Lúa là cây lương thực quan trọng cho hơn một nửa dân số trên thế giới. Tuy nhiên, diện tích trồng và năng suất lúa đang bị suy giảm nghiêm trọng do xâm nhập mặn, nhất là ở các nước Nam và Đông Nam Á. Lúa được coi là cây trồng mẫn cảm với mặn, và khả năng chịu mặn của lúa là một tính trạng số lượng và được điều khiển bởi nhiều gen. Những thập kỉ gần đây, các nghiên cứu về đặc điểm di truyền liên quan đến khả năng chịu mặn của lúa được tập trung nghiên cứu. Tuy nhiên, các nghiên cứu này được tiến hành chủ yếu trên các quần thể lai từ các cặp bố mẹ. Phương pháp này có ưu điểm về mặt thống kê vì sử dụng các cá thể đã có kiểu gen được xác định ở một locus nhất định. Tuy nhiên, phương pháp này có hạn chế về mức độ phân giải nên khoảng tin cậy của các locus tính trạng số lượng (QTL) lớn. Những năm gần đây, nghiên cứu tương quan trên toàn hệ gen (genome-wide association study - GWAS) được tiến hành và xác định được nhiều QTL/QTN hoặc các gen liên kết với nhiều tính trạng. Ưu việt của GWAS là mức độ phân giải cao do sự kết hợp đa dạng, tự nhiên, và lâu đời giữa các cá thể trong quần thể phân tích. Nhiều QTL/gen liên quan đến khả năng chịu mặn của cây lúa đã được xác định bằng phương pháp này.
Tuy nhiên, các nghiên cứu trước đây một mặt tập trung vào khả năng chịu mặn của cây lúa ở nồng độ mặn cao, trong khi độ mặn trên đồng ruộng trồng lúa chỉ ở mức trung bình. Mặt khác, các nghiên cứu trước về GWAS cũng chỉ tiến hành trên một quần thể có số lượng cá thể không quá lớn, chưa có nghiên cứu trên một quần thể lớn trên 1.000 cá thể. Do vậy, đề tài “Xác định phương pháp tối ưu cho nghiên cứu tương quan trên toàn hệ gen lúa liên quan đến khả năng chịu mặn của cây lúa” - Mã số T2021 -01-04 do ThS. Phan Thị Hồng Nhung - Bộ môn Cây lương thực - Khoa Nông học làm chủ nhiệm, đã được tiến hành dưới nguồn kinh phí hỗ trợ của Học viện Nông nghiệp Việt Nam.
Hình 1: Sinh trưởng của các giống lúa trong điều kiện thủy canh có xử lý mặn nhân tạo ở mức 60 mM NaCl
Chúng tôi đã phân tích tương quan trên toàn hệ gen lúa (GWAS) về khả năng chịu mặn của cây lúa ở mức 60 mM NaCl ở giai đoạn mạ bằng các phương pháp khác nhau: FaST-LMM, BLINK, và TASSEL cho các quần thể gồm 2.391, 1.332, 628, và 386 cá thể thuộc các loài phụ khác nhau. Kết quả 75, 48, và 14 QTL liên quan đến khả năng chịu mặn của cây lúa lần lượt bằng các phương pháp FaST-LMM, BLINK, và TASSEL. Trong số đó, có 9 QTL được xác định được bằng cả 3 phương pháp là các QTL: qSES1.3, qSES1.5, qSES1.10, qSES1.11, qSES2.6, qSES2.7, qSES3., qSES5.4, và qSES10.
Hình 2. Tập hợp các QTL được xác định bởi các phương pháp khác nhau cho tất cả các quần thể nói chung
Trong số 9 QTL này, có 2 QTL được xác định ở cả 3 trên 4 quần thể phân tích khác nhau là qSES1.3 (vị trí 13,29 Mb ở NST số 1) và qSES1.11 (vị trí 41,34 Mb ở NST số 1). Do đó, 2 QTL này được chúng tôi coi là các QTL quan trọng để phân tích xác định gen triển vọng liên kết với khả năng chịu mặn của cây lúa.
Hình 3: Biểu đồ Manhattan và QQ plot trong phân tích GWAS về khả năng chịu mặn của các giống lúa trong điều kiện thủy canh có xử lý mặn nhân tạo (60 mM NaCl), phân tích bằng phương pháp FaST-LMM cho quần thể gồm 628 giống lúa và sử dụng 237.135 SNPs
Phan Thị Hồng Nhung -
thành viên nhóm Nghiên cứu xuất sắcKhoa học cây trồng