KẾT QUẢ CHỌN TẠO DÒNG NGÔ CHUYỂN GEN KHÁNG SÂU ĐỤC THÂN VÀ THUỐC TRỪ CỎ BẰNG PHƯƠNG PHÁP LAI TRỞ LẠI Phan Xuân Hào 1 , Vương Huy Minh 1 SUMMARY Results of deverloping transgenic maize inbred lines resistant to stem borer and herbicide tolerance by using backcross method By using backcross method to transfer tolerant to herbicide genes, glyphosate, to the parental lines of popular hybrid maize in Vietnam LV10, LV4, LV14 and some other promising hybrid combinations such as DF1, DF2, DF4, DF5, DF7, CML161, 02A, 02B these lines and their hybrids have performed well in tolerant to herbicide charateristics. Moreover, the follwing inbred lines and hybrids originated from these transferred parental lines and hybrids showed some advantages to the original ones such as vigorous growth, good lodging tolerance, Rhizoctonia and leaf spot resistance, high kernel set and yield. Because almost all gens transferred to maize are the single dominant genes, backcross method is the effective, cheap, and short way target genes, especially it is very suitable to Vietnam by the current time Keywords: Maize, Resistant, Backcross method. I. §ÆT VÊN §Ò Khác với phương pháp lai kinh điển, công nghệ gen để tạo sinh vật biến đổi gen nói chung và cây trồng biến đổi gen (GMO) nói riêng cho phép nhà tạo giống đưa vào một cá thể sinh vật những gen có những đặc tính mong muốn từ những sinh vật sống không có họ hàng gần. Mặc dầu hiện nay vẫn còn một số quan điểm khác nhau về vấn đề cây trồng biến đổi gen nhưng với việc mở rộng nhanh diện tích chỉ sau một thời gian ngắn, từ 0,5 triệu ha năm 1995 lên 134 triệu ha năm 2009, đã khẳng định ý nghĩa của thành tựu này đối với nhân loại. Trên thế giới đã tiến hành thí nghiệm đồng ruộng với hơn 60 loài cây trồng được chuyển gen chứa nhiều tính trạng khác nhau. Các đặc tính đã được ứng dụng rộng rãi là kháng sâu và kháng thuốc trừ cỏ riêng biệt hoặc kết hợp. Nhờ trồng cây chuyển gen kháng sâu đã giảm được đáng kể chi phí cho việc phòng trừ sâu, đồng thời giảm thiểu ô nhiễm môi trường và bảo vệ đa dạng sinh học. Việc sử dụng cây trồng kháng thuốc trừ cỏ đã tạo thuận lợi trong quản lý cỏ dại, đặc biệt mang lại hiệu quả rất lớn 1 Viện Nghiên cứu Ngô. i vi vic canh tỏc theo phng thc lm t ti thiu hoc khụng lm t, nht l vi nhng vựng t dc. Ging ngụ chuyn gen u tiờn M l ging khỏng Basta ca Dekalb vo nm 1990 (Bng sỏng ch s 5 489520), tip ú l ging khỏng sõu (Bt) ca Monsanto vo 1997, cỏc ging ca Dow Elanco vo nm 1998, ging khỏng vius ca Pioneer Hi- Bred v khỏng Glufossinate ca AgroEvo vo nm 2000 (Chang, 2005). Din tớch trng ngụ chuyn gen nm 2009 l 42 triu ha, chim 26% trong tng din tớch ngụ th gii. M l nc trng ngụ chuyn gen nhiu nht vi 29,9 triu ha chim 85% trong tng din tớch trng ngụ ca nc ny. Ti Chõu , Phillipin ó trng ngụ chuyn gen t nm 2003, nm 2009 nc ny ó trng 0,5 triu ha, chim 19% trong tng s 2,7 triu ha din tớch ngụ c nc (ISAAA brief 41-2009). Trong bi bỏo ny s gii thiu mt s kt qu bc u v chuyn gen khỏng thuc tr c, khỏng sõu c thõn t cỏc ging thng mi c ph bin ti vựng nhit i vo dũng b m ca cỏc ging ngụ lai ph bin Vit Nam bng phng phỏp lai tr li. õy l mt phn trong ti ghiờn cu to dũng ngụ bin i gen khỏng sõu/khỏng thuc dit c ca chng trỡnh Cụng ngh sinh hc giai on 2006-2010. II. VậT LIệU Và PHƯƠNG PHáP NGHIÊN CứU 1. Vt liu nghiờn cu - Cỏc ging ngụ lai thng mi mang gen khỏng sõu c thõn, khỏng thuc dit c c dựng lm ngun cho (Donor) - Cỏc dũng b m ca cỏc ging ngụ lai ph bin LVN4, LVN10, LVN14, SC2AB v mt s t hp lai trin vng ti Vin Nghiờn cu Ngụ: DF1, DF2, DF4, DF5, DF7, CML161, 2A, 2B, 2. Phng phỏp nghiờn cu - S dng phng phỏp lai tr li (Backcross) v t phi. - ỏnh giỏ kh nng khỏng sõu v khỏng thuc tr c bng cỏch th sõu non v phun thuc tr c. - Mi ngun vt liu gieo 10 hng, mi hng gieo 15 cõy (150 cõy/ngun). III. KếT QUả Và THảO LUậN 1. Mt s c im nụng, sinh hc ca dũng trin vng mi chuyn kh nng khỏng sõu, khỏng thuc tr c Sau mi i lai tr li cỏc dũng th h mi u c th kh nng khỏng sõu v khỏng thuc dit c, ch cỏc dũng cú biu hin khỏng mi c s dng BC hoc t phi cho chu k chn lc tip theo. Kt qu theo dừi cho thy, cỏc dũng DF5, DF7 (b m ca LVN4); DF4, CML161 (B m ca LVN14); 02A, 02B (b m ca SC2AB); DF1, DF2 (b m ca LVN10) u biu hin tớnh khỏng thuc tr c Glyphosate. - Kt qu ỏnh giỏ cỏc c tớnh nụng sinh hc ca cỏc dũng mi khỏng thuc dit c Glyphosate th h BC4S2 (Vin Nghiờn cu Ngụ, v xuõn 2010) (bng 1 v 2). T bng 1 cho thy, cỏc dũng chuyn gen sinh trng v phỏt trin tt hn, biu hin l cú thi gian sinh trng ngn v cao cõy hn; Tt c cỏc dũng chuyn gen u cú kh nng chng tt, mc b hi do sõu c thõn tng ng v thp hn cỏc dũng bỡnh thng. Bảng 1. Đặc điểm nông sinh học của các dòng Dòng TGST (ngày) Cao cây (cm) Chống đổ (điểm) Sâu đục thân (điểm) CG BT CG BT CG BT CG BT DF5 113 114 145,4 140,5 1 1 2 2 DF7 107 108 124,7 123,6 1 2 2 2 DF4 113 115 156,5 155,3 1 2 1 2 CML161 116 116 150,3 148,7 1 1 1 2 02A 112 113 137,8 133,6 1 2 2 2 02B 116 117 156,5 152,8 1 1 2 2 DF2 117 118 152,8 152,0 1 1 1 1 DF1 120 121 151,4 148,7 1 1 1 1 Ghi chú: CG: chuyển gen; BT: bình thường. Bảng 2. Đặc điểm nông sinh học và năng suất của các dòng Dòng Bệnh KV (điểm) Bệnh đốm lá (điểm) Dài bắp (cm) TL hạt/bắp (%) Năng suất (tạ/ha) CG BT CG BT CG BT CG BT CG BT DF5 1 2 2 3 14,6 14,0 76,7 75,4 28,5 26,4 DF7 1 1 2 3 12,2 11,3 72,4 70,3 21,2 20,5 DF4 1 2 1 2 11,5 10,4 75,5 75,0 27,7 26,2 CML161 1 2 2 3 14,5 14,2 73,2 72,6 26,5 25,3 02A 2 3 2 3 12,0 11,6 71,6 71,2 24,6 23,5 02B 1 1 1 1 13,7 13,2 71,4 70,7 23,5 21,4 DF2 1 1 2 2 14,7 14,0 76,8 75,3 27,6 25,7 DF1 1 2 1 1 11,4 11,0 72,3 71,5 20,3 19,2 TB 24,9 23,5 CV% 12,2 LSD 0,05 2,34 Kết quả bảng 2 cho thấy, đối với các bệnh khô vằn, đốm lá, các dòng chuyển gen cũng biểu hiện ít bị gây hại hơn các dòng bình thường; các dòng chuyển gen có bắp dài hơn, tỷ lệ hạt/bắp cao hơn, năng suất cao hơn, tuy sự chênh lệch là không có ý nghĩa nhưng đây cũng chứng tỏ các dòng chuyển gen sinh trưởng và phát triển tốt hơn các dòng ban đầu. Dòng H1BC4 (DF5) kháng thuốc trừ cỏ Glyphosate vẫn phát triển bình thường sau khi phun thuốc, dòng H1 (DF5) bình thường và cỏ dại đều bị cháy hoàn toàn Dòng H4BC4 (DF4) kháng thuốc trừ cỏ Glyphosate vẫn phát triển bình thường sau khi phun thuốc, dòng H4 (DF4) bình thường và cỏ dại đều bị cháy hoàn toàn Hình 1. Một số hình ảnh thử khả năng kháng thuốc trừ cỏ của các dòng -Kết quả theo dõi một số dòng chuyển gen kháng sâu đục thân triển vọng Trong quá trình đánh giá, các dòng được thử khả năng kháng sâu đục thân bằng cách thả sâu non tuổi 2 vào giai đoạn cây ngô có 4-5 lá với mật độ 5 con/cây. Những cá thể không bị sâu hại được tiếp tục backcross. Cho đến nay chỉ có dòng E39 trong vụ xuân 2010 biểu hiện tính kháng 100% số cá thể; các dòng DF2, DF5, CML161, 02A, 02B tỷ lệ cá thể kháng chiếm từ 20-30%. Các dòng kháng được tự phối để tiếp tục quá trình chọn lọc. Hình 2. Một số hình ảnh các dòng kháng sâu triển vọng 2. Kết quả khảo sát các tổ hợp lai mới kháng thuốc diệt cỏ glyphosate Vụ xuân và thu 2009, khi các dòng bố mẹ của các cặp lai LVN4, LVN14, LVN10 và SC2AB kháng thuốc diệt cỏ ở thế hệ BC4S1 được lai thử theo các công thức sau: A + x B + (A và B đều là dòng chuyển gen kháng thuốc trừ cỏ) A + x B (A kháng thuốc trừ cỏ, B bình thường) A x B + (A bình thường, B kháng thuốc trừ cỏ) Các cặp lai mới được đánh giá các đặc tính nông học, khả năng kháng thuốc trừ cỏ và so sánh với các cặp lai bình thường trong vụ thu 2009 và xuân 2010 (bảng 3). Bảng 3. Kết quả đánh giá các cặp lai mới Chỉ tiêu LVN4 LVN10 LVN14 SC2AB CG BT CG BT CG BT CG BT Thu 2009 TGST (ngày) 110 110 115 116 112 113 112 113 Cao cây (cm) 182,7 178,5 197,4 201,5 195,3 191,6 176,5 179,3 Đổ (điểm) 1 2 1 1 1 2 1 1 Sâu ĐT (điểm) 1 2 1 1 1 1 1 1 Bệnh KV (đ) 1 2 1 1 2 3 1 1 Đốm lá (điểm) 2 3 1 1 1 1 1 1 Kháng TTC 100% 100% 100% 100% Dài bắp (cm) 20,2 19,6 17,6 17,2 18,4 18,0 21,5 20,2 ĐK bắp (cm) 4,5 4,4 4,1 4,1 4,5 4,4 4,5 4,5 TL hạt/bắp (%) 81,4 80,7 82,0 81,5 78,6 78,3 81,3 81,0 Năng suất (tạ/ha) 88,7 85,2 80,6 78,5 90,5 87,7 96,6 94,7 CV% 7,18 LSD 0,05 3,84 Xuân 2010 TGST (ngày) 115 115 120 121 117 117 115 115 Cao cây (cm) 192,5 190,4 210,3 208,5 196,6 195,4 178,5 180,7 Đổ (điểm) 1 2 1 1 1 2 1 1 Sâu ĐT (điểm) 1 2 1 1 1 1 1 2 Bệnh KV (đ) 1 1 1 1 2 3 1 1 Đốm lá (điểm) 1 2 1 1 1 2 2 2 KhángTTC 100% 100% 100% 100% Dài bắp (cm) 19,4 19,1 18,2 17,8 19,5 18,0 21,7 20,6 ĐK bắp (cm) 4,6 4,5 4,2 4,1 4,5 4,4 4,5 4,5 TL hạt/bắp (%) 82,0 80,8 81,9 81,5 78,5 78,3 81,6 81,2 Năng suất (tạ/ha) 90,5 87,2 83,6 82,5 93,4 91,5 102,6 98,8 CV% 7,66 LSD 0,05 4,58 Qua đánh giá cho thấy, các giống được chuyển gen có biểu hiện: - Các công thức có một thành phần kháng thuốc trừ cỏ đều thể hiện đặc tính kháng ở con lai. - Thời gian sinh trưởng phần lớn là tương đương hoặc ngắn hơn giống bình thường từ 1-2 ngày. - Cao cây và chiều cao đóng bắp không khác biệt với giống bình thường. - Năng suất tất cả các giống mới đều cao hơn các giống gốc từ 1,1-3,8 tạ/ha tuy nhiên sai khác này không có ý nghĩa. - Các giống mới có khả năng chống đổ tốt, ít nhiễm bệnh lá, khả năng kết hạt tốt hơn. Đây là kết quả trong quá trình chọn lọc các dòng, ngoài đặc tính kháng thuốc trừ cỏ còn chú ý đến chọn các gia đình có những đặc điểm khác tốt hơn dòng ban đầu. Kết quả trên chứng tỏ, bằng phương pháp lai trở lại có thể chuyển được các tính trạng mong muốn khi có được các nguồn vật liệu cho. Thực tế tại các nước và công ty đi đầu trong công nghệ chuyển gen như Mỹ và Monsanto cũng chỉ chuyển gen mong muốn vào một số nguồn sau đó chuyển sang các nguồn khác bằng lai trở lại (Xu Wenwei-University technology of Texas; Narsarimham-Cty Monsanto). Đây là một con đường hiệu quả và rất rẻ, đặc biệt trong điều kiện nước ta hiện nay. Vì các gen được chuyển vào cây ngô hiện nay đều là đơn gen và trội. Hình 3. Một số hình của các giống lai chuyển gen và giống bình thường T¹p chÝ khoa häc vµ c«ng nghÖ n«ng nghiÖp ViÖt Nam 7 IV. KÕT LUËN Vµ §Ò NGHÞ 1. Kết luận - Bằng phương pháp lai trở lại, các dòng bố mẹ của các giống lai phổ biến nhất ở Việt Nam (LVN10, LVN4, LVN14 và một số tổ hợp lai triển vọng khác): DF1, DF2, DF4, DF5, DF7, CML161, 02A, 02B đã được chuyển gen kháng thuốc trừ cỏ Glyphosate và các con lai đã thể hiện được đặc tính này. Các dòng và con lai mới còn biểu hiện một số đặc tính ưu thế hơn các giống ban đầu như: Sinh trưởng, phát triển nhanh và khoẻ hơn, khả năng chống chịu với đổ, gãy, bệnh khô vằn, đốm lá và năng suất có cao hơn. - Đây cách làm hiệu quả, nhanh và rất rẻ, đặc biệt trong điều kiện nước ta hiện nay. 2. Đề nghị - Tiếp tục chuyển gen kháng thuốc trừ cỏ và sâu đục thân cũng như các tính trạng khác nếu có vào các dòng triển vọng của Việt Nam. - Thử nghiệm con lai có đặc tính kháng thuốc trừ cỏ tại các vùng sinh thái chính trong cả nước. TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Chang Ming Tang, 2005. Corn breeding Achievement in United States p: 12-21, Proceedings of the Nith Asian Regional Maize Worshop, September 5-9, 2005, Beijing, China 2. WWW.isaa.org, ISAAA Brief No 41-2009 (executive summary), *USDA, **FAO 2008 3. www.isaa.org, Global Status of Commercialized Biotech/GM Crops: 2009 4. Upadyayula arsarimham, 2010. Chọn tạo và phát triển giống ngô, lớp tập huấn kỹ thuật chọn tạo giống ngô-Dự án Phát triển giống ngô Việt Nam, tháng 5-2010. 5. Wanwei Xu, 2010. Chọn tạo giống ngô, lớp tập huấn kỹ thuật chọn tạo giống ngô-dự án phát triển giống ngô Việt Nam, tháng 5-2010. gười phản biện: PGS. TS. Nguyễn Văn Viết . KẾT QUẢ CHỌN TẠO DÒNG NGÔ CHUYỂN GEN KHÁNG SÂU ĐỤC THÂN VÀ THUỐC TRỪ CỎ BẰNG PHƯƠNG PHÁP LAI TRỞ LẠI Phan Xuân Hào 1 , Vương. chuyển gen kháng thuốc trừ cỏ) A + x B (A kháng thuốc trừ cỏ, B bình thường) A x B + (A bình thường, B kháng thuốc trừ cỏ) Các cặp lai mới được