Nghiên cứu tạo giống đậu tương biến đổi gen kháng ruồi đục thân và sâu đục quả
- Thứ tư - 11/09/2019 02:24
- |In ra
- |Đóng cửa sổ này
Đậu tương là cây công nghiệp ngắn ngày và là cây trồng truyền thống ở nước ta. Hạt đậu tương có giá trị dinh dưỡng và giá trị kinh tế cao, được sử dụng làm thức ăn giàu đạm và chất béo cho người, chế biến thức ăn gia súc và cung cấp nguyên liệu cho ngành chế biến dầu thực vật ở nước ta.
Ở Việt Nam hiện nay, cây đậu tương được gieo trồng ở 43/62 tỉnh, thành phố, thuộc 7 vùng sinh thái nông nghiệp. Theo Tổng cục Thống kê, diện tích đậu tương nước ta năm 2015 là 130 nghìn ha; giai đoạn gia tăng diện tích vào 2000-2005, từ 2006 đến 2011 diện tích không tăng, giữ trên dưới 190 ngàn ha, từ 2012 đến nay diện tích có phần giảm xuống.
Năng suất đậu tương nước từ năm 2007 đến 2015 dao động trong khoảng từ 1,39 -1,48 tấn/ha. Năng suất đậu tương Việt Nam thấp hơn bình quân thế giới và xếp hạng 51/88 nước trồng đậu tương. Điều kiện sâu hại và bất lợi ngoại cảnh (hạn, úng) là các yếu tố hạn chế năng suất đậu tương của Việt Nam. Do đó, sản lượng đậu tương sản xuất ở Việt Nam không đáp ứng nhu cầu trong nước, nhất là nhu cầu về khô dầu đậu tương cho chăn nuôi. Ở Việt Nam, ruồi đục thân, sâu đục quả và sâu xanh da láng là các đối 2 tượng sâu hại chủ yếu làm giảm nghiêm trọng năng suất đậu tượng. Vì vậy, việc sử dụng các giống đậu tương biến đổi gen kháng sâu hại sẽ trực tiếp tăng năng suất đậu tương, đồng thời giảm lượng thuốc trừ sâu nên giảm được chi phí sản xuất và đóng góp cho bảo vệ môi trường.
Hiện nay, trên thế giới nói chung và Việt Nam nói riêng chưa có nhiều giống đậu tương biến đổi gen kháng sâu so với giống đậu tương biến đổi gen kháng thuốc trừ cỏ. Việc nhập các giống đậu tương biến đổi gen từ nước ngoài vào Việt Nam bị lệ thuộc vào các công ty nước ngoài cũng như các rào cản về sở hữu trí tuệ. Vì vậy, cần có các nỗ lực trong nước để tự tạo giống đậu tương biến đổi gen.
Từ yêu cầu nêu trên, PGS.TS. Trần Thị Cúc Hòa, hiện đang công tác tại Viện lúa ĐBSCL cùng các đồng nghiệp đã thực hiện đề tài cấp Nhà nước “Nghiên cứu tạo giống đậu tương biến đổi gen kháng ruồi đục thân và sâu đục quả”. Mục tiêu chung của đề tài nhằm: Tạo chọn 2-3 dòng đậu tương biến đổi gen mang gen kháng ruồi đục thân và sâu đục quả biểu hiện tính kháng sâu, có năng suất và chất lượng cao.
Đề tài đã được thực hiện đầy đủ các nội dung đề ra và đạt các kết quả sau:
1. Tổng hợp mới hai gen kháng sâu Cry2Aa và Cry4A và thiết kế hoàn chỉnh bốn vector mới (pHOA40, pHOA60, pHOA100, pHOA130) để chuyển gen kháng ruồi đục thân và sâu đục quả vào cây đậu tương.
2. Đã thực hiện chuyển nạp gen, tái sinh và phát triển được 6 dòng T0 đậu tương biến đổi gen giống Williams 82 bằng vector pPTN791, 13 dòng T0 giống Williams 82 bằng vector pPTN-Vip3A (pHOA210) và 3 dòng T0 giống MTĐ 176 bằng vector pPTN- vip3A (pHOA210).
Chuyển nạp gen bằng các vector mới vào giống Williams 82 đã tạo ra được 7 dòng T0 chuyển nạp gen cry2Aa với vector pHOA60, 5 dòng T0 chuyển nạp gen soycry1Ac-cry4A với vector pHOA100 và 8 dòng T0 chuyển nạp gen soycry1Ac-cry2Aa với vector pHOA130.
3. Phân tích PCR, Southern blot và ELISA các dòng đậu tương biến đổi gen
- Phân tích PCR và Southern các dòng đậu tương biến đổi gen với pPTN791, kết quả ghi nhận 3/5 dòng T0 mang gen bar và soycry1Ac, 5/21 dòng T1 mang gen soycry1Ac, nhiễm Liberty (thuốc diệt cỏ), và 11/21 dòng T1 mang cả gen bar và gen soycry1Ac, kháng Liberty; 27/59 dòng T2 mang gen soycry1Ac, nhiễm Liberty, và 23/59 dòng T2 mang gen soycry1Ac, kháng Liberty; 24 dòng T3 mang gen soycry1Ac và nhiễm Liberty; 27 dòng T4 mang gen soycry1Ac, nhiễm Liberty; 52 dòng T5 chỉ mang gen soycry1Ac, nhiễm Liberty. 216
- Phân tích PCR và Southern các dòng đậu tương biến đổi gen với pPTN-Vip3A (pHOA210), kết quả ghi nhận 9/15 dòng T0 mang gen bar và vip3A; 42/73 dòng T1 mang cả hai gen vip3A và bar, và 10/73 dòng T1 mang gen soycry1Ac, nhiễm Liberty; phân tích Southern blot 32 dòng T2 kết quả có 18/32 dòng mang cả hai gen vip3A và bar, 10/32 dòng mang gen vip3A, nhiễm Liberty, 3/32 dòng không mang gen vip3A, nhiễm Liberty và 1/32 dòng chỉ mang gen chọn lọc bar. Phân tích Southern blot các dòng T3, T4 và T5 ghi nhận: 17/30 dòng T3 mang gen vip3A, kháng Liberty, 13/30 dòng T3 mang gen vip3A, nhiễm Liberty, 23 dòng T4 mang gen vip3A, kháng Liberty; 39 dòng T5 mang gen vip3A, kháng Liberty.
- Phân tích PCR các dòng đậu tương biến đổi gen với ba vector mới pHOA60, pHOA100 và pHOA130, kết quả ghi nhận 3/5 dòng T0 chuyển nạp gen từ vector pHOA60 kháng Liberty mang cả hai gen cry2Aa và gen bar; 3/4 dòng T0 chuyển nạp gen từ vector pHOA100 kháng Liberty và mang cả hai gen soycry1Ac-cry4A và gen bar; 3/4 dòng T0 chuyển nạp gen từ vector pHOA130 mang cả hai gen soycry1Ac-cry2Aa và gen bar. Thế hệ T1, phân tích PCR 24/34 dòng T1 phát triển từ 3 dòng T0 chuyển nạp gen với vector pHOA60, mang cả hai gen cry2Aa và gen bar và 1/34 dòng chỉ mang gen cry2Aa-nhiễm Liberty; 20/35 dòng T1 phát triển từ 3 dòng T0 chuyển nạp gen với vector pHOA100 mang cả hai gen soycry1Ac+cry4A và gen bar và 2/35 dòng T1 chỉ mang gen soycry1Ac+cry4A; 20/34 dòng T1 phát triển từ 3 dòng T0 chuyển nạp gen với vector pHOA130 mang cả hai gen soycry1Ac+cry2Aa và gen bar và 4/34 dòng T1 chỉ mang gen soycry1Ac+cry2Aa.
- Phân tích ELISA ghi nhận, 8 dòng T2 được phát triển từ T0HCW3-2 và 11 dòng T3 được phát triển từ T0HCW4-1 biểu hiện hàm lượng protein Cry1Ac trung bình trong lá lần lượt là 573,66 ng/g lá tươi và 525,29 ng/g lá 217 tươi; 6 dòng T4 được phát triển từ T0HCW3-2 (trung bình 539,13 ng/g lá tươi), 7 dòng T4 được phát triển từ T0HCW4-1 (trung bình 589,39 ng/g lá tươi) và 13 dòng T4 được phát triển từ T0HCW6-2 (trung bình 508,64 ng/g lá tươi) có hàm lượng protein Cry1Ac trong lá được xác định; 25/44 dòng T5 có nguồn gốc từ T0HCW3-2, T0HCW4-1 và T0HCW6-2 có hàm lượng protein được xác định và ghi nhận các dòng T5 có nguồn gốc từ HCW4-1 và HCW3-2 biểu hiện hàm lượng protein Cry1Ac cao và ổn định.
4. Thanh lọc tính kháng sâu các dòng đậu tương biến đổi gen
- Đã thanh lọc tính kháng sâu đục quả trên 3 dòng T6, 1 dòng T5 và 1 đối chứng giống đậu không chuyển gen Williams 82 (WT) trong phòng thí nghiệm và trong nhà lưới. Kết quả thanh lọc trong nhà lưới vụ Đông 2016 ghi nhận 3 dòng T6HCW4-1-5-9-1-1-2, T6HCW4-1-5-9-7-9-3 và T5HCW3-2-2-2-10-5 có tính kháng cao sâu đục quả đậu tương Etiella zinckenella, có tỉ lệ quả bị đục dao động từ 0,62%-0.72%, thấp và khác biệt có ý nghĩa thống kê so với giống đối chứng không chuyển gen Williams 82 có tỉ lệ quả bị đục 3,69%.
- Đã đánh giá tác động của 4 dòng đậu tương chuyển gen và 1 đối chứng giống đậu không chuyển gen Williams 82 (WT) đối với ruồi đục thân đậu tương Melanagromyza sojae trong điều kiện phòng thí nghiệm. Kết quả ghi nhận dòng chuyển gen T6HVW5-8-4-4-8-14-5 có tỷ lệ bị hại thấp nhất với tỷ lệ hại trung bình là 60,0%, dòng chuyển gen T7HV5-8-4- 4-8-16-2-1 có tỷ lệ bị hại đạt cao nhất và đạt 100%. Ghi nhận chiều dài đường đục do ruồi đục thân đậu tương gây ra, dòng chuyển gen T6HVW5- 8-4-4-8-14-5 có chiều dài đường đục ngắn nhất (là 7,70 cm. Dòng chuyển gen T7HV5-8-4-4-8-16-2-1 có chiều dài đường đục dài nhất và đạt tới 20,0 cm.
Quan sát đánh giá tác động của 33 dòng đậu tương chuyển gen và 1 đối chứng giống đậu không chuyển gen Williams 82 (WT) đối với ruồi đục thân đậu tương Melanagromyza sojae trong điều kiện ngoài nhà lưới. Kết quả ghi nhận một số dòng biến đổi gen mang gen soycry1Ac gồm T6HCW4-1-5-9-1-1-2, T6HCW4-1-3-14-2-4-5, T5HCW3-2-2-1-1-4, T5HCW3-2-2-2-10-5, T6HCW4-1-5-9-7-9-3, T6HCW4-1-5-9-4-2-3 và T5HCW6-2-2-1-1-1 và dòng biến đổi gen mang gen vip3A gồm T4HVW5- 8-4-5-4, T6HCW4-1-6-1-7-6-7) T3HVW5-6-1-1, T6HCW4-1-6-1-7-6-2 có tỉ lệ cây bị ruồi đục thân rất thấp (1-2/22) cây so với giống đối chứng Williams 82 (15/22 cây).
5. Đánh giá đặc tính nông học và chất lượng hạt các dòng đậu tương biến đổi gen
- Đã đánh giá đặc tính nông học và chất lượng của các 9 dòng đậu tương biến đổi gen triển vọng. Hầu hết các dòng có thời gian sinh trưởng là 90 ngày.
Dòng đậu tương biến đổi gen T6HCW4-1-5-9-1-1-2: số trái trên cây đạt 78,31; tỉ lệ trái 3 hạt 53,9%; số hạt/cây 189,9; trọng lượng 100 hạt 16,42g; năng suất lý thuyết 3,77 tấn/ha; tỉ lệ tăng năng suất có ý nghĩa thống kê so với giống đối chứng Williams 82 là 26,51%.
Dòng đậu tương biến đổi gen T6HCW4-1-5-9-7-9-3: số trái trên cây đạt 75,15; tỉ lệ trái 3 hạt 64,2%; số hạt/cây 203,3; trọng lượng 100 hạt 15,48 g; năng suất lý thuyết 4,20 tấn/ha, tỉ lệ tăng năng suất có ý nghĩa thống kê so với giống đối chứng Williams 82 là 40,94%.
Dòng đậu tương biến đổi gen T5HCW3-2-2-2-10-5: số trái trên cây đạt 69,87; tỉ lệ trái 3 hạt 59,8%; số hạt/cây 189,5; trọng lượng 100 hạt 15,02 g; năng suất lý thuyết 3,66 tấn/ha, tỉ lệ tăng năng suất có ý nghĩa thống kê so với giống đối chứng Williams 82 là 22,82%.
6. Hàm lượng đạm và dầu trong hạt đậu tương: Kết quả cho thấy có sự khác biệt ý nghĩa thống kê về hàm lượng dầu của mười giống/dòng đậu tương biến đổi gen. Dòng T6HCW4-1-5-9-1-1-2 có hàm lượng protein cao đạt 41,29%, và hàm lượng dầu chiếm 22,90%. Dòng T6HCW4-1-5-9- 7-9-3 có hàm lượng protein cao đạt 40,60%, và hàm lượng dầu chiếm 23,36%. Dòng T5HCW3-2-2-2-10-5 có hàm lượng protein cao đạt 40,98%, và hàm lượng dầu chiếm 23,36%. So với giống truyền thống, không biến đổi gen Williams 82 có hàm lượng protein 41,27% và hàm lượng dầu chiếm 23,94%; ba dòng đậu tương biến đổi gen T6HCW4-1-5-9-1-1-2, T6HCW4-1-5-9-7-9-3 và T5HCW3-2-2-2-10-5 có hàm lượng protein và dầu trong hạt tương đương.
7. Tóm lại, kết quả nghiên cứu của đề tài đã chọn tạo được 3 dòng đậu tương biến đổi gen triển vọng có tính kháng cao ruồi đục thân và sâu đục quả, có năng suất cao và chất lượng hạt tốt gồm: T6HCW4-1-5-9-1-1- 2, T6HCW4-1-5-9-7-9-3 và T5HCW3-2-2-2-10-5.
- Ba dòng T6HCW4-1-5-9-1-1-2, T6HCW4-1-5-9-7-9-3 và T5HCW3-2-2-2-10-5 đã được chọn đến thế hệ T5, T6.
- Kết quả phân tích Southern blot cho thấy ba dòng T6HCW4-1-5-9- 1-1-2, T6HCW4-1-5-9-7-9-3 và T5HCW3-2-2-2-10-5 có sự hiện diện của gen soycry1Ac được chuyển nạp và gen đã biểu hiện với hàm lượng protein Cry1Ac cao.
- Ba dòng T6HCW4-1-5-9-1-1-2, T6HCW4-1-5-9-7-9-3 và T5HCW3-2-2-2-10-5 có tính kháng cao kháng sâu đục quả và ruồi đục thân ở đậu tương, có năng suất cao và chất lượng (hàm lượng protein và hàm lượng dầu) tốt.
Sản phẩm khoa học
(1) Đã tạo chọn được 3 dòng đậu tương biến đổi gen đạt các mục tiêu đề tài đặt ra; ngoài ra còn một số dòng triển vọng có thể được tiếp tục đánh giá, chọn lọc.
(2) Đã nghiệm thu quy trình đánh giá, chọn lọc và thử nghiệm cây đậu tương chuyển gen;
(3) Đã công bố 04 bài báo khoa học trên các tạp chí chuyên ngành;
(4) Đã đào tạo 2 Thạc sỹ chuyên ngành Công nghệ Sinh học, trường Đại học Cần Thơ.
Có thể tìm đọc toàn văn báo cáo kết quả nghiên cứu (Mã số 15050/2018) tại Cục Thông tin KH&CNQG.
P.K.L (NASATI)