Ngày 23/5/2016, Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông nghiệp phê duyệt đề án “Tái cơ cấu ngành lúa gạo Việt Nam đến 2020 và tầm nhìn đến năm 2030” với mục tiêu nâng cao hiệu quả sản xuất kinh doanh lúa gạo, làm cơ sở đảm bảo vững chắc an ninh lương thực quốc gia, tạo thêm việc làm, và tăng thu nhập cho người nông dân. Một yêu cầu quan trọng của đề án là phải hình thành được các giống lúa có thời gian sinh trưởng (TGST) ngắn hơn với năng suất và chất lượng tương đương.
Sử dụng các giống có TGST ngắn trước hết sẽ tăng hiệu quả sử dụng diện tích đất nông nghiệp. Thời gian cho một vụ ngắn lại đồng nghĩa với giảm công chăm sóc, chi phí phân bón, giảm nguy cơ bị sâu bệnh hại, trong khi thời gian nghỉ của đất tăng, tạo thuận lợi cho luân canh tăng vụ. Ngoài ra, giống lúa có TGST ngắn còn giúp xây dựng cơ cấu mùa vụ linh hoạt, tránh được rét hại cho mạ trong vụ Xuân ở miền Bắc, hay tránh được hạn và mặn đang xảy ra thường xuyên ở miền Trung Tây Nguyên và Nam Bộ.
Vậy làm sao để lai chọn được các giống lúa có TGST ngắn một cách bền vững và hiệu quả nhất? Câu trả lời nằm ở việc: Cần tìm ra và tích hợp vào các giống hiện hành các gen tăng tốc độ sinh trưởng cây lúa. Theo một tổng kết về lịch sử phát triển cây lúa Việt Nam trong 80 năm qua, TGST của các giống lúa đã liên tục được cải tiến rút ngắn, từ 240-245 ngày trong giai đoạn 1945-1957 đến hiện nay còn 125-135 ngày trong vụ Xuân và 90-110 ngày trong vụ Mùa (Pham Van Cuong, Nguyen Van Hoan, 2014).
Hình 1. Vị trí của gen HD9 được xác định trên NST số 3 của giống TSC3 (Nguyễn Quốc Trung, Phạm Văn Cường, 2015)
Là một trong những nhóm tiên phong trong lĩnh vực này, nhóm nghiên cứu tại trung tâm Nghiên cứu cây trồng Việt Nam – Nhật Bản, Học viện Nông nghiệp Việt Nam đã thành công trong việc xác định và lập bản đồ gen HD9 rút ngắn TGST ở cây lúa trong điều kiện địa lý, thổ nhưỡng và khí hậu đặc thù của Việt Nam. Cụ thể, nhóm nghiên cứunhóm đã tiến hành nghiên cứu lập bản đồ với mục tiêu là xác định QTL/gen điều khiển thời gian trỗ sớm ở các giống lúa indica ở điều kiện khí hậu miền Bắc Việt Nam. Quần thể BC2F2 gồm 93 cây từ phép lai giữa giống Khang Dân 18 (KD18) và TSC3 được đánh giá phân ly về thời gian trỗ trong vụ Mùa 2014. Kết quả, nhóm nghiên cứu đã chỉ ra gen HD9 di truyền theo quy luật Mendel và là gen trội, có chức năng rút ngắn TGST.
Hình 2. Sơ đồ lai tạo 4 dòng lúa KD18 cải tiến mang gen HD9
Với kết quả thu được, nhóm nghiên cứu ứng dụng đầu tiên gen HD9 trong lai cải tiến rút ngắn TGST của giống lúa KD18 bằng phương pháp MABC (Marker-Assisted Back-Crossing). Kết quả đã chọn tạo thành công được 4 dòng lúa cải tiến mới mang gen HD9. TGST được rút ngắn 9-14 ngày so với giống KD18 ban đầu, đồng thời, vẫn duy trì các đặc điểm cũng như năng suất của giống gốc.
Xa hơn, nhóm nghiên cứu mang áp dụng kết quả nghiên cứu khoa học thu được vào nhiều vùng có các đặc điểm thổ nhưỡng và khí hậu khác nhau. Thực tế cho thấy giống lúa cải tiến mang gen HD9 không mẫn cảm với quang chu kỳ và thích nghi tốt với các điều kiện sinh thái khác nhau trên cả nước. Thí nghiệm được được tiến hành trong vụ Mùa 2015 tại 3 địa điểm đặc trưng cho vùng sinh thái, là vùng núi phía Bắc tại Lào Cai (22.6o vĩ Bắc), đồng bằng sông Hồng tại Hà Nội (21.1o vĩ Bắc) và đồng bằng sông Cửu Long tại Sóc Trăng (9.6o vĩ Bắc). Kết quả, sau khi đánh giá các đặc điểm sinh trưởng và năng suất của 4 dòng cải tiến, nhóm nghiên cứu nhận thấy chúng đều tương đương với giống gốc KD18, trong khi TGST được rút ngắn 12-14 ngày (Phạm Văn Cường & cs., 2014).
Hình 3. Thí nghiệm đánh giá chức năng của gen HD9 tại các vùng sinh thái
Điều lý thú là: Sự ổn định về TGST cũng như chức năng của gen HD9 được chứng tỏ bằng sự thích nghi rất tốt của dòng cải tiến mới với các điều kiện sinh thái khác nhau của Việt Nam. Đây là kết quả công bố đầu tiên về dòng/giống có phổ thích ứng rộng có thể canh tác ở cả 2 miền Bắc và Nam và có ý nghĩa quan trọng đối với giống lúa đảm bảo an ninh lương thực cho nước ta trong bối cảnh biến đổi khí hậu phức tạp. Ngoài ra, các vật liệu mang gen HD9 và phương pháp chọn tạo giống chính xác (precision breeding) cần thời gian ngắn hơn các phương pháp cũ nhờ sử dụng công cụ chỉ thị DNA (genome-wide selection) hoàn toàn có thể ứng dụng để rút ngắn TGST của bộ giống lúa hiện nay của Việt Nam.
ThS. Nguyễn Quốc Trung – Khoa Công nghệ sinh học
GS.TS. Phạm Văn Cường – Khoa Nông học
Ban Khoa học và Công nghệ
Tài liệu tham khảo
Nguyễn Quốc Trung, Phạm Văn Cường (2015). Xác định gen quy định thời gian trỗ sớm ở cây lúa bằng phương pháp phân tích các điểm tính trạng số lượng (QTL). Tạp chí Nông nghiệp và phát triển nông thôn số 21: 10-15.
Pham Van Cuong, Nguyen Van Hoan (2014). Progress of Rice genotype improvement and production in Vietnam. Japanese Journal Of Crop Science, Vol. 83 Extra issue 1
Pham Van Cuong, Nguyen Thanh Tung, Nguyen Quoc Trung, Nguyen Van Hoan (2015) Breeding new variety by improving Khangdan18 cultivar with shorter growth duration and medium amylose content. Journal of Agriculture and rural development, Special edition on crop and animal science, no.1: 37 - 43
Masahiro Yano, Shoko Kojima, Yuji Takahashi, Hongxuan Lin, Takuji Sasaki (2001). Gentic Control of Flowering Time in Rice, a Short-Day Plant. Plant Physiology, December, Vol. 127, pp. 1425–1429