marker Assisted Selection (Chọn lọc nhờ chỉ thị phân tử)

NST

Nhiễm sắc thể

KL

Khối lƣợng

KKN

Khảo kiểm nghiệm

PCR

Polymerase Chain Reaction (Phản ứng chuỗi trùng hợp)

TCN

Tiêu chuẩn ngành

TGST

Thời gian sinh trƣởng

RAPD

Random Amplified Polymophic DNA
(Đa hình các đoạn ADN khuếch đại ngẫu nhiên)

RFLP

Restriction Fragment Length Polymorphism
(Đa hình chiều dài các đoạn phân cắt giới hạn)

SNP

Single Nucleotide Polymorphism (Đa hình các Nucleotide đơn)

SSR

Simple Sequence Repeats (Những trình tự lặp lại đơn giản)

STS

Sequence Tagged Site (Vị trí trình tự đƣợc đánh dấu)

WVRDC

World Vegetable Research Development Center
(Trung tâm nghiên cứu và phát triển rau màu thế giới)

vi


DANH MỤC CÁC BẢNG
TT

Tên bảng

Trang

2.1.

Tình hình sản xuất đậu tƣơng trên thế giới qua một số năm

4

2.2.

Tình hình sản xuất đậu tƣơng ở Việt Nam qua một số năm

5

2.3.

Chủng Phakopsora pachyrhizi phân lập đƣợc ở một số quốc gia

11

2.4.

Nguồn gen đậu tƣơng kháng bệnh gỉ sắt châu Á (ASR) đƣợc công bố

17

2.5.

Chỉ thị phân tử liên kết với gen kháng bệnh gỉ sắt đậu tƣơng đã đƣợc
công bố

22

3.1.

Danh sách các mẫu giống đậu tƣơng nghiên cứu

34

3.2.

Danh sách chỉ thị phân tử liên kết gen kháng gỉ sắt ở đậu tƣơng

35

3.3.

Danh sách mẫu nấm gỉ sắt phân lập sử dụng lây nhiễm nhân tạo

36

4.1.

Phân nhóm theo đặc điểm hình thái các mẫu giống đậu tƣơng tại Viện
Cây lƣơng thực và Cây thực phẩm

4.2.

Phân nhóm theo các chỉ tiêu sinh trƣởng và phát triển các mẫu giống đậu
tƣơng vụ xuân 2013, tại Viện Cây lƣơng thực và Cây thực phẩm

4.3.

58

Kết quả phát hiện gen kháng bệnh gỉ sắt bằng ứng dụng chỉ thị phân tử

ADN vụ Xuân 2013 tại Viện Cây lƣơng thực và Cây thực phẩm

4.6.

61

Kết quả đánh giá tính kháng/nhiễm bệnh gỉ sắt bằng nhiễm bệnh nhân tạo
năm 2013 tại Từ Liêm, Hà Nội

4.7.

55

Chất lƣợng hạt các mẫu giống đậu tƣơng vụ Xuân 2013 tại Viện Cây
lƣơng thực và Cây thực phẩm

4.5.

50

Phân nhóm theo khối lƣợng 1000 hạt các mẫu giống đậu tƣơng vụ Xuân
2013 tại Viện Cây lƣơng thực và Cây thực phẩm

4.4.

48

62

Phản ứng với bệnh gỉ sắt của các mẫu giống đậu tƣơng vật liệu mang

gen kháng

64

4.8.

Mẫu giống đậu tƣơng bố mẹ lai tạo có nông sinh học tốt năng suất cao

66

4.9.

Mẫu giống đậu tƣơng bố mẹ lai tạo kháng bệnh gỉ sắt

67

4.10.

Phân ly kiểu gen kháng xác định bằng chỉ thị phân tử ở thế hệ F2

70

4.11.

Kết quả phân tích kiểu gen kháng bằng chỉ thị phân tử kết hợp với đánh
giá kiểu hình bằng nhiễm bệnh nhân tạo trên quần thể phân ly F2

4.12.

70

Một số kết quả xác định chỉ thị phân tử liên kết với gen kháng gỉ sắt đậu
tƣơng đã đƣợc công bố

71

vii


4.13.

Các tổ hợp lai đậu tƣơng đƣợc thiết lập vụ xuân 2013 và xuân 2014 tại
Viện Cây lƣơng thực và Cây thực phẩm

4.14.

Kết quả chọn cá thể F2 tốt mang gen kháng từ các tổ hợp lai tại Viện Cây
lƣơng thực và Cây thực phẩm vụ Thu Đông 2013

4.15.

77

Đặc điểm sinh trƣởng, phát triển và chống chịu các dòng chọn lọc Xuân
2015 tại Viện Cây lƣơng thực và Cây thực phẩm

4.19.

84

Đặc điểm nông sinh học các dòng đậu tƣơng triển vọng Hè 2015 tại Viện
Cây lƣơng thực và Cây thực phẩm

4.24.

85

Năng suất và các yếu tố cấu thành các dòng đậu tƣơng triển vọng Hè
2015 tại Viện Cây lƣơng thực và Cây thực phẩm

4.26.

84

Mức độ nhiễm sâu bệnh đồng ruộng của các dòng đậu tƣơng triển vọng
Hè 2015 tại Viện Cây lƣơng thực và Cây thực phẩm

4.25.

82

Đặc điểm hình thái các dòng đậu tƣơng triển vọng Hè 2015 tại Viện Cây
lƣơng thực và Cây thực phẩm

4.23.

81

Đánh giá kiểu hình kháng bệnh gỉ sắt các dòng đậu tƣơng triển vọng Hè
2015 tại Viện Cây lƣơng thực và Cây thực phẩm

4.22.

79

Kết quả kiểm tra lại gen mục tiêu các dòng triển vọng thế hệ F7 vụ Hè
2015 tại Viện Cây lƣơng thực và Cây thực phẩm

4.21.

78

Năng suất và yếu tố cấu thành các dòng đậu tƣơng chọn lọc Xuân 2015
tại Viện Cây lƣơng thực và Cây thực phẩm

4.20.

75

Đặc điểm hình thái dòng đậu tƣơng chọn lọc vụ Xuân 2015 tại Viện Cây
lƣơng thực và Cây thực phẩm

4.18.

74

Kết quả chọn lọc vƣờn dòng đậu tƣơng kháng bệnh gỉ sắt thế hệ F5 tại
Viện Cây lƣơng thực và Cây thực phẩm vụ Thu Đông 2014

4.17.

73

Kết quả chọn lọc vƣờn dòng đậu tƣơng kháng bệnh gỉ sắt thế hệ F3, F4
tại Viện Cây lƣơng thực và Cây thực phẩm vụ Xuân và Hè 2014

4.16.

72

86

Một số đặc điểm chính 2 giống đậu tƣơng Đ9 và Đ10 vụ Thu Đông 2015
và Xuân 2016 tại Viện Cây lƣơng thực và Cây thực phẩm

87

4.27.

Một số đặc điểm hình thái các giống đậu tƣơng khảo nghiệm

88

4.28.

Đặc điểm sinh trƣởng phát triển các giống đậu tƣơng khảo nghiệm vụ
đông 2015 và xuân 2016

88

viii


4.29.

Khả năng chống chịu sâu bệnh đồng ruộng các giống đậu tƣơng khảo
nghiệm vụ đông 2015 và xuân 2016

4.30.

Yếu tố cấu thành năng suất các giống đậu tƣơng khảo nghiệm vụ đông
2015 và xuân 2016

4.31.

89

Năng suất thực thu các giống đậu tƣơng khảo nghiệm vụ đông 2015 và
xuân 2016

4.32.

90

Kết quả lai tạo và chọn lọc MABC thế hệ BC3F2 vụ Xuân 2016 tại Viện
Cây lƣơng thực và Cây thực phẩm

4.33.

94

Năng suất và yếu tố cấu thành dòng đậu tƣơng BC3F4, Thu Đông 2016
tại Viện Cây lƣơng thực và Cây thực phẩm

4.37.

93

Đặc điểm nông sinh học một số dòng đậu tƣơng tiêu biểu thế hệ BC3F4
vụ Thu Đông 2016 tại Viện Cây lƣơng thực và Cây thực phẩm

4.36.

92

Đặc điểm hình thái các dòng thế hệ BC3F4 vụ thu đông 2016 tại Viện
Cây lƣơng thực và Cây thực phẩm

4.35.

91

Kết quả chọn và tách dòng tổ hợp BC đến hè và thu đông 2016 tại Viện
Cây lƣơng thực và Cây thực phẩm

4.34.

89

95

Kết quả kiểm tra gen và khả năng kháng chủng nấm gỉ sắt của các dòng
BC3F5 vụ Xuân 2017 tại Viện Cây lƣơng thực và Cây thực phẩm

ix

96


DANH MỤC CÁC HÌNH

TT
2.1.

Tên hình
Các kiểu vết bệnh gỉ sắt đậu tƣơng

4.1.

Ảnh điện di phát hiện gen kháng với chỉ thị Satt620, Satt288, Sat_275

x

Trang
7
60


TRÍCH YẾU CỦA LUẬN ÁN
Tên tác giả: Nguyễn Văn Khởi

Tên Luận án: Ứng dụng chỉ thị phân tử chọn tạo các dòng đậu tƣơng kháng bệnh gỉ sắt
(Phakopsora pachyrhizi Sydow)
Chuyên ngành: Di truyền và Chọn giống cây trồng

Mã số: 9 62 01 11

Tên cơ sở đào tạo: Học viện Nông nghiệp Việt Nam
Mục đích nghiên cứu
Phát hiện đƣợc mẫu giống đậu tƣơng kháng bệnh gỉ sắt ở Việt Nam bằng chỉ thị
phân tử ADN, tiến hành lai và chọn tạo đƣợc một số dòng đậu tƣơng tốt mang gen
kháng bệnh hữu hiệu và kháng tốt với các chủng nấm gây bệnh gỉ sắt ở Việt Nam
Phƣơng pháp nghiên cứu
- Đề tài sử dụng 70 mẫu giống đậu tƣơng, 3 chủng nấm bệnh gỉ sắt đại diện 3
vùng sinh thái của Việt Nam và 12 chỉ thị SSR liên kết với gen kháng bệnh gỉ sắt đã
đƣợc công bố.
- Đánh giá đặc điểm nông sinh học, năng suất, chất lƣợng và khả năng chống chịu
của tập đoàn mẫu giống đậu tƣơng: Bố trí thí nghiệm tuần tự không nhắc lại, mỗi giống
trồng 10m2, đối chứng là DT84. Chỉ tiêu theo dõi và phƣơng pháp đánh giá theo quy
phạm khảo nghiệm 10 TCN 339-2006 và QCVN 01-58: 2011/BNNPTN.
- Xác định khả năng chứa gen kháng bằng chỉ thị phân tử SSR và đánh giá tính kháng
bằng lây nhiễm nhân tạo. Lây nhiễm nhân tạo theo Nguyễn Thị Bình và cs. (1990).
- Sử dụng các chỉ thị phân tử SSR liên kết với gen kháng bệnh gỉ sắt ở đậu tƣơng
đã công bố, lựa chọn chỉ thị liên kết chặt, rồi ứng dụng trong chọn lọc các thế hệ con lai.
- Lai đơn, lai backcross và ứng dụng chỉ thị phân tử chọn lọc các cá thể từ quần
thể phân ly.
Kết quả chính và kết luận
- Bằng chỉ thị phân tử ADN đã phát hiện có 28/70 mẫu giống đậu tƣơng mang gen
kháng từ Rpp1 – Rpp5.
- Xác định đƣợc 3 gen kháng hữu hiệu với các chủng nấm gây bệnh gỉ sắt đậu
tƣơng ở Việt Nam là Rpp2, Rpp4 và Rpp5.

- Đã lựa chọn đƣợc 3 chỉ thị phân tử liên kết chặt với 3 gen kháng hữu hiệu là chỉ
thị Satt620 liên kết chặt với gen Rpp2 với khoảng cách 3,33 cM; chỉ thị Satt288 với gen

xi


Rpp4 là 2,50 cM và Sat_275 với gen Rpp5 là 4,16 cM.
- Chọn tạo thành công 2 dòng đậu tƣơng triển vọng (Đ9 và Đ10) mang gen kháng
hữu hiệu Rpp2, có năng suất khá, thời gian sinh trƣởng ngắn, góp phần đa dạng hóa bộ
giống đậu tƣơng của Việt Nam.

xii


THESIS ABSTRACT

PhD candidate: Nguyen Van Khoi
Thesis title: Application of molecular marker for breeding soybean lines resistant to rust
disease (Phakopsora pachyrhizi Sydow)
Major: Plant Genetics and Breeding

Code: 9 62 01 11

Educational organization: Vietnam National University of Agriculture (VNUA)
Research Objectives
Detecting soybean accessions resistant to soybean rust disease in Vietnam using
molecular markers and artificial inoculation and developing some promising lines, which
carry the effective resistance genes conferring high level of resistance to different isolates
of rust fungi in Vietnam.
Materials and Methods

- Materials: i) 70 soybean accessions ii) 3 isolates of soybean rust fungi collected
from three different ecological areas of Vietnam and iii) 12 SSR markers linked to rust
resistance genes.
- Assessment of some main agronomical and biological traits and yield of the
soybean germplasm. The experiments were carried out with non-replication with the plot
area for each accession 10m2. DT84 was used as a control variety. The details were
described in 10 TCN. 339-2006 and QCV 01-58:2011/BNNPTN.
- Detection of the effective resistance genes using SSR markers, and assessment of
the resistance/susceptibility to the isolates of soybean rust fungi by artificial inoculation.
The detail method is described by Binh et al. (1990).
- Developing new soybean lines by hybridization of two imbred lines and
backcrossing. Elit individual plants selected from the F2 segregating population using
MAS and MABC for backcrossing populations.
Main findings and conclusions
- 28 out of 70 soybean accessions are identified carrying the resistance genes from
Rpp1 to Rpp5.
- Three genes Rpp2, Rpp4 and Rpp5 identified strongly and effectively resistance to
the isolates of soybean rust fungi in Vietnam (Rpp2 and Rpp4) and Rpp5 can resist

xiii


effectively to only the ones collected from the South of Vietnam).
- Finding three molecular markers: Satt620, Satt288 and Sat_275 closely linked to
three effective resistance genes Rpp2,Rpp4 and Rpp5 respectively.
- Developing two promising lines of soybean, namely Đ9 and Đ10 carrying the
effective resistance gene (Rpp2) with high yield and short growth duration, contribution to
the diversity of the soybean varietal collection in North Vietnam.

xiv

PHẦN 1. MỞ ĐẦU
1.1. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI
Đậu tƣơng (Glycine max L. Merill) là cây công nghiệp ngắn ngày có giá
trị kinh tế và chiếm vị trí quan trọng trong cơ cấu cây trồng ở nƣớc ta. Sản phầm
hạt đậu tƣơng đƣợc dùng làm thức ăn cho ngƣời và gia súc, dùng để chế biến dầu
thực vật. Ngoài ra, đậu tƣơng còn là cây trồng lý tƣởng trong công thức luân
canh, che phủ đất, chống xói mòn, có khả năng cố định đạm nên làm tăng độ phì
cho đất. Vì vậy, từ lâu việc trồng đậu tƣơng đã đƣợc quan tâm và phát triển mạnh
ở nhiều quốc gia trên thế giới, trong đó có Việt Nam. Tuy nhiên, trong những
năm gần đây ngành sản xuất đậu tƣơng ở nƣớc ta bị giảm về cả diện tích và sản
lƣợng, vì thế đã không đáp ứng đƣợc nhu cầu của xã hội, nhiều năm qua nƣớc ta
phải nhập khẩu đậu tƣơng với số lƣợng lớn. Một trong những nguyên nhân dẫn
đến ngành sản xuất đậu tƣơng của nƣớc ta kém phát triển là do chƣa có giống tốt,
nhiều giống trồng hiện nay có năng suất rất thấp chỉ đạt 1,5 - 2 tấn/ha trong khi
đó trên thế giới đã đạt ngƣỡng 2,5 – 3 tấn/ha (FAO, 2017). Trong đó, phần lớn
các giống có khả năng chống chịu với sâu bệnh, đặc biệt là bệnh gỉ sắt kém.
Bệnh gỉ sắt do nấm Phakopsora pachyrhizi Sydow gây ra, là một trong
những bệnh hại chính trên cây đậu tƣơng, làm giảm nghiêm trọng đến năng suất
ở nhiều nƣớc châu Á trong đó có Việt Nam (Nguyễn Thị Bình và cs., 2007). Để
phòng chống bệnh có nhiều biện pháp khác nhau, trong đó chọn tạo và trồng
giống kháng bệnh mang lại hiệu quả kinh tế cao, không gây ô nhiễm môi trƣờng,
tạo nông sản sạch. Hiện nay, các nhà khoa học đã phát hiện 7 gen kháng bệnh
đƣợc ký hiệu lần lƣợt là Rpp1, Rpp2, Rpp3, Rpp4, Rpp5, Rpp6 và Rpp1b
(Bromfield and Hartwig, 1980; McLean and Byth, 1980; Bromfield and
Melching, 1982; Hartwig and Bromfield, 1983; Hartwig, 1986; Garcia et al.,
2008; Li et al., 2012; Hossain et al., 2014). Phần lớn các gen kháng này cũng đã
đƣợc lập bản đồ và xác định các chỉ thị phân tử ADN liên kết. Theo đó, gen
kháng Rpp1 đƣợc xác định nằm trên nhiễm sắc thể (NST) số 18 và liên kết với 2

chỉ thị Sct_187 và Sat_064 với khoảng cách di truyền là 0,4 cM (Hyten et al.,
2007); Rpp2 nằm trên NST số 16, liên kết với chỉ thị Sat_255, Satt620 và Satt215
với khoảng cách di truyền lần lƣợt là 8,1 cM, 4,3 cM và 4,3 cM (Abdelnoor et
al., 2009); Rpp3 nằm trên NST số 6, liên kết với các chỉ thị Satt460, Sat_263 và

1


Sat_251 với khoảng cách di truyền lần lƣợt là 0,5 cM, 0,9 cM và 4,1 cM (David
et al., 2009); Rpp4 trên NST số 18, liên kết với chỉ thị Satt288 và Sat_191 với
khoảng cách di truyền lần lƣợt là 1,19 cM và 6,24 cM (Abdelnoor et al., 2009) và
gen kháng Rpp5 nằm trên NST số 3, liên kết với chỉ thị Sat_275 và Sat_280 với
khoảng cách di truyền là 4,6 cM và 6,3 cM (Gacia et al., 2008; Khanh et al.,
2013). Tuy nhiên, vì mỗi tác giả sử dụng những vật liệu mẫu giống để xác định
chỉ thị phân tử liên kết có khác nhau nên khoảng cách di truyền mỗi chỉ thị với
mỗi gen cũng có thể khác nhau. Ngoài ra, khoảng cách di truyền của gen có thể
thay đổi theo từng genome, đồng thời khi áp dụng trong chọn giống phân tử còn
tùy thuộc vào loại chỉ thị và điều kiện cơ sở vật chất trang thiết bị để chọn giống
phân tử. Vì thế, trƣớc khi tiến hành chọn giống phân tử nói chung và chọn giống
kháng bệnh gỉ sắt nói riêng thì cần phải lựa chọn đƣợc những chỉ thị có liên kết
chặt với gen kháng hữu hiệu với các chủng nấm bệnh quan tâm và là loại chỉ thị
dễ thực hiện.
Để chọn tạo thành công giống đậu tƣơng Việt nam kháng bệnh gỉ sắt bằng
ứng dụng chỉ thị phân tử ADN thì cần thiết phải có nguồn gen kháng phong phú,
tiếp đến phải đánh giá nguồn gen, xác định đƣợc các gen kháng hữu hiệu đối với
các chủng nấm gỉ sắt Việt Nam và lựa chọn đƣợc những chỉ thị phân tử có liên
kết chặt với mỗi gen kháng rồi tiến hành lai quy tụ nhiều gen kháng hoặc gen
kháng hữu hiệu vào giống tốt để tạo ra các dòng, giống kháng bệnh bền vững là
việc làm cần thiết và cấp bách hiện nay.
1.2. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU

- Xác định đƣợc mẫu giống đậu tƣơng chứa gen kháng bệnh gỉ sắt và chỉ thị
phân tử ADN liên kết chặt với các gen kháng hữu hiệu.
- Chọn tạo đƣợc một số dòng/giống đậu tƣơng tốt, chứa gen kháng bệnh gỉ
sắt hữu hiệu với các mẫu nấm gây bệnh gỉ sắt ở Việt Nam bằng ứng dụng chỉ thị
phân tử ADN.
1.3. ĐỐI TƢỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU
1.3.1. Đối tƣợng nghiên cứu
Một số giống đậu tƣơng thu thập, nhập nội và chọn tạo trong nƣớc, chủng
nấm bệnh gỉ sắt phân lập ở Việt Nam, các gen kháng bệnh gỉ sắt và chỉ thị phân
tử ADN liên kết.

2


1.3.2. Phạm vi nghiên cứu
- Đề tài thực hiện tại Viện Cây lƣơng thực và Cây thực phẩm và Viện Bảo
vệ thực vật từ năm 2013 đến năm 2017
- Khảo sát một số đặc điểm nông sinh học, năng suất, chất lƣợng và khả
năng kháng bệnh gỉ sắt của tập đoàn 70 mẫu giống đậu tƣơng và các thế hệ con
lai; 3 chủng nấm bệnh gỉ sắt thu thập và phân lập từ các địa phƣơng khác nhau ở
Việt Nam; 5 gen kháng bệnh gỉ sắt Rpp1, Rpp2, Rpp3, Rpp4, Rpp5 và các chỉ thị
phân tử liên kết đã đƣợc công bố.
1.4. TÍNH MỚI VÀ NHỮNG ĐÓNG GÓP CỦA LUẬN ÁN
- Phát hiện đƣợc một số mẫu giống đậu tƣơng tốt và 28 mẫu giống chứa từ
1 đến 3 gen kháng bệnh gỉ sắt trong tập đoàn 70 mẫu giống, làm cơ sở dữ liệu giúp
các nhà chọn tạo giống đậu tƣơng kháng bệnh gỉ sắt tham khảo sử dụng.
- Xác định đƣợc 3 gen kháng hữu hiệu (Rpp2, Rpp4 và Rpp5), kháng tốt với
các chủng nấm gây bệnh gỉ sắt đậu tƣơng ở Việt Nam và lựa chọn đƣợc 3 chỉ thị
phân tử ADN liên kết chặt với 3 gen kháng hữu hiệu là: Satt620 liên kết chặt với
gen Rpp2 với khoảng cách di truyền là 3,33cM; Satt288 với gen Rpp4 là 2,50cM

và Sat_275 với gen Rpp5 là 4,16 cM.
- Chọn tạo thành công 13 dòng đậu tƣơng tốt chứa 1 hoặc 2 gen kháng hữu
hiệu với các chủng nấm gây bệnh gỉ sắt ở Việt Nam. Trong đó, 2 dòng VD1-2-1
(Đ9) và VD1-9-1 (Đ10), triển vọng có nhiều đặc điểm tốt đã gửi khảo nghiệm
Quốc gia.
1.5. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI
1.5.1. Ý nghĩa khoa học
- Kết quả nghiên cứu của đề tài là cơ sở khoa học góp phần khẳng định
thêm tính hiệu quả của phƣơng pháp chọn tạo giống cây trồng có sự hỗ trợ của
chỉ thị phân tử ADN.
- Sản phẩm của đề tài là dữ liệu về nguồn gen kháng hữu hiệu, chỉ thị phân
tử ADN liên kết chặt với gen kháng, các dòng/giống đậu tƣơng chứa 1-2 gen
kháng hữu hiệu với bệnh gỉ sắt là dữ liệu khoa học tham khảo cho các nghiên cứu
tiếp sau về chọn tạo giống kháng bệnh gỉ sắt ở đậu tƣơng.
1.5.2. Ý nghĩa thực tiễn
Hai dòng/giống đậu tƣơng (Đ9 và Đ10) có nhiều đặc điểm nông sinh học
tốt, ngắn ngày, năng suất đạt ≥ 2,5 tấn/ha ở vụ Xuân, chứa gen kháng hữu hiệu
Rpp2 kháng đƣợc nhiều chủng nấm bệnh gỉ sắt ở Việt Nam, góp phần đa dạng
hóa bộ giống đậu tƣơng ở phía Bắc Việt Nam.

3


PHẦN 2. TỔNG QUAN TÀI LIỆU NGHIÊN CỨU
2.1. TÌNH HÌNH SẢN XUẤT ĐẬU TƢƠNG
2.1.1. Tình hình sản xuất trên thế giới
Ngành sản xuất đậu tƣơng trên thế giới trong những năm gần đây tăng
mạnh cả về diện tích, năng suất và sản lƣợng. Kết quả thống kê của FAO (bảng
2.1), cho thấy từ năm 1960 đến năm 2016, diện tích gieo trồng, năng suất và sản
lƣợng đậu tƣơng trên thế giới đều tăng, đặc biệt tăng mạnh từ năm 2000 đến nay.

Cây đậu tƣơng có nguồn gốc ở Trung Quốc và vùng Đông Nam châu Á,
nhƣng 45% diện tích gieo trồng và 55% sản lƣợng đậu tƣơng của thế giới hiện
nay lại nằm ở Mỹ. Nƣớc Mỹ trong năm 2000 đã sản xuất đƣợc 75 triệu tấn đậu
tƣơng, trong đó hơn một phần ba dùng để xuất khẩu. Các nƣớc sản xuất đậu
tƣơng lớn khác là Brazil, Argentina, Trung Quốc và Ấn Độ. Phần lớn sản lƣợng
đậu tƣơng của Mỹ dùng để chế biến làm thức ăn nuôi gia súc, gia cầm hoặc để
xuất khẩu, mặc dù lƣợng tiêu thụ đậu tƣơng trên đầu ngƣời của nƣớc này đang
tăng lên. Dầu đậu tƣơng chiếm tới 80% lƣợng dầu ăn đƣợc tiêu thụ ở Mỹ.
Bảng 2.1. Tình hình sản xuất đậu tƣơng trên thế giới qua một số năm
Năm

Diện tích (triệu ha)

Năng suất (tạ/ha)

Sản lƣợng (triệu tấn)

1960

21,00

12,00

25,20

1990

54,34

19,17

104,19

2000

74,34

21,70

151,41

2010

101,37

24,70

249,93

2011

101,97

24,60

251,29

2012

109,32

24,60

268,77

2013

113,33

25,00

283,74

2014

118,06

26,90

318,60

2015

119,73

26,10

312,36

2016

122,14

26,50

323,70
Nguồn: FAO (2017)

Trƣớc những năm 1970, Mỹ và Trung Quốc là hai nƣớc sản xuất đậu tƣơng
nhiều nhất thế giới. Trong đó, tốc độ sản xuất đậu tƣơng của Mỹ nhanh hơn của
Trung Quốc. Sản lƣợng đậu tƣơng của Mỹ tăng từ 60% năm 1960 lên đỉnh cao là
75% năm 1969, trong khi sản lƣợng của Trung Quốc lại giảm từ 32% xuống còn
16% trong cùng kỳ. Hiện Mỹ vẫn là nƣớc sản xuất đậu tƣơng đứng đầu thế giới
4


với 31% diện tích và 34% sản lƣợng theo số liệu thống kê trong năm 2015. Brazil
và Argentina là 2 nƣớc đứng thứ 2 và thứ 3 ở châu Mỹ và cũng là nƣớc đứng thứ 2
và thứ 3 trên thế giới về diện tích, năng suất và sản lƣợng đậu tƣơng. Đến năm 2016
sản lƣợng đậu tƣơng của 2 quốc gia này lần lƣợt là 97,0 triệu tấn và 57,0 triệu tấn.
Trung Quốc là quốc gia đứng thứ 4 thế giới về sản xuất loại cây trồng này. Năng
suất bình quân của Trung Quốc hiện nay chỉ bằng 2/3 năng suất bình quân của thế
giới. Đến năm 2016, năng suất và sản lƣợng đậu tƣơng của Trung Quốc chỉ mới đạt
17,90 tạ/ha và sản lƣợng đạt 12,20 triệu tấn (FAO, 2017).
2.1.2. Tình hình sản xuất đậu tƣơng ở Việt Nam
Theo Phạm Văn Thiều (2006), đậu tƣơng đƣợc trồng ở nƣớc ta từ rất sớm.
Tuy nhiên, trƣớc cách mạng tháng 8/1945 diện tích trồng còn ít (30.000 ha năm
1944). Sau khi đất nƣớc thống nhất (1976) diện tích trồng đậu tƣơng mới bắt đầu
đƣợc mở rộng. Những năm gần đây, diện tích và sản lƣợng đậu tƣơng có nhiều
biến động và có xu hƣớng giảm dần về diện tích (bảng 2.2)

Bảng 2.2. Tình hình sản xuất đậu tƣơng ở Việt Nam qua một số năm
Năm
1995
2000
2005
2010
2011
2012
2013
2014
2015
2016

Diện tích (nghìn ha)
121,1
122,3
204,1
197,8
188,1
119,6
117,8
120,0
110,0
120,0

Năng suất (tạ/ha)
10,3
11,8
14,4
15,0

14,7
14,5
14,3
14,7
14,6
14,3

Sản lƣợng (nghìn tấn)
125,5
144,9
292,7
213,6
296,9
254,3
168,0
176,0
172,0
170,0
Nguồn: FAO (2017)

Diện tích trồng đậu tƣơng của nƣớc ta năm 1995 là 121,1 nghìn ha, tăng
dần qua các năm và đạt cao nhất vào năm 2005 với 204,1 nghìn ha sau đó giảm
xuống còn 197,8 nghìn ha vào năm 2010, đến năm 2015 diện tích toàn quốc chỉ
còn 110,0 nghìn ha.
Năng suất đậu tƣơng bình quân cả nƣớc năm 1995 đạt 10,3 tạ/ha và tăng
liên tục qua các năm và đạt cao nhất vào năm 2010 là 15,0 tạ/ha. Đến năm 2015
năng suất đậu tƣơng bình quân của nƣớc ta giảm xuống còn 14,6 tạ/ha và năm
2016 đạt 14,3 tạ/ha.
5

Tổng sản lƣợng đậu tƣơng của cả nƣớc năm 1995 đạt 125,5 nghìn tấn, đến
năm 2000 đạt 144,9 nghìn tấn và đạt cao nhất vào năm 2005 với tổng sản lƣợng
là 292,7 nghìn tấn. Tuy nhiên, từ cuối năm 2013 trở lại đây sản lƣợng đậu tƣơng
có phần chững lại. Năm 2015 sản lƣợng đậu tƣơng của Việt Nam chỉ còn 172,0
nghìn tấn và 170 nghìn tấn trong năm 2016. Hiện sản lƣợng đậu tƣơng sản xuất
của Việt Nam mới chỉ đáp ứng đƣợc khoảng 1/20 nhu cầu tiêu dùng trong nƣớc.
2.1.3. Một số yếu tố hạn chế sản xuất đậu tƣơng ở Việt Nam
Nguyên nhân lớn nhất hạn chế phát triển đậu tƣơng ở Việt Nam là thiếu
giống cho năng suất cao và thích hợp cho từng vùng sinh thái. Ngoài ra, các
giống đang sử dụng trong sản xuất hiện nay rất mẫn cảm với sâu bệnh hại, đặc
biệt là bệnh gỉ sắt cũng là nguyên nhân làm hạn chế sản xuất đậu tƣơng ở Việt
Nam (Ngô Thế Dân và cs., 1999; Nguyễn Văn Viết và cs., 2002; Trần Thị
Trƣờng và cs., 2013). Một nguyên nhân khác làm hạn chế sản xuất đậu tƣơng ở
nƣớc ta là các yếu tố khí hậu, điều kiện đất đai, chế độ mƣa nắng không phù hợp.
Nguyễn Văn Lâm và Lê Huy Nghĩa (2011), cho rằng đối với đậu tƣơng vụ Đông
ở miền Bắc Việt Nam, nhiệt độ thấp ở giai đoạn sinh trƣởng cuối đã kéo dài thời
gian chín, làm giảm khối lƣợng hạt, thậm chí làm đậu tƣơng không thể chín.
Nguyễn Văn Viết và cs. (2002), Trần Thị Trƣờng và cs. (2015), cũng chỉ ra
nguyên nhân hạn chế sản xuất đậu tƣơng ở Việt Nam là thiếu sự quan tâm của
nhà nƣớc, lãnh đạo các địa phƣơng, nông dân thiếu vốn đầu tƣ thâm canh, giá
bán sản phẩm không ổn định, hệ thống cung ứng giống còn bất cập, nông dân
quan niệm đậu tƣơng là cây trồng phụ nên nhiều địa phƣơng không chú ý đến lựa
chọn đất trồng và không đầu tƣ đúng mức.
2.2. BỆNH GỈ SẮT, PHÂN BỐ VÀ TẦM QUAN TRỌNG
2.2.1. Triệu chứng bệnh
Theo Bromfield (1984), biểu hiện sớm nhất của vết bệnh là những chấm
biến màu trên phiến lá, kích cỡ khoảng 1mm, sau lớn dần và chuyển thành màu
vàng rồi nâu thì đạt tới kích thƣớc tối đa khoảng từ 2-5 mm. Các vết bệnh có thể
phát triển rộng và liên kết lại với nhau tạo thành từng mảng, làm cho phiến lá bị

rách (Hình 2.1). Triệu chứng bệnh đặc biệt là vết bệnh nhô lên ở hai mặt lá,
thƣờng nhô cao ở mặt dƣới lá. Đây là do đặc tính thích nghi với môi trƣờng ẩm
của nấm bệnh vì ở mặt dƣới lá có ẩm độ và nhiệt độ thích hợp cho nấm phát
triển. Ngoài ra, vì mƣa và ánh sáng gay gắt không ảnh hƣởng trực tiếp đến mặt

6


dƣới nhƣ ở mặt trên của lá. Ở mặt dƣới lá nơi có vết bệnh, xuất hiện lớp bột màu
nâu đó là hạ bào tử của nấm. Các hạ bào tử sẽ đƣợc phóng thích từ các ổ hạ bào
tử. Bệnh nặng, biểu hiện các vết bệnh liên kết lại với nhau, làm cho lá bị khô
cháy từng mảng hoặc cháy cả lá, làm lá rụng, cây mất dần khả năng quang hợp.
Nấm xâm nhiễm vào giai đoạn tạo quả làm quả phát triển không bình thƣờng. Do
đó năng suất và phẩm chất hạt đậu tƣơng giảm sút nghiêm trọng. Những ruộng bị
bệnh nặng hầu nhƣ không cho thu hoạch (Hartman, 1991). Bệnh gỉ sắt phát sinh
trên lá già gần mặt đất, sau đó lan nhanh lên các bộ phận phía trên của cây. Tác
hại của bệnh gỉ sắt là làm cho lá đậu tƣơng không quang hợp đƣợc, gây rụng lá,
làm giảm năng suất quả, tỷ lệ hạt lép cao. Từ khi cây đậu tƣơng có 5-6 lá thật và
nhất là khi cây bắt đầu ra hoa, bệnh xâm nhiễm mạnh và sau đó phát triển kéo dài
cho đến lúc thu hoạch. Bệnh gỉ sắt thƣờng tập trung cao điểm vào vụ xuân từ
tháng 3 đến tháng 4 khi nhiệt độ đạt đƣợc từ 20 – 280 C và cây có từ hai đến ba lá
kép đến khi thu hoạch quả. Nếu bị bệnh nặng vào giai đoạn cây ra hoa, kết quả,
có thể gây thất thu hoàn toàn.

A: Không xuất hiện bệnh

B: RB - Reddish Brown C: TAN – Tan (Vết bệnh
(Vết bệnh đặc trƣng của đặc trƣng của giống
giống kháng)
nhiễm)

Hình 2.1. Các kiểu vết bệnh gỉ sắt đậu tƣơng
Nguồn: Rosa et al. (2015)

Theo Nguyễn Thị Bình (1990), nấm gỉ sắt chỉ phát triển đƣợc trên các
tế bào còn sống, ký sinh bắt buộc và xuất hiện ở hầu hết các vụ trồng đậu

7


tƣơng ở miền BắcViệt Nam, nhƣng phát sinh và phá hại nặng nhất trong vụ đậu
tƣơng Xuân Hè và Hè Thu. Bệnh gây hại nặng nhất ở lá nhƣng cũng có thể phát
triển trên thân, cành và quả. Lúc đầu trên lá xuất hiện những điểm nhỏ màu hơi
vàng nổi gờ, sau đó vết bệnh to dần, ở giữa màu vàng nâu xung quanh có quầng
vàng hẹp, vết bệnh mở rộng đƣờng kính tới 2mm. Điểm gờ nhỏ là khối bào tử,
thƣờng ở mặt dƣới lá, còn mặt trên lá chỗ vết bệnh có màu vàng nâu, nhƣng cũng
có khi ổ bào tử hạ xuất hiện cả hai mặt. Bệnh thƣờng xuất hiện trên những lá
bánh tẻ, bệnh có thể hại thân và quả. Bệnh nặng làm lá khô cháy, rụng sớm, quả
nhỏ khô và lép.
2.2.2. Phạm vi và tác hại của bệnh gỉ sắt
Nấm gỉ sắt đậu tƣơng Phakopsora pachyrhizi Sydow có phạm vi ký chủ
rộng, là ký sinh gây bệnh và có khả năng sinh bào tử trên 31 loài trong 17 chi của
cây họ đậu. Nấm có khả năng lây nhiễm từ ký chủ hoang dại sang hàng loạt các
loài thực vật cây họ đậu trong điều kiện nhà kính nhân tạo (Chatasiri and Ono,
2008; Jarvie, 2009). Nghiên cứu của Slaminko et al. (2008), cho thấy nấm có thể
gây bệnh trên nhiều loài cây trồng thuộc 25 chi khác nhau, trong đó có 12 chi
mới chƣa đƣợc báo cáo gây hại.
Nấm gỉ sắt gây bệnh đƣợc phát hiện đầu tiên ở Nhật Bản vào năm 1902 và
lần lƣợt đƣợc ghi nhận ở Đông Nam Á và Úc vào năm 1934, ở Ấn Độ vào năm
1951 (Sharma and Mehta, 1996), Hawaii năm 1994 (Killgore and Heu, 1994) và

ở châu Phi vào năm 1996 (Akinsanmi et al., 2001). Ở Nam Mỹ, tại Brazil mức
độ gây hại của bệnh này đầu tiên đƣợc ghi nhận vào năm 2001 (Yorinori et al.,
2005). Tiếp sau năm đó bệnh hại đƣợc thông báo ở Argentina, Bolivia và
Colombia (Rossi et al.,2003). Năm 2004, bệnh gỉ sắt đậu tƣơng đƣợc công bố
đầu tiên ở nƣớc Mỹ (Schneider et al., 2005).
Tại những vùng bị nhiễm bệnh nặng, thu hoạch có thể giảm tới 80%. Một
số nƣớc đã thông báo về mức độ thiệt hại do bệnh gỉ sắt đậu tƣơng gây ra nhƣ ở
Thái Lan làm giảm năng suất từ 10-40%, ở Ấn Độ giảm từ 10-90%, nam Trung
Quốc là 10-50%, ở Đài Loan là 23-90% và giảm 40% là ở Nhật Bản (Jason and
Pedersen, 2009). Bệnh gỉ sắt vốn chỉ giới hạn ở Đông bán cầu, nhƣng vào năm
1994, nó đã đƣợc phát hiện ở Hawaii và sau đó có mặt ở hầu hết các nơi có diện
tích trồng đậu tƣơng lớn của Tây bán cầu nhƣ: Brazil và Argentina... Sự lây lan
nhanh chóng cùng với tác hại to lớn đã khiến nó trở thành căn bệnh gây rụng lá
nguy hiểm nhất ở đậu tƣơng. Cây đậu tƣơng bị nhiễm bệnh nặng sẽ không thể
8


tạo ra đƣợc nhiều hạt và hạt chắc nhƣ những cây khoẻ mạnh và do đó làm giảm
năng suất (Isard et al., 2005).
2.2.3. Tƣơng tác ký chủ - thể gây bệnh
Bệnh gỉ sắt đậu tƣơng do hai loài nấm gỉ sắt là Phakopsora pachyrhizi
Sydow và Phakopsora meibomiae gây ra (Federick et al., 2002; Miles et al.,
2006; Hosseini and Alkharouf, 2012). Loài nấm gỉ sắt của châu Á Phakopsora
pachyrhizi Sydow là loại gỉ sắt gây hại mạnh nhất cho đậu tƣơng và có độc tính
cao hơn loài Phakopsora meibomiae vốn chỉ có tại Tây bán cầu và không gây ảnh
hƣởng lớn đến sản lƣợng (Ramachandra et al., 2015). Trên đồng ruộng nấm gây
bệnh thƣờng ở dạng sinh sản vô tính, thƣờng gặp nhất là các hạ bào tử
(uredospore) chúng tập hợp lại thành các ổ bào tử (uredosores) nhô lên ở hai mặt
lá. Ổ hạ bào tử có kích thƣớc 197 – 258 x 97 – 108 µ, đƣợc hình thành dƣới lớp
biểu bì lá, sau đó nhô lên khỏi bề mặt lá. Hạ bào tử có kích thƣớc 4,7 - 13 x 2,1 5,6 µ, gồm một tế bào không màu hoặc vàng nhạt, dạng bầu dục không đều (có

đầu trên tròn, hơi phình to, đầu dƣới thu nhỏ lại), bên trong hiện rõ 1 - 2 hạt dầu.
2.2.4. Đa dạng và tính biến chủng của nấm Phakopsora pachyrhizi Sydow
Báo cáo sớm nhất về các biến chủng gây bệnh của nấm Phakopsora
pachyrhizi Sydow là từ Đài Loan vào năm 1966, khi sử dụng 9 chủng P.
pachyrhizi phân lập lây nhiễm trên 6 giống đậu tƣơng khác nhau và 5 loại cây họ
đậu khác, kết quả cho thấy xuất hiện các kiểu vết bệnh khác nhau trên các cây ký
chủ (Lin, 1966). Sau đó, vào năm 1980 ngƣời ta đã xác định và phân lập đƣợc 2
chủng nấm bệnh, một chủng chỉ có khả năng gây nhiễm trên một số giống đậu
tƣơng nhất định, trong khi đó chủng còn lại có khả năng gây nhiễm trên tất cả các
giống đậu tƣơng gieo trồng (McLean and Byth, 1980). Kể từ đó, các kiểu vết
bệnh khác nhau và các chủng khác nhau của nấm P. pachyrhizi đã đƣợc xác định
và phân lập trên toàn cầu (Bảng 2.3).
Các nghiên cứu sau này đã chỉ ra rằng phổ gây độc của các chủng nấm P.
pachyrhizi là không giống nhau khi chúng đƣợc thu thập tại các khu vực địa lý
khác nhau và khả năng gây nhiễm của nấm bệnh cũng có sự khác nhau khi sử
dụng các chủng cũ và mới lây nhiễm trên cùng một kiểu gen cây ký chủ
(Twizeyimana et al., 2009; Yamanaka et al., 2010; Akamatsu et al., 2013; Ishiga
et al., 2013; Murithi et al., 2016). So sánh quá trình gây bệnh của 59 chủng phân
lập nấm gỉ sắt khác nhau đƣợc thu thập từ Brazil, Argentina, Paraguay và Nhật
Bản, các chủng nấm này đƣợc sử dụng gây nhiễm trên 16 mẫu giống đậu tƣơng
9