CÔNG NGHỆ SINH HỌC TRONG BỆNH CÂY

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
KHOA NÔNG HỌC
CÔNG NGHỆ SINH HỌC
TRONG BỆNH CÂY
(Bài giảng)
Biên soạn
TS. Hà Viết Cường
2009
Mô tả môn học
Ứng dụng công nghệ sinh học trong nghiên cứu:
1. Sự đa dạng của tác nhân gây bệnh
2. Tương tác giữa tác nhân gây bệnh và cây
3. Chẩn đoán tác nhân gây bệnh
4. Phòng chống tác nhân gây bệnh
Các nhóm tác nhân gây bệnh được lựa chọn là nấm/nấm trứng, vi khuẩn và virus. Các kiến thức
trên sẽ được minh họa dựa trên các tác nhân gây bệnh/cây ký chủ quan trọng (hoặc là mô hình
nghiên cứu phổ biến trên thế giới; hoặc có ý nghĩa kinh tế đối với Việt Nam).
Mục tiêu
Sinh viên có khả năng hiểu và vận dụng các kiến thức của môn học trong nghiên cứu bệnh cây
đặc biệt trong chẩn đoán, nghiên cứu đa dạng và phòng chống.
Học phần tiên quyết
• Bệnh cây đại cương (hoặc Bệnh cây Nông nghiệp)
• Công nghệ sinh học thực vật
MỤC LỤC
Giới thiệu CNSH trong bệnh cây............................................................................................7
1.1.Khái niệm về công nghệ sinh học...................................................................................7
1.2.Công nghệ sinh học trong bệnh cây ...............................................................................7
Chương 1. Di truyền quần thể trong bệnh cây.................................................8
1.Sinh học quần thể của tác nhân gây bệnh...........................................................................8
2. Tiến hóa..................................................................................................................................8
2.1. Tiến hóa .........................................................................................................................8

2.2. Sinh học tiến hóa: Di truyền quần thể và phả hệ trong bệnh cây..................................9
3.Năm lực tiến hóa (Five Evolutionary Forces).....................................................................9
4.Đột biến.................................................................................................................................10
4.1.Định nghia......................................................................................................................10
4.2.Vai trò............................................................................................................................10
4.3.Một mô hình đột biến đơn giản.....................................................................................10
4.4.Đột biến trong tác nhân gây bệnh cây...........................................................................12
4.5.Đột biến và chiến lược tạo giống kháng.......................................................................12
5.Trôi dạt di truyền.................................................................................................................13
5.1.Định nghĩa......................................................................................................................13
5.2.Đặc điểm........................................................................................................................13
5.3.Nguyên nhân..................................................................................................................13
5.4.Đo trôi dạt di truyền.......................................................................................................13
5.5.Trôi dạt di truyền làm giảm đa dạng di truyền và dẫn tới phân chia quần thể.............14
5.6.Trôi dạt di truyền trong tác nhân gây bệnh cây.............................................................15
5.7.Ví dụ trôi dạt di truyền trong bệnh cây.........................................................................15
2
6.Giao lưu gene và kiểu gen (Gene and Genotype Flow)....................................................15
6.1.Định nghĩa. ....................................................................................................................15
6.2.Đặc điểm........................................................................................................................16
6.3.Giao lưu gen (gene flow) và giao lưu kiểu gen (genotype flow)..................................16
6.4.Phân chia quần thể và giao lưu gen...............................................................................16
6.5.Ví dụ giao lưu gen trong bệnh cây................................................................................18
6.6.Mối liên hệ giữa trôi dạt di truyền và giao lưu gen......................................................18
6.7.Khái niệm siêu quần thể và tác nhân gây bệnh.............................................................19
7.Hệ thống sinh sản/ghép cặp (Reproductive/Mating Systems)........................................21
7.1.Đánh giá cấu trúc di truyền trong quần thể...................................................................21
7.2.Hệ thống sinh sản và ghép cặp của các tác nhân gây bệnh cây....................................22
7.3.Đa dạng gen và đa dạng kiểu gen..................................................................................24
7.3.1Đa dạng gen ...........................................................................................................24

7.3.2Đa dạng kiểu gen....................................................................................................24
7.3.3Ví dụ đo đa dạng gen và đa dạng kiểu gen............................................................25
8.Chọn lọc tự nhiên.................................................................................................................26
8.1.Khái niệm.......................................................................................................................26
8.2.Hai mô hình chọn lọc.....................................................................................................27
9. Tương tác giữa các lực tiến hóa và cấu trúc di truyền của quần thể tác nhân gây
bệnh.............................................................................................................................................27
9.1.Tương tác giữa đột biến và chọn lọc.............................................................................27
9.2.Tương tác giữa tái tổ hợp và chọn lọc...........................................................................28
9.3.Tương tác giữa trôi dạt di truyền, giao lưu kiểu gen và chọn lọc.................................28
9.4.Tương tác giữa chọn lọc và giao lưu kiểu gen..............................................................29
9.4.1Tương tác giữa tái tổ hợp và giao lưu gen.............................................................29
9.5.Ứng dụng di truyền quần thể để đánh giá các nguy cơ do tiến hóa của tác nhân gây
bệnh...........................................................................................................................................31
Chương 2. Lựa chọn vùng gen của tác nhân gây bệnh .................................34
1.Bộ gen của tác nhân gây bệnh............................................................................................34
1.1.Bộ gen viroid.................................................................................................................35
1.2.Bộ gen virus ..................................................................................................................35
1.3.Bộ gen vi khuẩn và phytoplasma..................................................................................36
1.4. Bộ gen nấm ..................................................................................................................36
2.Chọn vùng gen nghiên cứu.................................................................................................37
2.1.Chọn vùng gen virus......................................................................................................37
2.2.DNA ribosome ..............................................................................................................37
2.2.1Cấu trúc và chức năng RNA ribosome...................................................................37
2.2.2Vai trò của rDNA trong phân loại và nghiên cứu đa dạng và chẩn đoán..............38
2.3.Gen mã hóa....................................................................................................................39
2.4.Các chuỗi lặp.................................................................................................................39
2.4.1Các chuỗi lặp liền kề (tandem repetitive sequences).............................................39
2.4.2Các chuỗi lặp phân bố rải rác (Dispersed repetitive sequences)...........................40
2.5.DNA ti thể (mitochondrial DNA).................................................................................40

Chương 3. Các kỹ thuật CNSH trong nghiên cứu bệnh cây.........................40
1.Các marker di truyền..........................................................................................................41
1.1.Định nghĩa .....................................................................................................................41
1.2.Phân loại.........................................................................................................................41
2.Các loại marker phân tử.....................................................................................................41
3.Kỹ thuật dựa trên lai phân tử: RFLP...............................................................................42
3.1.RFLP: các chú ý về kỹ thuật..........................................................................................42
3
3.1.1RFLP: Các ưu điểm chính......................................................................................43
3.1.2RFLP: Các hạn chế chính.......................................................................................43
4.Các kỹ thuật dựa trên PCR................................................................................................43
5.Các kỹ thuật dựa trên PCR dùng mồi tùy ý: RAPD, AP-PCR và DAF........................44
5.1.RAPD.............................................................................................................................44
5.1.1RAPD: nhược điểm ...............................................................................................44
5.2.DAF................................................................................................................................45
5.3.AP-PCR..........................................................................................................................45
6.Kỹ thuật dựa trên PCR dùng mồi tùy ý: AFLP ..............................................................45
6.1.AFLP: các bước.............................................................................................................45
6.2. AFLP: ưu điểm.............................................................................................................46
6.3.AFLP: nhược điểm .......................................................................................................46
7.Kỹ thuật dựa trên PCR dùng mồi tùy ý: ISSR ...............................................................46
8.Kỹ thuật dựa trên PCR dùng mồi đặc hiêu: SSR (=Microsatellites).............................46
8.1.Phân loại microsatellite.................................................................................................47
8.2.Đặc điểm di truyền của microsatellite...........................................................................47
8.3.Cơ chế tạo đột biến của microsatellite..........................................................................47
8.4.Phân bố của microsatellite.............................................................................................48
8.5.Trình tự phân tích microsatellite...................................................................................49
8.6.Microsattelite: ưu điểm chính........................................................................................51
8.7.Microsattelite: nhược điểm chính..................................................................................51
9. Marker EST (expressed sequence tags)...........................................................................51

10. Kỹ thuật CAPS .................................................................................................................52
11. Kỹ thuật SNP ....................................................................................................................52
12.Kỹ thuật rep-PCR..............................................................................................................53
13.Tóm tắt các kỹ thuật..........................................................................................................53
Chương 4. Phân tích kết quả dựa vào số liệu băng điện di...........................55
1.Giới thiệu..............................................................................................................................55
2.Các bước chính trong phân tích đa dạng dựa trên băng điện di...................................56
2.1.Mô tả sự đa dạng............................................................................................................56
2.2.Tính toán mối quan hệ giữa các đơn vị được phân tích ở bước trên............................57
2.3.Biểu diễn mỗi quan hệ...................................................................................................57
3.Lượng hóa mức đa dạng: đo đa dạng trong quần thể.....................................................57
3.1.Dựa trên số lượng biến dị..............................................................................................57
3.1.1Mức đa hình hay tỷ lệ đa hình (Pj).........................................................................57
3.1.2Tỷ lệ các locus đa hình (P).....................................................................................57
3.1.3Số allele trung bình trên locus................................................................................58
3.2.Dựa vào tần số biến dị...................................................................................................58
3.2.1Số lượng allele hiệu quả (Ae).................................................................................58
3.2.2Mức dị hợp tử kỳ vọng trung bình (H = mức đa dạng di truyền Nei (D)..............59
3.3.Ví dụ tính đa dạng di truyền trong quần thể dùng 1 marker đồng trội.........................60
3.4.Ví dụ...............................................................................................................................60
3.4.1Các bước tính (bảng dưới)......................................................................................60
3.5.Ví dụ tính đa dạng di truyền trong quần thể dùng 1 marker trội..................................61
3.5.1Ví dụ........................................................................................................................61
3.5.2Các bước tính (bảng dưới)......................................................................................62
4. Lượng hóa mối quan hệ di truyền: khoảng cách di truyền (nghĩa rộng).....................63
4.1.Đánh giá các mối quan hệ dựa theo khoảng cách hình học..........................................63
4.1.1Các phương pháp phổ biến tính hệ số tương đồng S (similarity) dựa trên biến nhị
thức (0, 1)...............................................................................................................................63
5.Phần mềm.............................................................................................................................64
4

Chương 5. Phân tích đa dạng, phân loại dựa trên trình tự DNA.................65
1.Các thuật ngữ/khái niệm.....................................................................................................65
2.Giải trình tự chuỗi DNA (sequencing)...............................................................................65
2.1.Giới thiệu ......................................................................................................................65
2.2.Sequencing dùng BigDye Terminator...........................................................................65
3.Tìm kiếm chuỗi có quan hệ gần trên ngân hàng gen.......................................................66
3.1.Ngân hàng gen (Genbank) và NCBI.............................................................................66
3.2.Tìm kiếm chuỗi DNA trên GenBank bằng phần mềm BLAST...................................66
4.So sánh trình tự ...................................................................................................................67
4.1.Căn trình tự đa chuỗi bằng phần mềm ClustalX...........................................................70
4.2.Xác định mức đồng nhất (sequence identity) bằng phần mềm Bioedit........................71
4.3.Xác định khoảng cách di truyền (genetic distance)......................................................71
4.3.1Khái niệm khoảng cách di truyền phân tử.............................................................71
4.3.2Mô hình thay thế nucleotide (subtituation model). ...............................................71
4.3.3Ví dụ tính khoảng cách di truyền dựa trên 5 chuỗi 16S RNA vi khuẩn dùng phần
mềm MEGA...........................................................................................................................73
5.Xây dựng cây phả hệ...........................................................................................................74
5.1.Maximum parsimony.....................................................................................................75
5.2.Maximum likelyhood.....................................................................................................76
5.3.Phương pháp khoảng cách (Distance)...........................................................................76
5.4.Ví dụ xây dựng cây phả hệ của chuỗi các chuỗi 16S RNA vi khuẩn dùng phần mềm
MEGA.......................................................................................................................................79
Chương 6. Công nghệ microarray (chip gen).................................................80
1.Giới thiệu..............................................................................................................................80
2.Các loại microarray DNA ..................................................................................................81
2.1.Microarray với các dò oligonucleotide ngắn.................................................................81
2.2.Microarrays với dò oligonucleotide dài........................................................................81
2.3.Microarrays với dò cDNA.............................................................................................82
3.Các phương pháp cố định dò trong microarray DNA ...................................................82
3.1.Tổng hợp trực tiếp ngay trên giá đỡ (in situ)................................................................82

3.2.Tạo microarray bằng spotting........................................................................................82
4.Gán nhãn dò.........................................................................................................................82
4.1.Gán nhãn trực tiếp.........................................................................................................83
4.2.Gán nhãn gián tiếp.........................................................................................................83
4.3.Gãn nhãn dùng dendrimer.............................................................................................83
5.Vật liệu để cố định dò..........................................................................................................83
6.Các phương pháp gắn dò vào lam kính............................................................................84
7.Ứng dụng microarray DNA................................................................................................84
7.1.Nghiên cứu biểu hiện gen “gene expression profiling”................................................84
8.Chẩn đoán và nghiên cứu kiểu gen (genome typing).......................................................85
Chương 7. Công nghệ RNA interference .......................................................86
1.Lịch sử phát hiện ................................................................................................................86
1.1.Hiện tượng đồng ức chế................................................................................................86
1.2.Hiện tượng chế ngự (quelling)......................................................................................86
1.3.Hiện tượng câm gen cảm ứng bởi virus........................................................................86
1.4.RNA Interferrence.........................................................................................................86
2.Small interfering RNA (siRNA) và microRNA (miRNA)...............................................87
2.1.miRNAs - khám phá......................................................................................................87
2.2.miRNAs - định nghĩa.....................................................................................................87
2.3.miRNAs – nguồn gốc....................................................................................................87
5
2.4.miRNAs – sinh tổng hợp...............................................................................................87
2.5.siRNAs - khám phá........................................................................................................88
2.6.siRNAs - định nghĩa......................................................................................................88
2.7.siRNAs – nguồn gốc......................................................................................................88
2.8.siRNAs – sinh tổng hợp.................................................................................................88
3.So sánh miRNA và siRNA...................................................................................................88
3.1.Giống nhau.....................................................................................................................89
3.1.1Khác nhau...............................................................................................................89
4.Công nghệ RNAi trong tạo giống kháng bệnh virus........................................................89

4.1.Giới thiệu.......................................................................................................................89
4.2.Các đặc điểm chính trong công nghệ RNAi dựa trên siRNA.......................................90
4.2.1Thiết kế cấu trúc chuyển gen..................................................................................90
4.2.2Chọn chuỗi gen virus..............................................................................................90
5.Ví dụ công nghệ RNAi kháng bệnh virus..........................................................................91
5.1.Tạo cây chuyển gen kháng PVY thông qua RNA silencing.........................................91
5.1.1Giới thiệu. ..............................................................................................................91
5.1.2Thiết kế cấu trúc chuyển gen (hình) và chuẩn bị dòng vi khuẩn chuyển gen.......91
5.1.3Biến nạp cấu trúc chuyển gen vào cây khoai tây...................................................92
5.1.4Các phân tích chính cây chuyển gen......................................................................92
5.2.Tạo cây chuyển gen kháng TYLCV thông qua RNA silencing...................................93
5.2.1Giới thiệu. ..............................................................................................................93
5.2.2Thiết kế cấu trúc chuyển gen (hình) và chuẩn bị dòng vi khuẩn chuyển gen.......94
5.2.3Biến nạp cấu trúc chuyển gen vào cây khoai tây...................................................95
5.2.4Các phân tích chính cây chuyển gen......................................................................95
6.Sử dụng công nghệ microRNA trong phòng chống bệnh virus......................................96
6.1.Dùng công nghệ miRNA tạo tính kháng CMV ............................................................96
6.1.1Giới thiệu ...............................................................................................................96
6.1.2Thiết kế cấu trúc miRNA chuyển gen ...................................................................97
6.1.3Chuyển gen vào cây thuốc lá..................................................................................98
6.1.4Lây nhiễm nhân tạo ...............................................................................................98
6.1.5Đánh giá cây chuyển gen được lây nhiễm CMV dựa trên triệu chứng ...............98
6.1.6Phân tích miRNA trên cây chuyển gen .................................................................99
6.1.7Phân tích RNA của CMV trên cây lây nhiễm .......................................................99
6.1.8 Phân tích virion CMV trên cây lây nhiễm.............................................................99
Chương 8. PCR trong chẩn đoán tác nhân gây bệnh...................................100
1.Tóm tắt kỹ thuật................................................................................................................100
2.Thiết kế và lựa chọn mồi (primer)...................................................................................101
2.1.Tự thiết kế mồi.............................................................................................................101
2.1.1Các chú ý khi thiết kế mồi....................................................................................101

2.1.2Thiết kế mồi chung (degenerate primer)..............................................................102
2.1.3Phần mềm.............................................................................................................103
2.2.Ví dụ mồi chung..........................................................................................................103
Chương 9. Công nghệ huyết thanh học trong chẩn đoán ...........................104
1.Cơ sở của phản ứng huyết thanh học..............................................................................104
2.3.Các khái niệm..............................................................................................................104
2.3.1Kháng nguyên (antigen):......................................................................................104
2.3.2Nhóm quyết định kháng nguyên (epitope)...........................................................104
2.3.3Kháng nguyên của tác nhân gây bệnh cây...........................................................104
2.3.4Kháng thể (antibody) ...........................................................................................105
2.4.Kháng thể đơn dòng và kháng thể đa dòng.................................................................106
6
3.Sản xuất kháng thể đơn dòng...........................................................................................106
3.1.Các bước chính để sản xuất kháng thể đơn dòng gồm...............................................106
3.2.Qui trình tạo kháng thể đơn dòng................................................................................107
3.2.1Gây miễn dịch trên thỏ.........................................................................................107
3.2.2Dung hợp (lai).......................................................................................................108
3.2.3Sản xuất.................................................................................................................109
4.Kỹ thuật chẩn đoán bằng ELISA....................................................................................109
4.1.Vật liệu chính cho ELISA...........................................................................................109
4.2.Các kỹ thuật ELISA.....................................................................................................109
4.2.1Kỹ thuật ELISA trực tiếp kiểu kẹp kép kháng thể (DAS-ELISA)......................110
4.2.2Phản ứng ELISA gián tiếp kiểu bẫy kháng nguyên trước (PTA-ELISA)...........110
Giới thiệu CNSH trong bệnh cây
1.1. Khái niệm về công nghệ sinh học
Có rất nhiều định nghĩa về công nghệ sinh học (biotechnology) nhưng nhìn chung CNSH có thể
được hiểu theo 2 nghĩa. Theo nghĩa rộng, điển hình như định nghĩa trong Công ước về Đa dạng
Sinh học của Liên hiệp quốc (1992) thì CNSH là “Bất kỳ ứng dụng công nghệ sử dụng các hệ
thống sinh học, các sinh vật sống hoặc các thành phần của chúng nhằm tạo ra hoặc biến đổi các
sản phẩm hoặc qui trình cho một mục đích đặc biệt” “any technological application that uses

biological systems, living organisms, or derivatives thereof, to make or modify products or
processes for specific use”. Một cách đơn giản, CNSH là công nghệ được áp dụng trên một đối
tượng sinh vật.
Hiện nay, CNSH thường được hiểu theo nghĩa hẹp hơn nhiều. Nó thường được xem như các
công nghệ liên quan đến sinh học phân tử chẳng hạn công nghệ AND, công nghệ chuyển gen,
công nghệ nuôi cấy mô và tế bào...Theo định nghĩa của FAO: CNSH là kiến thức liên quan đến
khía cạnh phân tử của sinh vật và tế bào của chúng.
1.2. Công nghệ sinh học trong bệnh cây
Bệnh cây học (phytopathology = plant patho logy) nghiên cứu 4 lĩnh vực chính:
1. Tác nhân gây bệnh (pathogens): nghiên cứu đặc điểm hình thái, sinh học, phân loại, di
truyền, tiến hóa của tác nhân gây bệnh.
2. Tương tác giữa tác nhân gây bệnh và cây ký chủ (plant-pathogen interaction): nghiên
cứu cơ chế tấn công của tác nhân gây bệnh và cơ chế phòng thủ của cây, hậu quả của mối
tương tác này đối với cây (các biến đổi cấu trúc và chức năng của tế bào và mô cây bị
bệnh).
3. Dịch bệnh học (phytopathological epidemiology): nghiên cứu động thái phát triển của bệnh
cây theo không gian và thời gian, các yếu tố của cây ký chủ, môi trường , tác nhân gây bệnh
và con người ảnh hưởng đến sự hình thành và phát triển của bệnh.
4. Phòng chống: nghiên cứu các nguyên lý phòng chống, các biện pháp phòng chống.
Công nghệ sinh học trong bệnh cây, do vậy, cũng nhằm vào 4 lĩnh vực trên.
Các nghiên cứu đa dạng, tiến hóa của các nhóm tác nhân gây bệnh chủ yếu dựa vào các phân
tích phân tử. Nhiều nhóm tác nhân gây bệnh, chẳng hạn virus, viroid, phytoplasma, chỉ có thể
được xác định, phân loại chính xác khi phân tích bộ gen của chúng. Xác định đầy đủ thành
7
phần, nguồn gốc, mức độ đa dạng của tác nhân gây bệnh luôn là thông tin đầu tiên và quan
trọng đối với bất kỳ chiến lược phòng chống nào.
Sự tương tác giữa tác nhân gây bệnh và cây thường rất phức tạp với sự tham gia của nhiều gen
ở cả 2 phía. Hiện nay, một công nghệ dựa trên lai phân tử gọi là công nghệ microarray (chip
gen) có thể xác đinh sự biểu hiện đồng thời của hàng chục nghìn gen chỉ trên một lam kính.
Trong lĩnh vực phòng chống bệnh, có vô số ví dụ cho thấy vai trò của CNSH. Các giống kháng

bệnh có thể đươc tạo ra dùng 2 chiến lược chính: (i) dùng gen kháng có nguồn gốc từ cây. Đây
là chiến lược áp dụng cho mọi đối tượng dịch hại. (ii) dùng gen từ tác nhân gây bệnh để tạo tính
kháng (tính kháng có nguồn gốc từ bệnh). Đây là chiến lược áp dụng cho các bệnh virus. Vai
trò của CNSH thể hiện ở các kỹ thuật phân lập gen kháng, thiết kế các cấu trúc chuyển gen,
chuyển gen, lai tạo với sự trợ giúp của các marker phân tử. Sử dụng VSV đối kháng hoặc các
sản phẩm có nguồn gốc VSV để phòng chống bệnh cũng có thể được xem là ứng dụng CNSH
(theo nghĩa rộng) trong bệnh cây.
Chương 1. Di truyền quần thể trong bệnh cây
Mục tiêu của chương này là cung cấp các khái niệm cơ bản trong di truyền quần thể. Các khái
niệm này sẽ rất cần thiết giúp sinh viên có khả năng phân tích kết quả sau khi thực hiện các thí
nghiệm dựa trên công cụ CNSH khi đánh giá đa dạng của tác nhân gây bệnh cây.
1. Sinh học quần thể của tác nhân gây bệnh
Sinh học quần thể nghiên cứu các quá trình sinh học ảnh hưởng tới quần thể sinh vật.
Sinh học quần thể, do vậy, cũng là một lĩnh vực nghiên cứu của bệnh cây học vì bệnh cây chỉ
hình thành dưới tác động của 1 quần thể tác nhân gây bệnh. Một vết bệnh trên lá sẽ không có ý
nghĩa về mặt kinh tế lẫn sinh thái. Một vụ dịch gây thiệt hại kinh tế lớn thường do vô số các sự
kiện xâm nhiễm gây bệnh liên quan đến toàn thể quần thể ký sinh và ký chủ. Để phòng chống
bệnh, người ta phải xây dựng các biện pháp phòng chống nhằm vào toàn bộ quần thể tác nhân
gây bệnh. Như vậy, hiểu được sinh học quần thể tác nhân gây bệnh là bước quan trọng nhằm
phát triển các chiến lược phòng chống bệnh hiệu quả.
Một quần thể là một tập hợp các cá thể cùng loài chiếm một không gian địa lý nhất
định và thể hiện sự liên tục về mặt sinh sản từ thế hệ này sang thế hệ khác. Mối tương tác sinh
thái và sinh sản của các cá thể trong cùng quần thể, do vậy, phổ biến hơn so với mối tương tác
của các cá thể thuộc các quần thể khác nhau.
Di truyền quần thể tập trung vào quá trình dẫn tới trao đổi di truyền hay tiến hóa trong
quần thể theo thời gian và không gian. Phần lớn các nghiên cứu di truyền quần thể dựa trên qui
mô thời gian dài (ví dụ qua nhiều mùa vụ hoặc qua nhiều thế hệ tác nhân gây bệnh) và không
gian lớn (ví dụ qui mô toàn cầu cho các đối tượng bệnh có thể phát tán xa). Di truyền quần thể
giải quyết chủ yếu các các quá trình di truyền như đột biến, trôi dạt di truyền, giao lưu gen, hệ
thống sinh sản/ghép cặp và chọn lọc tự nhiên.

2. Tiến hóa
2.1. Tiến hóa
Tiến hóa là một quá trình gồm 2 bước. Đầu tiên là quá trình đột biến gen hoặc tái tổ hợp
di truyền xảy ra và tạo nên sự đa dạng di truyền trong quần thể. Tiếp theo, các quá trình như
chọn lọc hoặc trôi dạt di truyền sẽ tác động là thay đổi tần số allele trong quần thể.
Tiến hóa, như vậy, hình thành từ sự thay đổi tần số allele trong quần thể. Ví dụ, khi một
quần thể cây ký chủ trải qua một sự gia tăng trong tần số các allele kháng hình thành từ sự chọn
lọc các cá thể kháng thì quần thể cây này đã tiến hóa lên một mức độ kháng cao hơn. Tương tự,
khi một quần thể tác nhân gây bệnh không độc trải qua một sự gia tăng trong tần số allele độc
nhờ quá trình chọn lọc các cá thể độc có khả năng thoát khỏi sự nhận biết của các allele kháng
8
của cây ký chủ kháng bệnh thì người ta gọi quần thể tác nhân gây bệnh này đã tiến hóa tới một
mức độ độc cao hơn.
2.2. Sinh học tiến hóa: Di truyền quần thể và phả hệ trong bệnh cây
Sinh học tiến hóa là một ngành nghiên cứu quá trình dẫn tới thay đổi di truyền hoặc
tiến hóa của quần thể hoặc của loài. Di truyền quần thể và phả hệ học là 2 ngành phụ trong sinh
học tiến hóa. Di truyền quần thể nghiên cứu các quá trình vi tiến hóa (microevolution) xảy ra
trong loài nhằm giải thích sự phân bố biến dị di truyền bên trong các quần thể hoặc giữa các
quần thể của cùng loài. Phả hệ học nghiên cứu các quá trình đại tiến hóa (macroevolution) xảy
ra trong loài nhằm giải thích mối quan hệ phả hệ (quan hệ tổ tiên – con cháu) dẫn tới sự phân
bố của loài hiện tại theo không gian và thời gian.
Hình 1. Mối quan hệ giữa phả hệ học và di truyền quần thể trong quá trình biệt hóa loài
Bệnh cây học nghiên cứu sinh học tiến hóa vì (1) quần thể tác nhân gây bệnh thường
tiến hóa nhằm phản ứng lại các biện pháp phòng chống và (2) người ta thường không rõ liệu
một quần thể tác nhân gây bệnh mới hình thành và thay thế một quần thể đang tồn tại trước đó
là một quần thể chuyển ký chủ hay là một loài mới hoàn toàn. Phân tích phả hệ sẽ phân biệt
được các loài dựa trên mối quan hệ tổ tiên – con cháu từ các tổ tiên chung; trong khi đó di
truyền quần thể xác định mối quan hệ giữa các quần thể của cùng một loài. Ranh giới giữa di
truyền quần thể và phả hệ học là sự biệt hóa loài (speciation) tức là quá trình hình thành loài
mới. Sự biệt hóa loài có thể xảy ra trong cùng một vùng địa lý, hoặc tại các vùng địa lý cách xa

nhau hoặc tại các vùng địa lý lân cận. Sự biệt hóa loài có thể xuất hiện nhanh hơn đối với tác
nhân gây bệnh cây so với các sinh vật khác do hậu quả của sự đồng tiến hóa.
Phả hệ học và di truyền quần thể sử dụng các các công cụ phân tích di truy-->