Luận án tiến sĩ nông nghiệp nghiên cứu tích hợp gen kháng bệnh bạc lá vào một số dòng giống lúa phục vụ chọn tạo giống

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

VIỆN KHOA HỌC NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM
----------***----------

NGUYỄN THÚY ĐIỆP

NGHIÊN CỨU TÍCH HỢP GEN KHÁNG BỆNH BẠC LÁ
VÀO MỘT SỐ DÒNG/GIỐNG LÚA PHỤC VỤ
CHỌN TẠO GIỐNG

LUẬN ÁN TIẾN SĨ NÔNG NGHIỆP

Hà Nội, 2019


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

VIỆN KHOA HỌC NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM
----------***----------

NGUYỄN THÚY ĐIỆP

NGHIÊN CỨU TÍCH HỢP GEN KHÁNG BỆNH BẠC LÁ
VÀO MỘT SỐ DÒNG/GIỐNG LÚA PHỤC VỤ
CHỌN TẠO GIỐNG
Chuyên ngành: Công nghệ sinh học

Mã số: 9420201

LUẬN ÁN TIẾN SĨ NÔNG NGHIỆP

Ngƣời hƣớng dẫn khoa học:
1. PGS.TS. Khuất Hữu Trung
2. TS. Hoàng Hoa Long

Hà Nội, 2019


i

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi dƣới sự hƣớng dẫn
tận tình của các Thầy hƣớng dẫn và sự giúp đỡ của tập thể cán bộ nghiên cứu thuộc
Bộ môn Kỹ thuật Di truyền, Bộ môn Bệnh Học Phân tử - Viện Di truyền Nông
nghiệp. Toàn bộ số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận án này là trung thực và
chƣa từng đƣợc sử dụng để công bố trong các công trình nghiên cứu để nhận học vị.
Tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm về những số liệu trong luận án này.
Hà Nội, ngày
tháng
năm 2019
Tác giả luận án

Nguyễn Thúy Điệp


ii

LỜI CẢM ƠN
Để hoàn thành đƣợc luận án này, tôi đã nhận đƣợc sự hƣớng dẫn, quan tâm
và tận tình giúp đỡ của các thầy cô, bạn bè và đồng nghiệp.
Trƣớc hết, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến PGS.TS. Khuất Hữu Trung
và TS. Hoàng Hoa Long đã trực tiếp hƣớng dẫn, chỉ bảo, động viên và tạo mọi điều
kiện thuận lợi để tôi hoàn thành luận án.
Tôi xin chân thành cảm ơn tập thể cán bộ nghiên cứu thuộc Bộ môn Kỹ thuật
Di truyền, Bộ môn Bệnh Học Phân tử - Viện Di truyền Nông nghiệp đã nhiệt tình
giúp đỡ, tạo điều kiện và thời gian cho tôi hoàn thành luận án này.
Đồng thời, tôi cũng xin bày tỏ lòng biết ơn đến thầy cô thuộc Viện Khoa học
Nông nghiệp Việt Nam, các đồng nghiệp và bạn bè đã luôn quan tâm giúp đỡ, động
viên tinh thần cho tôi trong thời gian làm luận án.
Hà Nội, ngày

tháng

năm 2019

Tác giả luận án

Nguyễn Thúy Điệp


iii

MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ........................................................................................................ i
MỤC LỤC ................................................................................................................. iii
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT ................................................................................. vi
DANH MỤC BẢNG ............................................................................................... viii

DANH MỤC HÌNH ................................................................................................... xi
1. Tính cấp thiết của đề tài .......................................................................................... 1
2. Mục tiêu nghiên cứu................................................................................................ 2
3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài ................................................................ 3
4. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu ........................................................................... 3
5. Những đóng góp mới của đề tài .............................................................................. 4
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU ..................................................................... 5
1.1. Tổng quan về bệnh bạc lá ở lúa ........................................................................... 5
1.1.1. Lịch sử phát hiện bệnh ...................................................................................... 5
1.1.2. Vi khuẩn gây bệnh bạc lá lúa ............................................................................ 6
1.1.3. Các chủng sinh lý trên thế giới và ở Việt Nam ................................................. 7
1.2. Tổng quan về gen kháng và bản chất của gen kháng bệnh bạc lá ..................... 10
1.3. Chỉ thị phân tử và vai trò của chỉ thị phân tử trong chọn tạo giống cây trồng .......... 18
1.3.1. Vai trò của chỉ thị phân tử trong chọn tạo giống cây trồng............................... 18
1.3.2. Các chỉ thị phân tử DNA dùng phổ biến trong lai tạo và chọn giống............. 19
1.3.3. Phƣơng pháp chọn lọc nhờ sự hỗ trợ của chỉ thị phân tử trong chọn tạo giống
lúa (Marker Assisted Selection - MAS) .................................................................... 22
1.4. Tình hình nghiên cứu chọn tạo giống lúa kháng bệnh bạc lá ............................ 26
1.4.1. Sàng lọc nguồn gen kháng bệnh bạc lá ...........................................................26
1.4.2. Tình hình nghiên cứu chọn tạo giống lúa kháng bệnh bạc lá trên thế giới ..... 26
1.4.3. Tình hình nghiên cứu chọn tạo giống lúa kháng bệnh bạc lá ở Việt Nam...... 29
1.5. Tổng quan về gen chất lƣợng và chỉ thị liên kết với gen chất lƣợng .................33
1.6. Khuynh hƣớng nghiên cứu quy tụ nhiều gen vào 1 giống lúa ........................... 39
CHƢƠNG 2. VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ............................ 41


iv

2.1. Vật liệu ...............................................................................................................41
2.1.1. Vật liệu nghiên cứu .........................................................................................41

2.1.2. Các loại hóa chất .............................................................................................43
2.1.3. Máy móc thiết bị sử dụng................................................................................44
2.2. Nội dung nghiên cứu ..........................................................................................44
2.3. Phƣơng pháp nghiên cứu....................................................................................45
2.3.1. Phƣơng pháp xác định các gen ứng viên liên quan kháng bệnh bạc lá ...........45
2.3.2. Phƣơng pháp thiết kế các chỉ thị SSLP ...........................................................46
2.3.4. Phƣơng pháp PCR ........................................................................................... 47
2.3.5. Phƣơng pháp đánh giá tính kháng/nhiễm bạc lá bằng lây nhiễm nhân tạo .....49
2.3.6.Thí nghiệm đồng ruộng ....................................................................................51
2.3.7. Phƣơng pháp xử lý số liệu ...............................................................................53
CHƢƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ............................................................ 54
3.1. Xác định gen kháng bệnh bạc lá và thiết kế mồi nhận diện các gen ứng viên
kháng bệnh bạc lá ...................................................................................................... 54
3.1.1. Xác định và thiết kế mồi nhận diện các gen ứng viên kháng bệnh bạc lá có
trong các giống lúa bản địa của Việt Nam .................................................................. 54
3.1.1.1. Xác định và thiết kế mồi nhận diện các gen ứng viên xa5 ........................... 54
3.1.1.2. Xác định và thiết kế mồi nhận diện các gen ứng viên xa13 ......................... 60
3.1.2. Xác định các gen kháng bệnh bạc lá có trong các nguồn vật liệu thu thập nhờ
sử dụng các chỉ thị liên kết ........................................................................................ 64
3.1.2.1. Kiểm tra gen ứng viên xa5 và xa13 ở các dòng/giống thu thập nhờ sử dụng
các cặp mồi thiết kế ................................................................................................... 64
3.1.2.2. Kiểm tra gen/gen ứng viên Xa4, Xa7 và Xa21 ở các dòng/giống bố mẹ ..... 65
3.2. Đánh giá khả năng kháng/nhiễm bệnh bạc lá của các nguồn vật liệu................ 69
3.3. Tạo nguồn vật liệu mang đa gen/gen ứng viên kháng bệnh bạc lá .................... 72
3.3.1. Xác định các con lai ở thế hệ BC1F1 mang đa gen/gen ứng viên kháng bệnh
bạc lá ......................................................................................................................... 73


v

3.3.2. Xác định các con lai ở thế hệ BC2F1 mang đa gen/gen ứng viên kháng bệnh
bạc lá ......................................................................................................................... 78
3.3.3. Xác định các con lai ở thế hệ BC3F1 mang đa gen/gen ứng viên kháng bệnh
bạc lá ......................................................................................................................... 82
3.3.4. Xác định các cá thể BC3F2 mang đa gen/gen ứng viên kháng bệnh bạc lá và gen
chất lƣợng (Waxy, BADH2) ...................................................................................... 86
3.4.1. Đánh giá một số đặc điểm nông sinh học chính và khả năng kháng bệnh bạc
lá (lây nhiễm nhân tạo) của các dòng BC3F3 mang gen ứng viên kháng bệnh bạc lá
có nền di truyền của giống An dân 11 ...................................................................... 99
3.4.2. Đánh giá một số đặc điểm nông sinh học chính và khả năng kháng bệnh bạc
lá (lây nhiễm nhân tạo) của các dòng BC3F3 mang gen ứng viên kháng bệnh bạc lá
có nền di truyền của giống DT39 ............................................................................ 104
3.4.3. Đánh giá một số đặc điểm nông sinh học chính và khả năng kháng bệnh bạc
lá (lây nhiễm nhân tạo) của các dòng BC3F3 mang gen ứng viên kháng bệnh bạc lá
có nền di truyền của giống Thủ Đô 1 ...................................................................... 111
3.4.4. Đánh giá một số đặc điểm nông sinh học chính và khả năng kháng bệnh bạc
lá (lây nhiễm nhân tạo) của các dòng BC3F3 mang gen kháng bệnh bạc lá có nền di
truyền của giống Bắc thơm số 7 .............................................................................. 115
3.4.5. Chọn tạo các dòng/giống lúa triển vọng .........................................................120
KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ ..................................................................................... 128
1. Kết luận ............................................................................................................... 128
2. Đề nghị ................................................................................................................ 128
CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN .................. 130
TÀI LIỆU THAM KHẢO ....................................................................................... 131
PHỤ LỤC 1. MÔI TRƢỜNG NUÔI CẤY VÀ BẢO QUẢN VI KHUẨN ......... 149
PHỤ LỤC 2. MỘT SỐ HÌNH ẢNH KIỂM TRA GEN/GEN ỨNG VIÊN KHÁNG
BỆNH BẠC LÁ ...................................................................................................... 150
PHỤ LỤC 3. KẾT QUẢ XỬ LÝ SỐ LIỆU IRRISTAT ......................................... 164

vi

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT
Chữ viết
tắt

AC

Giải thích thuật ngữ tiếng
Anh
Amylose Content

Hàm lƣợng amylose

AFLP

Amplified Fragment Length

Sự đa hình các đoạn
khuếch đại

BADH2

Polymorphism
Betaine aldehyde
dehydrogenase

BC

Backcross

Lai trở lại hay lai hồi giao

CAPs

Cleaved Amplified

Trình tự đa hình khuếch đại
bị cắt

CTAB

Polymorphic sequence
Cetyltrimethyl Amonium
Bromide
-

Cộng sự
Cơ sở dữ liệu
Đoạn dẫn xuất trình tự đa
hình khuếch đại bị cắt

Cs
CSDL
dCAPs
DNA

-

Derived Cleaved Amplified

Polymorphic sequence
Deoxyribo Nucleic Acid

Giải thích thuật ngữ tiếng
Việt

-

-

Axit đêôxiribônuclêic

ddNTPs

Dideoxynucleotit
Triphosphate

2',3'dideoxynucleotide
(ddGTP, ddATP, ddTTP và
ddCTP)

EDTA

-

MABC

Ethylenediaminetetra Acetic
Acid
Ethidium bromide

Insertions or Deletions
International Rice Research
Institute
Marker-assisted

MAS

backcrossing
Marker-assisted selection

tử
Chọn giống nhờ chỉ thị phân
tử
Trung tâm thông tin Công
nghệ Sinh học quốc gia

EtBr
InDels
IRRI

NCBI

National Center for
Biotechnology Information

-

Đoạn thêm/bớt
Viện nghiên cứu lúa quốc tế
Lai hồi giao nhờ chỉ thị phân

vii

NILs
NST

Near-isogenic lines
-

Dòng cận đẳng gen
Nhiễm sắc thể

PCR
PSA

Polymerase chain reaction
Potato semi-synthetic agar
medium

Phản ứng chuỗi polymerase
Môi trƣờng nƣớc chiết khoai
tây

SDS
SNPs

Sodium Dodecyl Sulfate
Single nucleotit
polymorphisms

-

SSLP

Single Sequence Length
Polymorphism

Kỹ thuật đa hình độ dài các
chuỗi đơn giản

SSR

Simple sequence repeat

Chỉ thị phân tử vi vệ tinh

STMS

Sequence tagged

hay chỉ thị “microsatellite”
Vị trí vi vệ tinh đƣợc đánh

STS

microsatellite site
Sequence Tagged Site

dấu bởi trình tự

Vị trí đƣợc đánh dấu bởi
trình tự

TAE
TE

Tris-Acetic acid-EDTA
Tris-EDTA

-

RFLP

Restriction Fragment Length
Polymorphisms
Xanthomonas oryzae pv.
Oryzae

Đa hình chiều dài đoạn phân
cắt giới hạn

Xoo

Chỉ thị nucleotit đơn

-

-

viii

DANH MỤC BẢNG
TT
Tên bảng
bảng
1.1 Tổng hợp các gen kháng đã đƣợc xác định ở các giống lúa
1.2 Các giống lúa mang gen kháng bệnh bạc lá đƣợc chọn tạo nhờ sự
2.1
2.2
2.3
2.4
3.1

3.2

3.3

3.4

3.5
3.6
3.7
3.8

3.9

hỗ trợ của chỉ thị phân tử (MAS) và đã thƣơng mại hóa ở Châu Á
Danh sách 36 giống lúa bản địa đã giải trình tự hệ gen
Nguồn gốc của một số dòng/giống lúa ƣu tú sử dụng trong nghiên

cứu
Danh sách các trình tự mồi sử dụng trong nghiên cứu
Thang điểm đánh giá cấp bệnh bạc lá theo phƣơng pháp của IRRI,
2014
Thống kê số lƣợng và tỉ lệ nucleotit vùng CDS (Coding DNA
Sequence) của gen ứng viên xa5 ở một số giống lúa có trình tự
tƣơng đồng với gen tham chiếu xa5 đã công bố
Thống kê số lƣợng và tỉ lệ (%) axit amin vùng CDS của gen ứng
viên xa5 ở một số giống lúa có trình tự tƣơng đồng với gen tham
chiếu xa5 đã công bố
Thống kê số lƣợng và nucleotit vùng CDS (Coding DNA
Sequence) của gen ứng viên xa13 ở một số giống lúa có trình tự
tƣơng đồng với gen tham chiếu xa13 đã công bố
Thống kê số lƣợng và tỉ lệ (%) axit amin vùng CDS của gen ứng
viên xa13 ở một số giống lúa có trình tự tƣơng đồng với gen tham
chiếu xa13 đã công bố
Bảng tổng hợp các dòng/giống mang gen ứng viên kháng bệnh bạc
lá
Đánh giá khả năng kháng/nhiễm của các dòng/giống lúa nghiên
cứu bằng lây nhiễm nhân tạo (vụ Xuân 2014- Thạch Thất, Hà Nội)
Danh sách các tổ hợp lai thiết kế
Thống kê kết quả xác định các gen/gen ứng viên kháng bệnh bạc
lá và chọn lọc các cá thể BC1F1, tạo BC2F1 (vụ Xuân 2015- Tây
Tựu, Hà Nội)
Thống kê kết quả xác định các gen/gen ứng viên kháng bệnh bạc

Trang
14
28
41

42
43
50
54

56

61

62

68
71
72
77

81


ix

3.10

lá và chọn lọc các cá thể BC2F1, tạo BC3F1 (vụ Mùa 2015 - Tây
Tựu, Hà Nội)
Thống kê kết quả xác định các gen/gen ứng viên kháng bệnh bạc

84

lá và chọn lọc các cá thể BC3F1, tạo BC3F2 (vụ Xuân 2016 - Thạch

Thất, Hà Nội)
3.11
3.12

Kiểu gen của các cá thể BC3F2 của một số tổ hợp lai mang 2 gen
ứng viên Xa4+xa5
Kiểu gen của các cá thể BC3F2 của tổ hợp lai mang 3 gen ứng viên

88
89

xa5+Xa7+xa13
3.13
3.14
3.15
3.16

Kiểu gen của các cá thể BC3F2 của một số tổ hợp lai mang 2-3
gen/gen ứng viên Xa4+Xa7/Xa4+Xa7+Xa21
Kiểm tra và chọn lọc các cá thể ở thế hệ BC3F2 của các tổ hợp lai
mang gen/gen ứng viên kháng bệnh bạc lá (vụ Mùa 2016)
Một số đặc điểm hình thái của các cá thể BC3F2:3 mang gen/gen
ứng viên kháng bệnh bạc lá (vụ Mùa 2016 - Thạch Thất, Hà Nội)
Xác định gen BADH2 và Waxy ở các giống lúa nghiên cứu

90
93
94
97

3.17

Đánh giá khả năng kháng bệnh bạc lá (lây nhiễm nhân tạo) của các
dòng BC3F3 có nền di truyền của giống An Dân 11 (Vụ Xuân
2017- Thạch Thất, Hà Nội)

100

3.18

Đặc điểm sinh trƣởng của các cá thể BC3F3 mang gen ứng viên

102

3.19

3.20

3.21

3.22

kháng bệnh bạc lá có nền di truyền của giống An Dân 11 (Vụ
Xuân 2017 - Thạch Thất, Hà Nội)
Các yếu tố cấu thành năng suất của các dòng BC3F3 mang gen ứng
viên kháng bệnh bạc lá có nền di truyền của giống An Dân 11 (Vụ
Xuân 2017 - Thạch Thất, Hà Nội)
Đánh giá khả năng kháng bệnh bạc lá (lây nhiễm nhân tạo) của các
dòng BC3F3 có nền di truyền của giống DT39 (Vụ Xuân 2017Thạch Thất, Hà Nội)
Một số đặc điểm sinh trƣởng của các dòng BC3F3 mang gen kháng

bệnh bạc lá có nền di truyền của giống DT39 (Vụ Xuân 2017 Thạch Thất, Hà Nội)
Các yếu tố cấu thành năng suất của các dòng BC3F3 mang gen
kháng bệnh bạc lá có nền di truyền của giống DT39 (Vụ Xuân

104

107

108

109


x

3.23

2017 - Thạch Thất, Hà Nội)
Đánh giá khả năng kháng bệnh bạc lá (lây nhiễm nhân tạo) của các
dòng BC3F3 có nền di truyền của giống Thủ Đô 1 (Vụ Xuân 2017 -

112

3.24

Thạch Thất, Hà Nội)
Đặc điểm sinh trƣởng của các cá thể BC3F3 mang gen/gen ứng

113

3.25

viên kháng bệnh bạc lá có nền di truyền của giống Thủ Đô 1 (Vụ
Xuân 2017 - Thạch Thất, Hà Nội)
Các yếu tố cấu thành năng suất của các dòng BC3F3 mang gen

114

kháng bệnh bạc lá có nền di truyền của giống Thủ Đô 1 (Vụ Xuân
2017 - Thạch Thất, Hà Nội)
3.26

Đánh giá khả năng kháng bệnh bạc lá (lây nhiễm nhân tạo) của các
dòng BC3F3 mang gen kháng bệnh bạc lá có nền di truyền của
giống Bắc thơm số 7 (Vụ Xuân 2017 - Thạch Thất, Hà Nội)
Đặc điểm sinh trƣởng của các dòng BC3F3 mang gen kháng bệnh
bạc lá có nền di truyền của giống Bắc thơm số 7 (Vụ Xuân 2017 Thạch Thất, Hà Nội)

117

3.28

Các yếu tố cấu thành năng suất của các dòng BC3F3 mang gen
kháng bệnh bạc lá thuộc tổ hợp lai Bắc thơm số 7/IRBB62 (Vụ
Xuân 2017- Thạch Thất, Hà Nội)

119

3.29
3.30

Phản ứng của các dòng/giống lúa đối với bệnh bạc lá
Mức độ nhiễm sâu bệnh của các dòng khảo nghiệm (ngoài đồng
ruộng, vụ Mùa 2017)
Đặc điểm sinh trƣởng của các dòng khảo nghiệm (vụ Mùa 2017)
Yếu tố cấu thành năng suất và năng suất của các giống khảo
nghiệm (vụ Mùa 2017)
Phân tích, đánh giá một số tính trạng chất lƣợng của dòng
KTDT18
Bảng tổng hợp một số đặc điểm sinh trƣởng, yếu tố cấu thành
năng suất và năng suất của dòng triển vọng KTDT18

120
122

3.27

3.31
3.32
3.33
3.34

118

123
124
125
126

xi

DANH MỤC HÌNH
TT
hình
2.1

Tên hình

Trang

Sơ đồ thiết kế mồi SSLP tổng quát

46

2.2

Sơ đồ lai tạo tổng quát của các tổ hợp lai đã thiết kế

51

3.1

58

3.2

Trình tự một đoạn gen ứng viên kháng bệnh bạc lá xa5 của một số
giống lúa bản địa (đoạn mất 35 nucleotit)
Sơ đồ thiết kế cặp mồi xa5add35

3.3

Ảnh điện di sản phẩm PCR xác định gen ứng viên xa5 ở các

60

58

dòng/giống lúa bản địa sử dụng cặp mồi xa5add35
3.4

3.7

Trình tự một đoạn gen ứng viên kháng bệnh bạc lá xa13 của một số
giống lúa bản địa (đoạn mất 4 nucleotit)
Sơ đồ thiết kế cặp mồi xa13add4
Ảnh điện di sản phẩm PCR xác định gen ứng viên xa13 ở các giống
lúa bản địa của Việt Nam sử dụng cặp mồi xa13add4
Ảnh điện di sản phẩm PCR xác định gen ứng viên xa5 (a) và xa13

3.8

(b) ở các dòng/giống lúa ƣu tú sử dụng cặp mồi xa5add35 và
xa13add4 tƣơng ứng
Ảnh điện di sản phẩm PCR xác định gen ứng viên Xa7 ở các

3.5
3.6

61
63
64
65

66

dòng/giống lúa ƣu tú (a) và giống lúa bản địa (b) với cặp mồi P3
3.9
3.10
3.11
3.12

3.13
3.14
3.15

Ảnh điện di sản phẩm PCR xác định gen ứng viên Xa21 ở các
dòng/giống lúa nghiên cứu sử dụng cặp mồi pTA248
Khuẩn lạc cấy trên môi trƣờng PSA đặc
Đánh giá khả năng kháng/nhiễm của một số dòng/giống lúa nghiên
cứu
Ảnh điện di sản phẩm PCR xác định gen ứng viên Xa4 (a), xa5 (b)
đối với các cá thể BC1F1 của tổ hợp lai Thủ đô 1*2/Chấn thơm sử
dụng cặp mồi MP1-2, xa5add35 tƣơng ứng

67

Tạo hạt lai ở thế hệ BC2F1 của các tổ hợp lai (vụ Xuân 2015)
Ảnh điện di sản phẩm PCR xác định gen Xa4 (a), Xa7 (b) và Xa21

(c) đối với các cá thể BC1F1 của tổ hợp lai Bắc thơm số 7*2/IRBB62
Ảnh điện di kiểm tra sản phẩm PCR xác định gen ứng viên Xa4 (a)
và xa5 (b) đối với các cá thể BC2F1 của tổ hợp lai DT39*3/Chấn

75
76

70
70
74

78


xii

3.16

3.17
3.18
3.19

thơm sử dụng cặp mồi MP1-2 và xa5add35 tƣơng ứng
Ảnh điện di sản phẩm PCR xác định gen Xa4 (a), Xa7 (b), Xa21 (c)
đối với các cá thể BC2F1 của tổ hợp lai Thủ Đô 1*3/IRBB62 sử
dụng cặp mồi MP1-2, P3, pTA248 tƣơng ứng
Tạo hạt lai ở thế hệ BC3F1 của các tổ hợp lai (vụ Mùa 2015)
Ruộng thí nghiệm chọn lọc các cá thể BC3F1 mang gen kháng bệnh
bạc lá, tạo BC3F2 (vụ Xuân 2016 - Thạch Thất, Hà Nội))
Ảnh điện di sản phẩm PCR xác định gen ứng viên xa5 (a), Xa7 (b),

80

82
84
85

xa13 (c) đối với các cá thể BC3F1 của tổ hợp lai An Dân 11*4/Hom
râu sử dụng cặp mồi xa5add35, P3, xa13add4 tƣơng ứng
3.20

3.22

Hạt tự thụ (BC3F2) của các cá thể thuộc thế hệ BC3F1 mang gen
kháng bệnh bạc lá của 1 số tổ hợp lai
Ảnh điện di sản phẩm PCR xác định gen ứng viên Xa4 (a), xa5(b)
đối với các cá thể BC3F2 của tổ hợp lai Thủ đô 1/Chấn thơm sử dụng
cặp mồi MP1-2, xa5add35 tƣơng ứng
Ảnh điện di sản phẩm PCR xác định gen Xa4 (a), Xa7 (b), Xa21 (c)

3.23

đối với các cá thể BC3F2 của tổ hợp lai Thủ Đô 1/IRBB62 sử dụng
cặp mồi MP1-2, P3, pTA248 tƣơng ứng
Ảnh điện di sản phẩm PCR xác định gen Xa4 (a), Xa7 (b), Xa21 (c)

3.21

87
91

92

92

đối với các cá thể BC3F2 của tổ hợp lai Bắc thơm 7/IRBB62 sử
3.24
3.25
3.26

3.27
3.28
3.29

dụng cặp mồi MP1-2, P3, pTA248 tƣơng ứng
Ảnh điện di sản phẩm PCR gen chất lƣợng (BADH2 (a), Waxy (b)) ở
các dòng BC3F2 mang đa gen/gen ứng viên bạc lá
Sơ đồ lai tạo của tổ hợp lai An dân 11/Hom râu
Đánh giá lây nhiễm nhân tạo khả năng kháng bệnh bạc lá của các
của các dòng BC3F3 có nền di truyền của giống An Dân 11 (Vụ
Xuân 2017)
Các cá thể BC3F3:4 mang gen ứng viên kháng bệnh bạc lá có nền di
truyền của giống An Dân 11
Sơ đồ lai tạo của tổ hợp lai DT39/Chấn thơm
Đánh giá lây nhiễm nhân tạo khả năng kháng bệnh bạc lá của các
của các dòng BC3F3 có nền di truyền của giống DT39 (Vụ Xuân
2017)

96
99

101

103
105
106


xiii

3.30
3.31

Các cá thể BC3F3:4 mang gen ứng viên kháng bệnh bạc lá có nền di
truyền của giống DT39
Sơ đồ lai tạo của tổ hợp lai Thủ đô 1/Chấn thơm (a) và Thủ đô

110

3.32

1/IRBB62 (b)
Các cá thể BC3F3:4 của các dòng mang gen ứng viên kháng bệnh bạc

115

3.33
3.34

lá có nền di truyền của giống Thủ Đô 1
Sơ đồ lai tạo của tổ hợp lai Bắc thơm số 7/IRBB62 (b)

Các cá thể BC3F3:4 của các dòng mang gen ứng viên kháng bệnh bạc

116
119

111

lá có nền di truyền của giống Bắc thơm số 7
3.35

Các dòng khảo nghiệm tại Văn Lâm, Hƣng Yên (Vụ Mùa 2017)

124

3.36

Hình dạng hạt gạo, cơm dòng KTDT18

127


1

MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Bệnh bạc lá gây ra bởi Xanthomonas oryzae pv. oryzae (Xoo) là một trong
những bệnh nghiêm trọng nhất ở lúa, gây thiệt hại đến năng suất của nhiều giống
lúa trên khắp thế giới. Bệnh bạc lá lúa xuất hiện ở tất cả các giai đoạn phát triển của
cây lúa. Mức độ nhiễm bệnh cũng nhƣ những ảnh hƣởng về năng suất tùy thuộc vào
giai đoạn phát triển của cây, độ mẫm cảm với mầm bệnh và các yếu tố môi trƣờng.

Bệnh bạc lá lúa đƣợc ghi nhận đầu tiên ở Nhật Bản vào năm 1884 và cho đến nay
bệnh đã thành dịch hại ở hầu hết các vùng trồng lúa trên thế giới, đặc biệt là các
nƣớc trồng lúa ở Châu Á. Bệnh bạc lá lúa có nguy cơ gây hại cả ở vụ xuân và vụ
mùa. Hiện nay, việc sử dụng các chất hóa học để kiểm soát bệnh bạc lá vẫn chƣa có
hiệu quả, gây ô nhiễm môi trƣờng, sức khỏe con ngƣời và chất lƣợng nông sản.
(Khuất Hữu Trung và cs, 2015). Ngƣời ta nhận thấy rằng việc tăng cƣờng tính
kháng di truyền là phƣơng pháp hiệu quả nhất để kiểm soát bệnh bạc lá lúa. Do đó,
việc phát triển các dòng/giống lúa mang gen kháng bệnh thông qua các ứng dụng
chọn giống phân tử kết hợp với phƣơng pháp chọn giống truyền thống hiện đang là
một trong những chiến lƣợc quan trọng để kiểm soát bệnh bạc lá lúa.
Ngày nay, nhờ công cụ giải mã hệ gen thế hệ mới, việc giải mã một hệ gen
hoàn chỉnh chỉ trong vài ngày cho phép xây dựng cơ sở dữ liệu hệ gen để khai thác
một cách hiệu quả các nguồn gen, đặc biệt các nguồn gen lúa hoang dại và lúa bản
địa. Với sự phát triển mạnh mẽ của tin sinh học, việc phân tích hệ gen, sàng lọc,
phát hiện các gen/QTL kháng ngày càng nhiều và nhanh chóng. Tính đến nay, các
nhà khoa học đã tìm ra đƣợc 43 gen kháng bệnh bạc lá ở cây lúa trồng và lúa hoang
dại, trong đó có 27 gen trội và 16 gen lặn (Yogesh et al, 2017; Suk, 2018). Trong số
43 gen đã đƣợc tìm thấy thì có 15 gen đã đƣợc phân lập, lập bản đồ vật lý và 6 gen
kháng đã đƣợc tách dòng, nhân bản và giải trình tự (Basabdatta et al., 2014; Mueen
et al., 2015; Ranjith et al., 2016; Yogesh et al., 2017; Suk, 2018). Các gen kháng
này hoạt động theo cơ chế gen đối gen và là nguồn gen chính để cải tiến di truyền ở
các giống lúa kháng với Xanthomonas. Mức độ biểu hiện tính kháng của các gen rất


2

khác nhau và biểu hiện ở các giai đoạn phát triển khác nhau của cây lúa, những gen
chính kháng theo cơ chế hoàn toàn, những gen phụ kháng theo từng phần và đƣợc
kiểm soát bởi QTL/gen (Khuất Hữu Trung và cs, 2015).
Tuy nhiên, với sự phát triển của các chủng Xanthomonas mới và sự biến đổi

đa dạng quần thể bệnh đã làm phá vỡ tính kháng của nhiều giống lúa (Yogesh et al,
2017). Để kiểm soát sự phá vỡ tính kháng, khuynh hƣớng quy tụ nhiều gen vào một
giống đã đƣợc áp dụng và mang lại hiệu quả đáng kể. Mặt khác, mỗi gen chính
thƣờng chỉ kháng đƣợc với một chủng gây bệnh hoặc nòi gây hại nào đó, do vậy
nếu quy tụ đƣợc vài gen kháng vào một dòng hoặc giống lúa thì sẽ tạo ra đƣợc dòng
lúa kháng đƣợc nhiều chủng gây bệnh hoặc nhiều nòi gây hại, cải thiện tính kháng
ngang từ tính kháng dọc, tạo ra tính kháng bền vững và ổn định.
Việc phát triển nhanh chóng của các chỉ thị phân tử kết hợp với các chỉ thị
chức năng cho phép lai qui tụ nhiều gen kháng một cách chính xác đã mở ra cơ hội
mới cho các nhà chọn tạo giống trong việc tạo ra các giống kháng bệnh bạc lá phổ
rộng, kháng ở mọi giai đoạn phát triển của cây lúa, kháng bền vững với các nòi gây
bệnh. Việc chọn tạo các giống lúa mang đa gen với sự hỗ trợ của chỉ thị phân tử
(MAS) giúp chọn lọc các cá thể mang các tính trạng mong muốn với độ tin cậy cao,
có thể chọn lọc ở giai đoạn phát triển đầu của cá thể, phân biệt đƣợc kiểu gen dị hợp
tử, chọn lọc đƣợc các alen lặn và giúp quy tụ đƣợc nhiều gen vào cùng một giống,
giúp đẩy nhanh sự phát triển các dòng trong chƣơng trình chọn tạo giống (Guvvala
et al, 2013; Pradhan et al, 2015).
Xuất phát từ những lý do nêu trên chúng tôi đã thực hiện nghiên cứu đề tài
“Nghiên cứu tích hợp gen kháng bệnh bạc lá vào một số dòng/giống lúa phục vụ
chọn tạo giống” nhằm sử dụng chỉ thị phân tử kết hợp với lai trở lại để nhanh chóng
đƣa các gen/gen ứng viên kháng bệnh bạc lá vào các giống lúa ƣu tú, phục vụ cho
các chƣơng trình nghiên cứu chọn tạo giống lúa và trực tiếp cho sản xuất.
2. Mục tiêu nghiên cứu
- Ứng dụng chỉ thị phân tử trong lai trở lại nhằm tích hợp các gen/gen ứng
viên kháng bệnh bạc lá (Xa4, xa5, Xa7, xa13 và Xa21) vào một số dòng/giống lúa


3

ƣu tú, tạo đƣợc các nguồn vật liệu mang 2-3 gen kháng bệnh bạc lá phục vụ công

tác chọn tạo giống lúa;
- Tạo ra dòng triển vọng có năng suất cao, chất lƣợng tốt, có khả năng kháng
bền vững với các chủng gây bệnh bạc lá của Việt Nam để phát triển thành giống,
đáp ứng đƣợc nhu cầu của sản xuất.
3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
* Ý nghĩa khoa học:
- Cung cấp thêm nhiều dữ liệu, thông tin về phân tích hệ gen lúa bản địa và
ứng dụng chỉ thị phân tử trong nghiên cứu chọn tạo giống lúa kháng bệnh bạc lá;
- Kết quả của đề tài góp phần quan trọng trong việc tạo nguồn vật liệu là các
dòng/giống mang đa gen/gen ứng viên kháng bệnh bạc lá phục vụ cho công tác
nghiên cứu tính kháng và chọn tạo giống lúa kháng bệnh bạc lá.
* Ý nghĩa thực tiễn:
- Tạo đƣợc 2-3 nguồn vật liệu có khả năng bệnh kháng bệnh bạc lá có nền di
truyền là các giống lúa ƣu tú;
- Tạo ra đƣợc 1-2 dòng triển vọng trong khảo nghiệm có năng suất cao, chất
lƣợng tốt, kháng bệnh bạc lá, có khả năng phát triển trong sản xuất.
4. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu
* Đối tượng nghiên cứu
- Các dòng/giống lúa ƣu tú đang đƣợc trồng phổ biến ở phía Bắc Việt Nam,
các giống lúa bản địa, các dòng NIL mang gen kháng bệnh bạc lá nhập nội từ IRRI;
- Cơ sở dữ liệu hệ gen của 36 giống lúa bản địa của Việt Nam và các chỉ thị
phân tử có liên quan ứng dụng trong nghiên cứu chọn tạo giống.
* Phạm vi nghiên cứu
- Đề tài ứng dụng công cụ tin sinh học để khai thác trình tự hệ gen đầy đủ
của các giống lúa bản địa của Việt Nam, xác định đƣợc các gen ứng viên kháng
bệnh bạc lá, từ đó thiết kế chỉ thị chức năng để nhận biết các gen mục tiêu, phục vụ
cho nghiên cứu tính kháng và công tác chọn tạo giống lúa;


4

- Đề tài tập trung nghiên cứu ứng dụng chỉ thị phân tử và lai trở lại để tích
hợp nhiều gen kháng bệnh bạc lá vào cùng một giống lúa, nhằm tạo ra nguồn vật
liệu kháng bệnh bạc lá, phục vụ cho công tác chọn tạo giống.
* Địa điểm và thời gian nghiên cứu
- Thí nghiệm đƣợc triển khai tại: Bộ môn Kĩ thuật Di truyền, Viện Di truyền
Nông nghiệp; Viện Bảo vệ Thực vật; Trạm Khảo kiểm nghiệm giống, sản phẩm cây
trồng Văn Lâm, Hƣng Yên và Trung tâm Nghiên cứu ứng dụng khoa học kĩ thuật
giống cây trồng nông nghiệp Thanh Hóa thuộc Trung tâm Khảo kiểm nghiệm
Giống, sản phẩm Cây trồng Quốc gia; khu đồng ruộng thí nghiệm thuộc xã Tây
Tựu, Bắc Từ Liêm, Hà Nội; xã Đại Đồng, Thạc Thất, Hà Nội.
- Thời gian nghiên cứu: Từ năm 2014 đến năm 2017.
5. Những đóng góp mới của đề tài
- Lần đầu tiên ứng dụng công cụ tin sinh học để khai thác trình tự hệ gen đầy đủ
của các giống lúa bản địa của Việt Nam, xác định đƣợc các gen ứng viên xa5 và
xa13, từ đó thiết kế các chỉ thị chức năng và ứng dụng chỉ thị phân tử nhằm tích hợp
nhiều gen kháng vào các dòng/giống lúa ƣu tú, phục vụ lai tạo giống lúa kháng bệnh
bạc lá và công tác nghiên cứu tính kháng;
- Tạo ra 10 nguồn vật liệu mang 2-3 gen/gen ứng viên (Xa4+xa5/ Xa4+Xa7/
xa5+Xa7/xa5+xa13/xa5+Xa7+xa13 - có nguồn gốc từ dòng NIL của IRRI) hoặc 2-3
gen ứng viên (Xa4+Xa7/Xa4+Xa21/Xa7+Xa21/Xa4+Xa7+Xa21 - có nguồn gốc từ
các giống lúa bản địa) có khả năng kháng bệnh bạc lá, phục vụ cho công tác chọn
tạo giống lúa năng suất cao, chất lƣợng tốt, kháng bệnh bạc lá;
- Tạo ra 01 dòng triển vọng (KTDT18) có năng suất, chất lƣợng, mang 2 gen
ứng viên Xa4+xa5 (có nguồn gốc từ giống lúa bản địa), có khả năng kháng bệnh bạc
lá, để phát triển phục vụ cho sản xuất.


5

CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU
1.1. Tổng quan về bệnh bạc lá ở lúa
1.1.1. Lịch sử phát hiện bệnh
Bệnh bạc lá lúa đƣợc phát hiện đầu tiên ở Fukuoka - Nhật Bản vào năm
1884. Ban đầu ngƣời ta lầm tƣởng nguyên nhân gây nên triệu chứng bệnh là do acid
đất. Nhƣng không lâu sau đó, ngƣời ta đã công nhận nguyên nhân của nó là do vi
khuẩn gây nên. Năm 1911, Bokura đã phân lập một loại vi khuẩn và sau khi nghiên
cứu về hình thái và sinh lý đã đặt tên là Bacillus oryzae. Năm 1922, Ishiyama đã
nghiên cứu sâu hơn về bệnh bạc lá và đã đặt tên lại là Pseudomonas oryzae theo hệ
thống Migula. Sau nhiều nghiên cứu tiếp theo, ngƣời ta đặt tên nó là Bacterium
oryzae và sau này là Xanthomonas oryzae. Theo sửa đổi của Bộ luật quốc tế về
danh mục vi khuẩn (ICNB), ủy ban phân loại vi khuẩn của Hiệp hội Thực vật Quốc
tế đã thông qua tên Xanthomonas campestris pv. oryzae Dye. Năm 1990, tác nhân
gây bệnh bạc lá đã đƣợc phân loại là loài và đƣợc đặt tên là Xanthomonas oryzae
pv. oryzae (Trích theo Pranamika Sharma et al., 2017).
Xanthomonas oryzae pv. oryzae tồn tại chủ yếu trong cây lúa và trên vật chủ là
cỏ dại, đáng chú ý là Leersia oryzoides, Zizania latifolia Leptocholoa chinensis, L.
panicea và Cyperus rotundis. Ở Úc, vi khuẩn đƣợc biết là tồn tại trong các loài
Oryza hoang dã (O. rufipogon và O. australiensis). Xoo cũng có thể tồn tại thời gian
ngắn trên hạt bị nhiễm bệnh và trong đất, nhƣng chúng chƣa đƣợc chứng minh là
nguồn quan trọng trong việc lây nhiễm mầm bệnh. Ở những vùng nhiệt đới, vi
khuẩn cũng có thể tồn tại trong nƣớc tƣới (Trích theo Pranamika Sharma et al.,
2017).
Bệnh bạc lá lúa trở nên phổ biến ở tất cả các vùng trồng lúa trên khắp thế
giới vào cuối thập kỉ 60 đến đầu thập kỉ 80 của thế kỉ XX, đặc biệt trên các nƣớc
trồng lúa ở Châu Á nhƣ: Ấn Độ (1990), Philippin (1918), Indonesia (1950), Trung
Quốc (1957). Bệnh bạc lá lúa có xu hƣớng tăng trở lại và gây hại cả ở vụ xuân
(David O. N et al., 2006). Hiện nay, bệnh đã gây hại phổ biến ở hầu hết các nƣớc
trồng lúa trên thế giới.

6

1.1.2. Vi khuẩn gây bệnh bạc lá lúa
Vi

khuẩn

Xanthomonas

oryzae

thuộc

chi

Xanthomonas,

họ

Pseudomonadaceae, bộ Eubacteriales, lớp Schizomycetes (Eubacteria).
Tuy nhiên hệ thống phân loại này còn có nhiều tiêu chí chƣa đƣợc nghiên
cứu đầy đủ nên hệ thống chƣa có đƣợc sự thống nhất toàn diện. Trong những năm
gần đây, phân loại vi khuẩn hiện đại dựa trên các nghiên cứu và phân tích trực tiếp
cấu trúc ADN. Các cá thể, các isolate khác nhau nhƣng cùng một loài sẽ có cấu trúc
di truyền tƣơng tự nhau. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng, hàm lƣợng các nucleotit
G+C đặc trƣng cho mỗi loài và đƣợc sử dụng làm 1 trong những chỉ tiêu phân loại.
Theo đó, các kết quả nghiên cứu cũng cho thấy hàm lƣợng G+C của những loài
trong chi Erwinia là 50-54%; Corynebacterium là 54-55%; Pseudomonas là 5863%; còn ở Xanthomonas là 63-69% (Vũ Triệu Mân, 2007).
Trong hệ thống phân loại, Xanthomonas bao gồm 3 loài là X. Oryzae pv.

oryzae, X. Axonopodis pv. citri, và X. Campestris pv. campestris. Hệ gen của
Xanthomonas oryzae pv. oryzae (gọi tắt là Xoo) có chiều dài xấp xỉ 5 triệu bp
(4.940.217 bp), trong đó thành phần G+C chiếm 63,72% và vùng mã hoá protein
chiếm tới 84,12% (Ochiai et al., 2005). Về đặc tính gây bệnh của vi khuẩn, các
nghiên cứu chỉ ra rằng có 3 nhóm gen đó là: nhóm hrp, avr và hrpX.
- Nhóm gen hrp mã hoá cho hệ thống các enzyme tiết, có chức năng chuyển
các protein thụ thể vào tế bào cây chủ. Ở Xanthomonas oryzae pv. oryzae, nhóm
này bao gồm 27 gen khác nhau.
- Nhóm gen avr đóng vai trò quyết định sự đặc hiệu ký sinh - ký chủ. Chúng
mã hoá ra các yếu tố tạo nên độc lực của vi khuẩn, giúp vi khuẩn ký sinh, gây bệnh.
Xanthomonas oryzae pv. oryzae bao gồm 17 bản copy các thành viên của họ gen
avrBs3/pth, một kiểu gen chính avr đƣợc định vị trên 7 vùng khác nhau của hệ gen.
- Nhóm gen HrpX: Ở cả 3 loài thì sự biểu hiện của nhóm gen hrp và avr đều
phụ thuộc vào sản phẩm của gen hrpG và hrpX. Một vài gen HrpX có sự đồng nhất
về trình tự (TTCGC-N15-TTCGC), ngƣời ta đặt tên cho nó là đoạn PIP box. Vì vậy
PIP box là đặc điểm để phân loại các gen HrpX. Ở loài Xoo, các nghiên cứu đã tìm


7

thấy có 37 bản copy hoàn chỉnh hoặc gần hoàn chỉnh của đoạn PIP box trong vùng
khởi đầu phiên mã của các gen, 5 trong số các gen đó nằm trong vùng của nhóm
gen hrp, còn lại thì nằm rải rác khắp bộ genom của vi khuẩn. Họ gen avrBs2 có ở cả
3 loài, họ gen avrBs1 chỉ tìm thấy ở X.campestis pv. campestris, còn họ gen
avrBs3/pth xuất hiện phổ biến ở loài X. Oryzae pv. Oryzae (NIAS, 2010). Ở loài X.
Axonopodis pv. citri thì những gen avr đều nằm trên plasmid. Còn ở loài X. Oryzae
pv. oryzae có 1 gen là thuộc họ gen avrBs2, còn lại đa số thuộc họ gen avrBs3 và
nằm trong cấu trúc hệ gen của vi khuẩn. Ví dụ nhƣ avrxa5 thuộc nhóm avrBs3,
avrXa7 cũng là một thành viên của họ gen avrBs3. AvrXa7 có đặc trƣng là chứa
trình tự lặp ở vùng trung tâm. Đoạn sợi kép của avrXa7 rất giàu trình tự T. Nếu xảy

ra đột biến ở vùng kết thúc có chứa trình tự CCC thì AvrXa7 sẽ trở thành avrXa7
(tức là gen gây độc). AvrXa21 muốn hoạt động đƣợc đòi hỏi sự có mặt của các gen
raxA, raxB, raxC, những gen mã hoá cho các thành phần của hệ thống bài tiết.
Trong khi đó với loài Xanthomonas campestris pv. campestris thì avrXa21 chỉ hoạt
động khi có gen raxA và raxST, mã hoá ra enzym sulfotransferase. Sự biểu hiện của
các gen rax lại phụ thuộc vào mật độ chủng cũng nhƣ các gen rax chức năng khác.
1.1.3. Các chủng sinh lý trên thế giới và ở Việt Nam
Một đặc điểm cơ bản của vi khuẩn Xanthomonas oryzae pv. Oryzae là chủng
có khả năng đột biến tạo thành một quần thể rộng gồm nhiều nhóm chủng. Mỗi
vùng sản xuất có thể có nhiều chủng vi khuẩn gây bệnh có độc tính khác nhau
(Nguyễn Thị Liên và cs, 2012). Vi khuẩn bạc lá rất phong phú và đa dạng về thành
phần nòi. Các nghiên cứu để phân chia các nòi thành các chủng sinh lý đều dựa trên
độc tính gây bệnh của chúng trên các giống lúa khác nhau. Tuy nhiên, mỗi quốc gia
lại gieo trồng các giống khác nhau vì thế để phân nhóm và so sánh các chủng sinh
lý giữa các quốc gia, các nhà khoa học của Viện Nghiên cứu lúa Quốc tế (IRRI) và
Nhật Bản xây dựng nên hệ thống các dòng lúa phục vụ cho mục đích này. Hệ thống
này bao gồm các dòng cận đẳng gen (NIL) đƣợc tạo ra dựa vào việc lai chuyển các
gen kháng bệnh bạc lá vào nền gen của 3 giống IR24, Toyonishiki và Milyang 23


8

(NIAS, 2010). Các dòng NIL này đƣợc dùng để phân nhóm các chủng vi khuẩn bạc
lá. Ngoài ra, các dòng NIL còn là nguồn cho gen kháng.
Đã có hơn 30 nòi Xanthomonas oryzae pv. Oryzae (Xoo) đã đƣợc báo cáo,
Tuy nhiên, các chủng khác nhau không đƣợc xác định một rõ ràng có phản ứng đặc
hiệu với giống lúa nào (Trích theo Pranamika Sharma et al., 2017).
Ở Nhật Bản, nghiên cứu nòi vi khuẩn bạc lá đƣợc tiến hành từ năm 1957, khi
phát hiện thấy giống Aisacase kháng bệnh trở nên nhiễm bệnh. Họ đã xác định đƣợc
ở Nhật Bản có 5 nhóm nòi vi khuẩn. Phillipin đã xác định đƣợc 6 nhóm nòi và ở

Indonesia có 9 nhóm nòi.
Ở Việt Nam, những nghiên cứu bƣớc đầu về thành phần nòi vi khuẩn gây
bệnh bạc lá đã đƣợc Tạ Minh Sơn (1987) nghiên cứu và cho thấy: Vi khuẩn bạc lá
có 4 nhóm nòi phổ biến nhất. Nhóm I tập trung ở các tỉnh đồng bằng Bắc Bộ. Nhóm
II tập trung ở các tỉnh đồng bằng Nam Bộ. Nhóm III và nhóm IV phân bố rải rác
trong cả nƣớc. So với thành phần nòi ở Nhật Bản thì nòi tìm thấy ở Việt Nam khác
hẳn. Một số nhóm nòi ở Philippin và Indonesia đều tìm thấy ở Việt Nam. Nhóm II ở
Việt Nam tƣơng tự nhƣ nhóm IV của Philippin, nhóm IV ở Việt Nam tƣơng tự
nhóm I ở Philippin hay nhóm B ở Indonesia. Nhƣ vậy, thành phần nhóm nòi ở Việt
Nam thể hiện đa dạng và phức tạp hơn ở các quốc gia khác (Tạ Minh Sơn, 1987).
Gần đây, tác giả Phan Hữu Tôn (2004) khi nghiên cứu về bệnh bạc lá ở 15 tỉnh
miền Bắc đã nhận thấy các nhóm chủng Xoo thƣờng xuất hiện đan xen, ở một địa
phƣơng có thể xuất hiện nhiều nhóm chủng, trái lại một nhóm chủng có thể hiện
diện ở nhiều địa phƣơng. Trên một vết bệnh đôi khi có thể tồn tại một hoặc một số
chủng vi khuẩn nhất định (Phan Hữu Tôn, 2004).
Khi nghiên cứu về thành phần nhóm nòi vi khuẩn gây bệnh bạc lá ở vùng
đồng Bằng Sông Hồng, tác giả Lƣu Văn Quyết (1999) đã xác định có 7 nhóm nòi
dựa trên phản ứng của các isolate đƣợc thu thập với bộ giống chuẩn nòi quốc tế bao
gồm nhóm I đến nhóm VII. Trong 7 nhóm nòi trên, nhóm I gây nhiễm với các giống
DV85, Zenith, BJ1, Nigeria và IR20. Nhóm II gây nhiễm với các giống Kuntlan,
IR1545, Chugoku, IR346, IR8, Tẻ Tép, Cas209, IR24, Milyang46 và Kinmaze.


9

Nhóm III gây nhiễm trên các giống IR1545, Chugoku, Kogyoku, IR346, IR8, Tẻ
Tép, Cas209, IR24, Milyang46 và Kinmaze. Nhóm IV gây nhiễm trên các giống
Kogyoku, IR346, IR8, Tẻ Tép, Cas209, IR24, Milyang46 và Kinmaze. Nhóm V gây
nhiễm trên các giống IR346, IR8, Tẻ Tép, Cas209, IR24, Milyang46 và Kinmaze.
Nhóm VI nhiễm trên giống Chugoku, IR24, Milyang46 và Kinmaze. Dựa trên cơ sở

phản ứng của các isolate đƣợc thu thập từ các vùng sinh thái khác nhau đối với các
dòng cận đẳng gen có nền chung là IR24 có chứa gen kháng là Xa1. Bùi Trọng
Thủy và Phan Hữu Tôn (2003) cũng đã phân lập 64 isolate thành 10 chủng khác
nhau: kiểu 1, kiểu 2A, 3B, 3A, 3B, 4, 5A, 5B, 6,7,8, 10. Các tác giả cũng phân tích
và cho biết kiểu 2 (A‟, A và B) phổ biến hầu hết các vùng trồng lúa với 73,8%, các
chủng còn lại tùy vùng sinh thái mà tồn tại hoặc không. Theo kết quả nghiên cứu
của Bùi Trọng Thuỷ (2004) các gen đơn trội Xa7, Xa21 và gen lặn xa5 có phản ứng
kháng (R), kháng vừa (M) với tất cả 10 chủng vi khuẩn X. oryzae gây bệnh bạc lá ở
miền Bắc Việt Nam. Đây là ba gen Xa - gen kháng rất có ý nghĩa trong việc sử dụng
lai tạo, chọn lọc các giống lúa kháng bệnh bạc lá. Gen Xa4 kháng đƣợc các chủng
Y3, Y4, Y5 và Y7. Gen Xa3 có phản ứng kháng (R) chủng Y1. Gen Xa10 kháng
đƣợc chủng Y2 và kháng vừa (M) chủng Y3. Sau đó, tác giả Bùi Trọng Thủy và
cộng sự đã xác định đƣợc 12 nhóm nòi vi khuẩn X.oryzae có mặt ở miền Bắc Việt
Nam đồng thời xây dựng đƣợc bảng chuẩn thể hiện phổ phản ứng kháng, nhiễm của
12 dòng cận đẳng gen với 12 nòi đó (Bùi Trọng Thủy và cs, 2007). Từ năm 20062007, một số nhà khoa học đã phân lập đƣợc 41 isolate vi khuẩn gây bệnh bạc lá ở
các tỉnh đồng bằng sông Cửu Long và phân vào 6 nhóm nòi; qua lây nhiễm nhân tạo
đã xác định đƣợc gen xa5 kháng hiệu quả với nòi B, C, E và F, gen xa13 kháng hiệu
quả với nòi A, gen Xa21 kháng hiệu quả với nòi A, C, D và F (Dinh D.H. et al.,
2008). Đến năm 2008, Nguyễn Văn Viết và cộng sự đã xác định đƣợc 13 nhóm
chủng sinh lý của vi khuẩn gây bạc lá hiện diện ở các vùng trồng lúa miền Bắc Việt
Nam (Nguyễn Văn Viết và cs, 2008).
Ở Việt Nam, có khoảng 84 chủng Xoo đã đƣợc chọn lọc, phân lập ở các tỉnh
miền bắc và đƣợc phân loại vào 4 nhóm nòi G1, G2, G3 và G4. Hầu hết các chủng


10

thuộc nhóm nòi G2 và G3. Gen Xa21 kháng trung bình với 84 chủng vi khuẩn này
(Furuya et al., 2012). Tuy nhiên, theo tác giả Nguyễn Thị Huệ và cộng sự nghiên
cứu thì nhận thấy Xa21 (dòng IRBB21) mẫn cảm với chủng 1035.HUA10153, điều

này chứng tỏ độc tính của các nòi Xoo ở miền bắc Việt Nam đã thay đổi (Hue T. N.,
et al., 2018).
Năm 2016, tác giả Lƣu Văn Quyết và cộng sự, đã phân lập và đánh giá các
isolate vi khuẩn Xanthomonas oryzae ở các tỉnh phía bắc và đã xác định đƣợc các
isolate này thuộc 3 nhóm nòi, đó là: nhóm nòi I là isolate phân bố ở Yên Đồng - Ý
Yên - Nam Định, nhóm nòi II là các isolate phân bố ở Bắc Giang, Hà Nội, Hòa
Bình, Hải Dƣơng, Nghệ An và nhóm nòi III là các isolate phân bố ở Hải Dƣơng,
Thanh Hóa. Trong đó nhóm II có độc tính mạnh và phổ xuất hiện rộng hơn nhóm I
và III (Lƣu Văn Quyết và cs, 2016).
Năm 2018, một nhóm nghiên cứu đã tiến hành lây nhiễm 37 giống lúa bản địa
của Việt Nam với 10 chủng vi khuẩn gây bệnh bạc lá thu thập ở các tỉnh phía bắc đã
xác định đƣợc các giống có gen Xa4 kháng với 6/10 chủng lây nhiễm, các giống có
gen xa5 kháng với 9/10 chủng lây nhiễm và các giống có gen Xa7 kháng với 8/10
chủng lây nhiễm, các giống này có phản ứng kháng tƣơng tự nhƣ các dòng IRBB4,
IRBB5 và IRBB7 tƣơng ứng của IRRI (Thanh T. et al, 2018).
Điều đó chứng tỏ thành phần các chủng nòi sinh thái ở miền Bắc Việt Nam rất
đa dạng và phong phú.
1.2. Tổng quan về gen kháng và bản chất của gen kháng bệnh bạc lá
Đã có rất nhiều nghiên cứu liên quan đến việc chẩn đoán, quản lý và kiểm
soát bệnh bạc lá lúa. Tuy nhiên, ngƣời ta nhận thấy rằng việc tăng cƣờng tính kháng
di truyền là phƣơng pháp hiệu quả nhất để kiểm soát bệnh bạc lá lúa. Theo số liệu
cập nhật nhất hiện nay, các nhà khoa học đã xác định đƣợc 43 gen kháng bệnh bạc
lá từ Xa1 đến Xa42 kháng các chủng Xoo khác nhau, trong đó có 27 gen trội và 16
gen lặn (bảng 1.1). Trong số đó thì có 10 gen đƣợc tìm thấy kháng đặc hiệu với nòi
(xa5, xa8, xa9, xa13, xa24, xa25(t), xa26(t), xa28(t), xa33(t) và xa34(t)), 3 gen đƣợc
gây ra bởi đột biến và có phổ kháng rộng (xa15, xa19 và xa20). Các gen kháng này