Bộ lá quyết định năng suất cây
“Nghiên cứu tạo giống đậu tương chuyển gen kìm hãm già hóa bộ lá và tăng kích thước hạt” là đề tài nghiên cứu do Trường Đại học Nông Lâm – Đại học Thái Nguyên kết hợp với Đại học Đông A (Hàn Quốc) thực hiện từ tháng 12/2018 đến tháng 12/2021. Việc chuyển gene kéo dài quá trình quang hợp của bộ lá và tăng kích thước hạt là tiền đề cơ bản tạo ra giống đậu tương có năng suất cao.
TS Nguyễn Tiến Dũng, Trường Đại học Nông Lâm cho biết, việc lựa chọn tạo giống đậu tương ở Việt Nam chủ yếu thông qua lai tạo, gây đột biến. Con đường này ít tạo ra thành công mang tính đột biến về năng suất ở đậu tương.
Trên thế giới đậu tương chuyển gene chiếm khoảng 77% tổng số diện tích đậu tương canh tác, năng suất đạt tới 28 - 30 tạ/ha. Việc tạo ra giống đậu tương chuyển gene cho năng suất cao ở Việt Nam là nhu cầu bức thiết.
Năng suất cây trồng phụ thuộc rất nhiều vào bộ lá – cơ quan đóng vai trò quang hợp và cung cấp sản phẩm tích lũy ở hạt. Năng suất tích lũy dinh dưỡng phụ thuộc vào quá trình già hóa của bộ lá. Những giống năng suất cao, thường có bộ lá xanh lâu hơn. Giải pháp lúc này là tìm kiếm các gene chống lại sự già hóa của bộ lá để chuyển vào cây với mục tiêu tăng năng suất hạt.
TS Nguyễn Tiến Dũng cho biết, ở Việt Nam, chưa có giống đậu tương chuyển gene được đưa ra đánh giá ở diện rộng trên đồng ruộng. Năm 2010 đến năm 2012, Trường Đại học Nông Lâm – Đại học Thái Nguyên và Đại học Dong A - Hàn Quốc đã tiến hành một số nghiên cứu khả năng tái sinh của một số giống đậu tương phục vụ cho chuyển gene.
Kết quả nghiên cứu đã tạo được 13 dòng đậu tương chuyển gene kháng sâu sinh trưởng và phát triển tốt. Nhưng đến nay vẫn chưa có nghiên cứu về chuyển gene kìm hãm già hóa và tăng kích thước hạt đậu tương được tiến hành ở Việt Nam.
TS Nguyễn Tiến Dũng cho biết, nhóm tập trung nghiên cứu cải thiện tình trạng năng suất của giống đậu tương địa phương khu vực miền núi phía Bắc thông qua gene kiểm soát tuổi thọ lá như NAC/ ORESARA1, CBF và gene liên quan kích thước hạt như GmBS, GmBX32.
Kiểm soát các gene này nhằm nâng cao năng suất hạt của cây đậu tương Việt Nam. Cây chuyển gene sẽ kéo dài tuổi thọ của lá và kích thước hạt lớn hơn so với giống đậu tương ban đầu.
ORESARA1 (Ore1) là một yếu tố phiên mã thuộc nhóm NAC có vai trò tích cực kìm hãm già hóa bộ lá. Ore 1 kiểm soát sự biểu hiện của 170 gene khác trong đó có gene phân hủy các acid nucleic BFN1.
Sự xuất hiện của gene ORE1 đã kiểm soát quá trình già hóa thông qua kích hoạt các gene SAGs và thay đổi các hoạt động phiên mã thông qua tương tác giữa protein. Dựa trên các nghiên cứu, nhóm lựa chọn gen Ore1 để chuyển vào cây đậu tương nhằm kìm hãm sự già hóa của bộ lá.
Kích thước hạt là một trong những tính trạng chính được chú ý trong chọn giống. Ở đậu tương, cấu trúc gene tương đối phức tạp do đó việc xác định gene kiểm soát kích thước, khối lượng hạt tương đối khó khăn.
Nghiên cứu hai gene tương đồng với BS1 ở đậu tương là GmBS1 và GmBS2 cho thấy cây đậu tương chuyển gene có kích thước và khối lượng hạt tăng rõ rệt so với cây không chuyển gene. Ngoài ra, hàm lượng 16 loại amino acid trong cây đậu tương chuyển gene tăng hơn so với đối chứng. Các kết quả nghiên cứu trên cho thấy gene BS1 có vai trò chính kiểm soát kích thước và khối lượng hạt ở đậu tương.
Gene kìm hãm già hóa lá Orel có khả năng kéo dài tuổi thọ lá từ 40 ngày lên 70 ngày. Số quả/cây tăng 20% so với cây đối chứng không chuyển gene. Kết quả này cho thấy gen Ore1 có thể sử dụng để tăng năng suất cây trồng. Gene tăng kích thước hạt BS1 có khả năng tăng kích thước và khối lượng hạt đậu tương từ 0,15g đến 0,25g/hạt.
Ứng dụng cho cả lúa, ngô…
Đề tài đã thiết kế được hai vector chuyển gene mang gene kìm hãm già hóa Ore1 và tăng kích thước hạt BS1, chuyển gene thành công vào một số giống đậu tương khu vực miền núi phía Bắc; Tạo ra được 15 dòng đậu tương T1 hoặc T2 mang gene Ore1, 15 dòng đậu tương T1 hoặc T2 mang gene BS1; Tăng cường năng lực đào tạo, nghiên cứu khoa học và hợp tác quốc tế cho cán bộ Trường Đại học Nông Lâm – Đại học Thái Nguyên.
Đây là cơ sở để tiếp tục ứng dụng kỹ thuật chuyển gene kéo dài tuổi thọ lá và kích thước hạt góp phần làm tăng năng suất cây đậu tương. Các dòng đậu tương có năng suất cao có thể được tiếp tục chọn lọc để phát triển thành giống mới có khả năng sản xuất tại các tỉnh miền núi phía Bắc Việt Nam.
Điều đặc biệt là hệ thống vector chuyển gen kìm hãm già hóa và tăng kích thước hạt của đề tài có khả năng ứng dụng cao cho các cây trồng khác như lúa, ngô,… để tạo ra giống mới có năng suất cao, được sử dụng trong sản xuất, nâng cao hiệu quả kinh tế.
PGS.TS Khuất Hữu Trung, Phó Viện trưởng Viện Di truyền Nông nghiệp đánh giá cao nghiên cứu này. Sản phẩm của đề tài sẽ cung cấp nguồn vật liệu có giá trị (gene kìm hãm già hóa và tăng kích thước hạt) cho tạo giống cây trồng chuyển gene ở Việt Nam. Qua thực hiện đề tài, nhóm các nhà khoa học đã có thể tiếp cận phương pháp chuyển gene trên đậu tương, được chuyển giao từ phía Hàn Quốc.
Con đường để có giống đậu tương chuyển gene thương mại hóa còn rất dài. Từ các thế hệ T1, T2 đến hoàn chỉnh giống phải thử nghiệm trên các vùng sinh thái về năng suất, chất lượng, đánh giá rủi ro… mất hàng chục năm. Song việc tiếp cận công nghệ, làm chủ kỹ thuật chuyển gene trên giống cây trồng… là nền tảng để làm chủ công nghệ này trong tương lai.
