Nhóm nghiên cứu mạnh "Công nghệ sinh học trong chọn tạo giống cây trồng"

1. Giới thiệu chung về nhóm nghiên cứu

    Học viện Nông nghiệp Việt nam là một sở đào tạo đại học hàng đầu, trọng điểm Quốc gia, có truyền thống, chuyên nghiên cứu và đào tạo các ngành khoa học và công nghệ về cây trồng của cả nước.  Trong nghiên cứu cây trồng với trọng tâm là chọn tạo giống mới thì việc sở hữu nguồn gen đóng vai trò quyết định.  Nguồn gen càng phong phú và đa dạng bao nhiêu thì khả năng chọn tạo ra giống mới càng nhanh chóng và thành công bấy nhiêu.  Nước ta có địa hình, điều kiện thời tiết khí hậu rất đa dạng và phong phú, vì vậy đã tạo ra một thảm thực vật, nguồn gen các giống cây trồng rất đa dạng trải dài từ Bắc xuống Nam, có rất nhiều giống lúa, cây khoai lang, cam quýt bưởi và nhiều cây ăn quả đặc sản địa phương khác.  Một số giống cây trồng đang được duy trì và phát triển rộng, tạo ra những vùng chuyên canh, thu lại nhiều lợi ích kinh tế cho nông dân nhiều khu vực.  Tuy nhiên, do sự phát triển của nông nghiệp, công nghiệp và tốc độ đô thị hóa, việc đưa trồng ồ ạt các giống cây trồng mới dẫn đến nguồn gen của nhiều cây trồng bản địa bị xói mòn, mất mát dần, cần phải nhanh chóng đi thu thập và bảo tồn chúng. Theo tổ chức nông lương FAO quy định về nguồn gen toàn cầu, quyền và nghĩa vụ của các thành viên tham gia trong trao đổi và sử dụng nguồn gen cây trồng.  Việt nam nếu tham gia là một thành viên cũng sẽ phải thực hiện đầy đủ các quyền và nghĩa vụ về việc sử dụng và trao đổi nguồn gen toàn cầu này.  Nhận thức được điều đó từ lâu nước ta đã xây dựng Trung tâm Tài nguyên thực vật và một vài cơ sở bảo tồn in situ khác đặt ở một số địa phương và ở các Viện nghiên cứu vùng.   Mặc dù vậy, do công tác tổ chức, quy chế và trao đổi thông tin, vật liệu chưa thật tốt nên việc đánh giá, khai thác và sử dụng các nguồn gen đang bảo tồn của nước ta vẫn chưa tốt và chưa có một hệ thống thống nhất.   Kinh nghiệm của nhiều nước tiên tiến trên thế giới như Nhật bản và Mỹ ngoài các trung tâm bảo tồn nguồn gen Quốc gia, các cơ sở nghiên cứu lớn như các Viện và Trường Đại học trọng điểm đều có một nguồn gen công tác được bảo tồn thường xuyên để đánh giá, sử dụng làm vật liệu trong các nghiên cứu chọn tạo giống và giảng dạy của mình.   Có rất nhiều cây trồng ở nước ta, trong đó trước mắt chúng ta nên tập trung vào một số cây trồng kinh tế quan trọng, đã và đang là đối tượng nghiên cứu chủ yếu của Học viện ta đó là cây lúa, cây cà chua, cây khoai tây, cây khoai lang, cây ngô, cây đậu tương, cây nghệ, các loại cây gia vị làm thuốc như kinh giới, húng lừu, tía tô và mùi tầu, với cây ăn quả lâu năm có giá trị kinh tế cao được Bộ NN&PTNT quy định trong đó bao gồm cam quýt bưởi.
     Hiện nay, nhờ thành tựu phát triển nhanh chóng của công nghệ sinh học, hầu như tất cả các gen hay QTLs quy định tất cả các tính trạng của nhiều loại cây trồng đã được lập bản đồ di truyền và định vị trên từng nhiễm sắc thể, đồng thời trong chúng đã được xác định nhiều loại chỉ thị phân tử liên kết.  Công nghệ nuôi cấy mô tế bào, nuôi cấy bao hạt phấn, chỉ thị phân tử, công nghệ chuyển gen và chỉnh sửa genome ngày càng phát triển, đã và đang áp dụng phổ biến trong chọn tạo giống cây trồng ở nhiều nước tiến tiến trên thế giới và cả ở các nước đang phát triển như nước ta.  Các công nghệ này giúp công tác chọn tạo giống được nhanh, sớm, chính xác các gen, kiểu gen và các tính trạng, kiểu hình, rút ngắn được quá trình chọn tạo ra giống mới và chọn được giống mới có nhiều đặc điểm tốt hơn, giống cây lý tưởng đáp ứng được các nhu cầu của thực tiễn sản xuất ngày một tăng lên không ngừng.  Hiện nay do đời sống của người dân ngày một nâng cao và nhu cầu xuất khẩu, thì chất lượng của giống mới phải được đặt lên hàng đầu.  Do biến đổi khí hậu, trái đất nóng lên, mưa nắng bão lụt hạn hán xẩy ra bất thường, dẫn đến nhiều loại sâu bệnh xuất hiện phá hại không theo quy luật cần phải chọn tạo được giống chống chịu tốt và bền vững với nhiều loại sâu bệnh hại để giảm chi phí phun thuốc bảo vệ thực vật, không gây ô nhiễm môi trường tạo nông sản sạch, một giống tốt không những cần phải có năng suất cao, chất lượng tốt mà còn cần có khả năng thích ứng rộng, kháng được nhiều sâu bệnh hại và chống chịu được với điều kiện môi trường khó khăn như hạn và mặn.  Trên cơ sở bảo tồn nguồn gen, nhóm nghiên cứu của bộ môn sinh học phân tử và công nghệ sinh học cùng với cán bộ của Trung tâm Bảo tồn và phát triển nguồn gen cây trồng từ khi thành lập năm 2010, đã tập trung nghiên cứu ứng dụng công nghệ sinh học và chủ yếu là công nghệ tế bào nuôi cấy mô, nuôi cấy bao phấn và chỉ thị phân tử DNA đã chọn tạo được 4 giống lúa được công nhận giống Quốc gia là giống lúa nếp NV1 và NV3 và giống lúa tẻ N91 và T65 ngắn ngày, cho năng suất cao, chất lượng tốt và kháng bệnh bạc lá, đạo ôn và rầy nâu.  Trong đó hai giống NV1 và N91 được công nhận chính thức giống quốc gia.  Nhóm nghiên cứu công nghệ sinh học được thành lập trên cơ sở tập hợp sức mạnh trí tuệ của 11 thành viên khác trong khoa công nghệ sinh học, những nhà khoa học được đào tạo từ nhiều nước tiến tiến khác do GS.TS. Phan Hữu Tôn là trưởng nhóm đứng đầu và các thành viên gồm: TS.Nguyễn Thị Thúy Hạnh, ThS. Tống Văn Hải, ThS. Phạm Đình Ổn, ThS. Nguyễn Quốc Trung, PGS.TS. Hà Viết Cường, TS. Nguyễn Văn Giang, KS. Phan Hữu Hiển, KS. Phan Thanh Tùng và KS. Phan Thị Hiền.
       Với đội ngũ trên sẽ tạo thành một tập thể có sức mạnh tổng hợp để tạo ra một số giống cây trồng có đa tính trạng tốt, trước mắt tập trung nghiên cứu chọn tạo được giống lúa có đa tính trạng ưu việt: thời gian sinh trưởng ngắn, năng suất cao > 7,0 tấn/ha, chất lượng tốt (gạo trong, tỷ lệ gạo nguyên cao >55%, hàm lượng amylose trung bình thấp từ 18 – 22%, có mùi thơm) chống chịu tốt với nhiều loại sâu bệnh (rầy nâu, bệnh bạc lá, đạo ôn và khô vằn), thích ứng rộng, chống chịu với hạn và mặn, nghiên cứu sự tương tác giữa các nhóm vùng gen trong genome cây lúa, tiến tới tạo giống lúa lý tưởng, đa dụng, rơm rạ dùng làm thức ăn cho gia súc và sản xuất nhiên liệu sinh học ethanol, gạo vừa làm thực phẩm vừa làm thuốc do chứa anthocyanin, một chất chống ô xy hóa khử, phòng chống bệnh ung thư, phục vụ xã hội nâng tầm uy tín cho Học viện Nông nghiệp Việt nam.    
2.Mục tiêu:  Thu thập, bảo tồn, khai thác và phát triển nguồn gen, nghiên cứu ứng dụng công nghệ sinh học nhằm chọn tạo ra giống mới một số cây trồng: lúa (tập trung trước mắt), cà chua, cam quýt bưởi, khoai tây, khoai lang, ngô, cây nghệ, bông, đậu đỗ, một số cây thuốc gia vị khác, tạo cây trồng lý tưởng theo hướng ngắn ngày, năng suất cao, chất lượng tốt và chống chịu với nhiều loại sâu bệnh hại, hạn và mặn, hợp tác quốc tế và liên kết liên doanh với các công ty nhằm trình diễn phát triển giống cây trồng và sản phẩm công nghệ sinh học mới phục vụ phát triển sản xuất nông nghiệp.
3. Định hướng nghiên cứu chính
1.  Thu thập, bảo tồn, đánh giá và phát triển nguồn gen cây trồng trong và ngoài nước
Thu thập và bảo tồn nguồn gen 4000 mẫu giống lúa; 500 mẫu giống cà chua, tập trung vào những mẫu giống có tiềm năng năng suất cao, chất lượng tốt, có đặc tính chịu nóng, chín chậm, kháng sâu bệnh (virus và sương mai); nguồn gen các cây thuộc họ citrus khoảng 300 mẫu giống, bao gồm các giống tốt chất lượng cao, không hạt, kháng bệnh greening địa phương và nhập nội;  500 mẫu giống khoai tây; 300 mẫu giống khoai lang; 300  mẫu giống ngô; 300 mẫu giống bông vải; 500 mẫu giống đậu tương; 300 mẫu giống đỗ các loại; 400 mẫu giống nghệ gừng, địa liền và hàng trăm các mẫu giống các cây gia vị làm thuốc như kinh giới, tía tô, húng lừu và mùi tầu.
2.  Nghiên cứu ứng dụng công nghệ sinh học nhằm:
1.  Chọn tạo giống lúa (tẻ, nếp) ngắn ngày, năng suất cao, chất lượng tốt, kháng bệnh bạc lá, đạo ôn, khô vằn, rầy nâu và rầy lưng trắng, chịu hạn và mặn.
2. Nghiên cứu đa dạng di truyền các chủng vi sinh vật gây bệnh bạc, đạo ôn, khô vằn và biotype  rầy nâu, xác định số lượng, vùng phân bố chủng và các gen kháng hữu hiệu phục vụ chọn tạo giống lúa kháng sâu bệnh tốt và bền vững.
3. Nghiên cứu lập bản đồ gen (QTLs) và xác định chỉ thị phân tử liên kết với các gen, vai trò của từng gen cụm gen tác động đến sự biểu hiện kiểu hình của tính trạng.
4. Nghiên cứu hiệu quả  tương tác giữa các gen, vùng gen, xây dựng hệ genome kiểu cây lúa lý tưởng, cho kiểu hình có nhiều tính trạng ưu việt.
6. Nghiên cứu sử dụng công nghệ chỉnh sửa gen (genome editing) cải tiến các giống cây trồng đặc sản có thêm nhiều đặc tính tốt hơn.
7. Giống cà chua năng suất cao, chất lượng tốt, chín chậm, chịu nóng và kháng bệnh virut xoăn vàng lá, nấm sương mai và héo rũ.
8. Giống cam quýt bưởi năng suất cao, chất lượng tốt, không hạt và kháng bệnh greening.
9. Giống khoai tây năng suất cao, kháng bệnh sương mai, bệnh héo rũ, chịu hạn phục vụ ngành chế biến.
10. Giống khoai lang vụ đông, ngắn ngày, năng suất cao, chất lượng ăn lá và ăn củ tươi tốt.  
11. Giống ngô lai 2,3 dòng ngắn ngày, năng suất cao, chất lượng tốt (ngô nếp và tím), kháng bệnh đốm lá và khô vằn.
12. Giống bông vải năng suất sợi cao, kháng sâu và bệnh giác ban bông. 
13. Giống đậu tương ngắn ngày, năng suất cao, chất lượng protein cao, kháng bệnh rỉ sắt và chống hạn.
 14. Khảo sát đánh giá nguồn gen, phát triển nguồn gen tốt các cây trồng đặc sản Việt nam và nghiên cứu chuyển gen và trồng thử nghiệm các giống cây trồng biến đổi gen.
15. Hợp tác với các tổ chức cá nhân trong và ngoài nước chuyển giao tiến bộ kỹ thuật, xây dựng mô hình trình diễn sản phẩm công nghệ sinh học, hợp tác với các công ty cung cấp dịch vụ khoa học CNSH.
16.  Sản xuất kinh doanh các giống cây trồng chất lượng cao phục vụ sản xuất.
17. Tổ chức tập huấn, đào tạo tay nghề, thăm quan du lịch sinh thái về công nghệ sinh học phục vụ nông nghiệp.
4. Sản phẩm mong đợi
- Xây dựng khu nghiên cứu trình diễn cây lúa, cây màu rộng 3 ha đồng bộ, an toàn và được tưới tiêu chủ động. Khu bảo tồn nguồn gen ngoài đồng và dưới dạng hạt trong kho nhà lạnh các giống cây trồng, đa dạng phong phú có những đặc tính đặc hữu làm nguồn vật liệu, một tài sản vô giá của Học viện, phục vụ nghiên cứu chọn tạo giống, đào tạo đại học và cao học các ngành cây trồng bảo vệ thực vật và bảo quản chế biến. Vườn cây cam quýt quý hiếm, đặc sản tốt, đa dạng, cảnh quan sinh thái làm vật liệu cho sinh viên nghiên cứu và học tập. Nguồn gen các giống cây trồng.
- Hệ thống nhà kho lạnh, phòng nghiên cứu, phân tích, nuôi cấy mô chuyển gen, khu nhà lưới, nhà kính, khu nghiên cứu bảo tồn các cây trồng mục tiêu đồng bộ, an toàn và hiện đại.
- Các giống cây trồng mới được tạo ra có năng suất cao, chất lượng tốt, chống chịu sâu bệnh và điều kiện vô sinh tốt sẽ bán bản quyền.  Các giống cây trồng chuyển gen nhập nội được thử nghiệm và đánh giá đưa ra sản xuất.
- Chọn tạo và phát triển được 2 - 3 giống lúa mới ngắn ngày, năng suất cao, chất lượng tốt, kháng bệnh bạc lá, đạo ôn, khô vằn và rầy nâu tốt, chống chịu hạn và mặn tốt.
- 5 mô hình trình diễn giúp thăm quan học tập và cảnh quan sinh thái, mô hình trình diễn nguồn gen giống lúa, nguồn gen giống cam quýt bưởi, nguồn gen giống cà chua, nguồn gen giống khoai tây, nguồn gen giống nghệ.
- Chọn tạo được 2- 3 giống cà chua năng suất cao, chất lượng tốt, chín chậm, chống nóng, kháng virut xoăn vàng lá và bênh sương mai.
- Chọn tạo và tuyển chọn được 2 giống cam quýt tốt, không hạt, thích ứng tốt và phát triển rộng ra sản xuất.
- Chọn được 2 - 3 giống khoai tây, năng suất cao, kháng sâu bệnh, phục vụ chế biến.
- Chọn tạo được 2 - 3 giống bông kháng sâu, chịu hạn và năng suất sợi cao.
- Nhân đủ lượng hạt giống, cây con giống tốt, chất lượng cao, bán trồng rộng ra sản xuất.
- Thử nghiệm các chế phẩm sinh học mới được tạo ra hoặc nhập nội được đánh giá tốt đưa rộng ra sản xuất (02).
-  Giúp nâng cao chất lượng đào tạo đại học và sau đại học, trình độ nghiên cứu chuyên môn, thực tiễn cho cán bộ tham gia và học viên.
- Các bài báo khoa học trong nước và quốc tế có chất lượng, IF, ISI và Scopus.
* Hợp tác quốc tế và tìm kiếm nguồn tài trợ
- Đại học UC Davis, Riverside, Florida và Bộ nông nghiệp USDA, Mỹ; Đại học Kyushu, Kagoshima, Nhật bản; Viện nghiên cứu khoa học Nông nghiệp Quảng Tây; Đại học York Vương quốc Anh và Viện nghiên cứu lúa Quốc tế IRRI
- Lập dự án/đề tài nghiên cứu, trình Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn, Bộ Khoa học và Công nghệ và các Công ty kinh doanh, Bộ Công thương, Bộ Y tế và Bộ Kế hoạch và đầu tư