Seminar khoa học tuần 40 năm 2021 của nhóm nghiên cứu mạnh “Cây màu”

Ngày 07/10/2021, nhóm nghiên cứu mạnh “Cây màu” – Khoa Nông học đã tổ chức thành công buổi seminar sinh hoạt chuyên môn với các chuyên đề sau:

Chuyên đề 1: “Phân tích di truyền và khả năng kết hợp về hàm lượng phenol và tính trạng thứ cấp ở ngô có màu sắc (đỏ xanh và tím)” do GS.TS. Vũ Văn Liết trình bày.

Chuyên đề 2: “Genome-phenome assist crop breeding for nutrient use efficiency: case study in rice and potential application in vegetable” do ThS. Nguyễn Trung Đức trình bày.

Tham dự buổi seminar là sự góp mặt đầy đủ của các thầy/cô trong nhóm nghiên cứu mạnh Cây Màu cùng giảng viên, cán bộ trong khoa Nông học, Viện Nghiên cứu và Phát triển Cây trồng, Viện Sinh học Nông nghiệp và một số sinh viên thực tập tại đây.

Mở đầu buổi seminar là bài trình bày của GS.TS. Vũ Văn Liết về chủ đề: “Phân tích di truyền và khả năng kết hợp về hàm lượng phenol và tính trạng thứ cấp ở ngô có màu sắc (đỏ xanh và tím)”. Do có nhiều lợi ích cho sức khỏe như chống ung thư và chống viêm nhiễm nên các hợp chất phenol và hoạt tính của các chất kháng oxi hóa (antioxidant) được tất cả các nhà chọn giống ngô thực phẩm quan tâm, cải tiến, phát triển phục vụ nhu cầu người tiêu dùng. Sự đa dạng di truyền của ngô (Zea mays L.) biểu thị rất rõ ở màu sắc hạt bao gồm màu đỏ, xanh và tím. Các sắc tố này chứa nhiều hoạt chất thực vật như hợp chất phenol và các chất kháng oxy hóa được sản sinh ra từ quá trình chuyển hóa thứ cấp. Hàm lượng phenolic của ngô ngọt gần bằng với ngô thông thường (15,55 μmol GAE/g = 264 mg GAE/100g trọng lượng khô) chiếm gần 80% hàm lượng nước trong ngô ngọt tươi và cao hơn các loại ngũ cốc khác, bao gồm lúa mì (135,8 mg GAE/100g), yến mạch (111,0mg GAE/100g), và gạo (94,5mg GAE/100g).

Di truyền số lượng đối với sắc tố màu đỏ, tím, vàng và trắng ở ngô đã được thực hiện trong các nghiên cứu di truyền cổ điển nhưng các nghiên cứu về sự biến đổi của chúng ở các điều kiện, môi trường khác khau phần lớn vẫn chưa được khám phá. Các gene số lượng quy định anthocyanin (đỏ và tím), carotenoid (vàng) và sắc tố trắng chủ yếu được kiểm soát bởi các alen trội đối với red aleurone (pr1), colored aleurone (c1), colored (r1) và white (y1). Các yếu tố bổ sung kiểm soát sự biểu hiện của màu sắc hạt bao gồm anthocyaninless-1 (a1), anthocyaninless-2 (a2), bronze-1 (bz1), bronze-2 (bz2), colorless-2 (c2), defective kernel-1 (dek1), và viviparous-1 (vp1). Ngoài ra, gene P (pericarp – vỏ) trong các tổ hợp alen như P-rr (pericarp đỏ và lõi ngô), P-wr (vỏ không màu và lõi ngô đỏ), P-rw (vỏ đỏ và lõi trắng) và P-ww (cả vỏ và lõi ngô không màu) có thể tạo ra các kiểu hình bắp riêng biệt. Màu tím ở hạt ngô di truyền rất phức tạp và cần có alen trội cho cả bố và mẹ để có màu tím đậm nhất. Sự di truyền màu sắc theo dòng mẹ ở cây ngô, đặc biệt là ở lớp vỏ cần có thêm nhiều nghiên cứu để làm sang tỏ. Đánh giá khả năng kết hợp được cho là có hiệu quả để xác định các dòng thuần tốt nhất và các tổ hợp lai có triển vọng trong nghiên cứu ngô. Khả năng kết hợp chung, khả năng kết hợp riêng và ưu thế lai đã được đánh giá trên tính trạng hàm lượng phenol tổng số và các tính trạng thứ cấp ở ngô màu dạng hạt đá nhưng các các nghiên cứu này trên dạng ngô ngọt có dạng hạt nhăn nheo vẫn có một khoảng trống tri thức cần được nghiên cứu chuyên sâu.

Như vậy, hoạt chất phenol, các chất kháng oxy hóa và các tính trạng thứ cấp có thể được điều chỉnh về mặt di truyền và có thể được cải thiện thông qua chọn lọc và kết hợp với tính trạng năng suất cao. Các dòng thuần và con lai F1 mang tính trạng tốt này có thể được chọn lọc thông qua các phương pháp đánh giá khả năng kết hợp. Do đó, cơ hội phát triển và thương mại hóa các giống ngô thực phẩm có hàm lượng phenol cao tại Việt Nam là rất lớn.

Tiếp theo, ThS. Nguyễn Trung Đức trình bày về chủ đề: “Genome-phenome assist crop breeding for nutrient use efficiency: case study in rice and potential application in vegetable”. Với sự ra đời của công nghệ giải trình tự gene thế hệ mới (Next-Generation Sequencing), dữ liệu về kiểu gene thu được nhanh chóng với chi phí ngày càng rẻ hơn. Công nghệ đánh giá kiểu hình hiệu năng cao (High-throughput Phenotyping - HTP) nổi lên trong thập kỷ qua nhờ những tiến bộ và giảm chi phí trong công nghệ cảm biến, thị giác máy tính, tự động hóa và các mô hình học máy tiên tiến. HTP đề cập đến việc thu thập dữ liệu kiểu hình đa chiều ở nhiều cấp độ từ tế bào, cơ quan, thực vật đến quần thể. Từ khi ra đời Cách mạng xanh, phân bón vô cơ trong đó đạm (N) có đóng góp đáng kể đến năng suất cây trồng, giúp giảm đói nghèo, đảo bảo an ninh lương thực toàn cầu. Cải tiến và chọn tạo các giống cây trồng có hiệu suất sử dụng đạm (NUE) cao là một trong những mục tiêu quan trọng mang tính chiến lược toàn cầu giúp sử dụng hiệu quả nguồn tài nguyên thiên nhiên đang bị cạn kiệt, tiết kiệm chi phí đầu vào và giảm ô nhiễm môi trường. Các tính trạng liên quan đến NUE thường là các tính trạng phức tạp, di truyền số lượng, chịu ảnh hưởng rất lớn của môi trường. Như vây, kết hợp HTP và dữ liệu kiểu gene tiến hành nghiên cứu liên kết toàn hệ gene (Genome-wide association study - GWAS) và chọn lọc trên bộ gene (Genomic Selection - GS) là chiến lược đột phá trong nghiên cứu chọn giống cây trồng có NUE cao, giúp chọn giống chính xác và rút ngắn thời gian chọn tạo.

Nghiên cứu tìm hiệu hiệu suất sử dụng N trên mô hình quần thể 300 loài cây lúa kết hợp phương pháp HTP và GWAS trong nhà kính tại trung tâm Nanaji Deshmukh Plant Phenomics, Viện nghiên cứu Nông nghiệp Ấn Độ trong năm 2019-2020. Kết quả nghiên cứu đã xây dựng được cơ sở dữ liệu lớn về cây lúa giai đoạn sinh trưởng sinh dưỡng, phát triển phương pháp đánh giá kiểu hình hiệu năng cao trên cây lúa và có thể áp dụng đánh giá kiểu hình trên các cây trồng khác. Kết quả GWAS xác định được các QTLs/gen triển vọng trên nhiễm sắc thể số 2 và số 12 liên quan đến NUE trên cây lúa, làm cơ sở để phát triển các giống có NUE cao. Từ các nghiên cứu này, ThS. Nguyễn Trung Đức cũng đã đưa ra chiến lược ứng dụng phương pháp HTP và GWAS trên cây ngô và trình bày một số nghiên cứu áp dụng phương pháp HTP đang thực hiện tại Học viện Nông nghiệp Việt Nam.

Sau phần trình bày của các báo cáo viên, thành viên tham dự buổi seminar đã có những thảo luận sôi nổi xoay quanh hai chủ đề. Buổi seminar là cơ hội trao đổi học thuật, cập nhật, cung cấp thêm nhiều kiến thức mới, chuyên sâu về các phương pháp nghiên cứu, chọn tạo, phát triển giống cây trồng mới mà nhóm nghiên cứu mạnh “Cây Màu” đang tập trung nghiên cứu. Kết quả thảo luận của buổi seminar làm cơ sở để định hướng, xác định chiến lược cho các nghiên cứu tiếp theo nhóm nghiên cứu mạnh “Cây Màu”.

Kết hợp Genome-phenome trong chọn giống cây trồng nâng cao hiệu suất sử dụng dinh dưỡng

Một số thành công của nghiên cứu GWAS trên cây ngô

Phương pháp chọn lọc đa biến trong chọn lọc dòng bố mẹ và tổ hợp lai ưu tú được thực hiện tại HV Nông nghiệp VN

Phân tích kiểu hình cấu trúc bắp ngô qua ảnh được thực hiện tại HV Nông nghiệp VN

Các thành viên nhóm Nghiên cứu mạnh Cây màu thảo luận sôi nổi trong buổi seminar

Khoa Nông học