Nguồn gen kháng bệnh khảm lá sắn tại Việt Nam và tiềm năng cho công tác chọn tạo giống

Bệnh khảm lá sắn (Cassava Mosaic Disease, CMD) đang là một trong những mối đe dọa quan trọng đối với người trồng sắn tại Đông Nam Á. Trong bối cảnh bệnh tiếp tục lan rộng và gây ảnh hưởng tại nhiều vùng sản xuất sắn, việc tìm kiếm các nguồn vật liệu có khả năng kháng bệnh và ứng dụng công nghệ sinh học trong chọn giống có ý nghĩa đặc biệt quan trọng.

Một nghiên cứu được công bố trên tạp chí Agriculture với sự tham gia của các nhà khoa học thuộc Trung tâm Nghiên cứu Thực nghiệm Nông nghiệp Hưng Lộc thuộc Viện Khoa học Kỹ thuật Nông nghiệp miền Nam, Trung tâm Nông nghiệp Nhiệt đới Quốc tế (CIAT) và các tổ chức nghiên cứu khác đã xác định được nhiều vật liệu sắn có khả năng kháng CMD cao tại Việt Nam, đồng thời đánh giá hiệu quả của các chỉ thị phân tử liên quan đến locus CMD2 trong công tác chọn giống.

Dòng sắn mẫn cảm với bệnh khảm lá (trái) và dòng sắn kháng bệnh (phải) trên ruộng thí nghiệm tại Trung tâm NCTN Nông nghiệp Hưng Lộc, Đồng Nai, 2026.

Bệnh khảm lá sắn là bệnh do virus gây ra và có khả năng làm giảm đáng kể sinh trưởng, diện tích lá và năng suất củ. Tại Đông Nam Á, sự xuất hiện của Sri Lankan cassava mosaic virus (SLCMV) từ năm 2015 đã đặt ra yêu cầu cấp thiết phải xây dựng các giải pháp quản lý bệnh bền vững, trong đó sử dụng giống kháng được xem là một trong những giải pháp quan trọng nhất.

Trong nghiên cứu này, các nhà khoa học đã đánh giá hai quần thể sắn có nguồn gốc khác nhau. Quần thể thứ nhất, CIAT102, gồm 102 dòng được CIAT đưa vào Việt Nam năm 2019. Các vật liệu này có nguồn gốc từ các chương trình lai tạo có sử dụng các nguồn kháng CMD và nguồn kháng nhện đỏ. Quần thể thứ hai, VNM142, gồm 142 dòng sắn được thu thập từ các ruộng sản xuất của nông dân tại Việt Nam. Phân tích dấu vân tay DNA cho thấy quần thể này gồm 93 kiểu gen khác nhau. Đây là nguồn vật liệu đặc biệt có giá trị vì có thể chứa các nguồn biến dị di truyền thích nghi với điều kiện Việt Nam mà không nhất thiết có nguồn gốc từ các chương trình chọn giống kháng CMD ở châu Phi.

Các thí nghiệm đánh giá được thực hiện tại Tây Ninh, một trong những vùng có áp lực bệnh khảm lá cao, tạo điều kiện thuận lợi cho việc sàng lọc và đánh giá khả năng kháng bệnh của các dòng sắn.

Kết quả nghiên cứu cho thấy quần thể CIAT102 có mức độ di truyền khá cao trong phản ứng với bệnh khảm lá. Trong số các vật liệu được đánh giá, 34 dòng không biểu hiện triệu chứng CMD trong suốt quá trình sinh trưởng. Đáng chú ý hơn, việc sàng lọc nguồn vật liệu địa phương VNM142 đã xác định được 8 dòng có mức độ kháng cao, với điểm bệnh CMD nhỏ hơn 2,0 theo thang điểm từ 1 đến 5. Khả năng kháng của các dòng này tiếp tục được đánh giá trong năm thứ hai và cho kết quả tốt hơn rõ rệt so với một số giống đối chứng đang được sử dụng trong sản xuất.

Mức độ bệnh khảm lá sắn (CMD) của quần thể CIAT102 được phân nhóm theo kiểu gen của chỉ thị S12_7926132 và theo phả hệ.

Phân tích dấu vân tay DNA cũng cho thấy một số vật liệu kháng có mối liên hệ với các nguồn gen trong ngân hàng gen CIAT. Đặc biệt, hai nhóm vật liệu có dấu vân tay DNA tương đồng với CR63/PER262/TAI9 và KM57/VNM8/Xanh Vĩnh Phú. Trong đó, TAI9 còn được biết đến với tên Hanatee, một giống sắn địa phương được sử dụng tại Thái Lan.

Đây là phát hiện có ý nghĩa quan trọng vì nghiên cứu đã cung cấp bằng chứng về sự hiện diện của nguồn vật liệu kháng CMD trong nguồn gen địa phương và ngân hàng gen liên quan đến sắn châu Á. Tổng cộng, hơn 40 kiểu gen có mức độ kháng CMD tốt, trong đó có 8 vật liệu được phát hiện từ nguồn thu thập trên đồng ruộng của nông dân.

Những vật liệu này không chỉ có giá trị trong nghiên cứu cơ bản mà còn có thể trở thành nguồn bố mẹ cho các chương trình lai tạo giống sắn kháng bệnh trong tương lai.

Một nội dung quan trọng khác của nghiên cứu là đánh giá khả năng sử dụng chỉ thị phân tử để hỗ trợ chọn giống kháng CMD. Các nhà nghiên cứu đã kiểm tra ba chỉ thị phân tử liên quan đến vùng CMD2, trong đó tập trung vào S12_7926132 và S14_4626854. CMD2 là một nguồn kháng bệnh quan trọng đã được khai thác rộng rãi trong các chương trình chọn giống sắn ở châu Phi.

Kết quả cho thấy các chỉ thị này hoạt động khá tốt đối với quần thể CIAT102, là quần thể có cấu trúc di truyền tương đối rõ và có nguồn gốc từ các vật liệu đã biết mang nguồn kháng CMD. Hai chỉ thị khi kết hợp có thể giải thích khoảng 51% biến động về mức độ bệnh trong quần thể này. Tuy nhiên, kết quả hoàn toàn khác đối với quần thể VNM142. Mặc dù một số alen được xem là liên quan đến tính kháng vẫn xuất hiện trong quần thể, khả năng dự đoán tính kháng của các chỉ thị thấp hơn đáng kể. Hai chỉ thị chỉ giải thích khoảng 11% biến động tính trạng bệnh khi được xem xét kết hợp. Điều này cho thấy một vấn đề rất quan trọng đối với công tác chọn giống: Không thể mặc định rằng sự hiện diện của một alen liên quan đến khả năng kháng bệnh sẽ luôn đồng nghĩa với cây có khả năng kháng bệnh cao.

Hiệu quả của chỉ thị phụ thuộc vào nền tảng di truyền của quần thể, nguồn gốc của alen và mối liên kết giữa chỉ thị với locus kiểm soát tính kháng. Vì vậy, trước khi áp dụng rộng rãi phương pháp chọn giống có sự hỗ trợ của chỉ thị phân tử (Marker-Assisted Selection - MAS), các chỉ thị cần được kiểm chứng trên từng quần thể và nguồn vật liệu cụ thể.

Một trong những phát hiện đáng chú ý nhất của nghiên cứu là các dòng kháng trong quần thể VNM142 không hoàn toàn được giải thích bởi các chỉ thị liên quan đến CMD2. Trong 8 dòng có mức độ kháng cao nhất của VNM142, chỉ một phần mang đồng thời các alen được xem là liên quan đến tính kháng của hai chỉ thị. Một số dòng có khả năng kháng tốt nhưng không mang alen kháng của chỉ thị S12_7926132.

Kết quả này mở ra khả năng tồn tại các nguồn gen kháng CMD khác với nguồn CMD2 trong nguồn vật liệu sắn tại Việt Nam. Đây là hướng nghiên cứu đặc biệt có giá trị đối với chọn giống, bởi việc đa dạng hóa nguồn gen kháng sẽ giúp hạn chế sự phụ thuộc vào một nguồn kháng duy nhất và tạo cơ sở để xây dựng các giống có tính kháng bền vững hơn. Các tác giả cũng nhận thấy hai chỉ thị S12_7926132 và S14_4626854 có mức độ đồng phân ly cao bất thường trong cả hai quần thể. Từ đó, nghiên cứu đề xuất khả năng hai chỉ thị này có thể liên kết với nhau và cùng nằm trên nhiễm sắc thể 12, thay vì nằm trên hai nhiễm sắc thể khác nhau như vị trí được mô tả trước đó. Tuy nhiên, đây mới là giả thuyết cần tiếp tục được kiểm chứng bằng các nghiên cứu di truyền và hệ gen có độ phân giải cao hơn.

Nhóm nghiên cứu cây Sắn của Trung tâm NCTN Nông nghiệp Hưng Lộc, Viện KHKT Nông nghiệp miền Nam thu thập số liệu tại ruộng thí nghiệm thuộc chương trình chọn tạo giống sắn kháng bệnh khảm lá.

Những kết quả trên có ý nghĩa thiết thực đối với các chương trình chọn tạo giống sắn ở Việt Nam. Trước hết, nghiên cứu đã bổ sung một số nguồn vật liệu có khả năng kháng CMD để tiếp tục đánh giá về năng suất, hàm lượng tinh bột, chất khô, đặc điểm sinh trưởng và khả năng thích nghi với các vùng sinh thái khác nhau. Việc phát hiện các nguồn kháng tiềm năng trong vật liệu thu thập từ nông dân cho thấy nguồn gen sắn bản địa và nguồn vật liệu đang được sản xuất tại Việt Nam vẫn còn nhiều giá trị chưa được khai thác đầy đủ. Nghiên cứu cung cấp cơ sở quan trọng cho việc kết hợp sàng lọc kiểu hình ngoài đồng ruộng với phân tích kiểu gen bằng chỉ thị phân tử. Trong điều kiện nguồn bệnh và các điểm nóng CMD có thể thay đổi, việc sử dụng đồng thời hai phương pháp sẽ giúp nâng cao hiệu quả lựa chọn vật liệu kháng. Đặc biệt, kết quả nghiên cứu nhấn mạnh rằng các chỉ thị phân tử cần được xác nhận và hiệu chỉnh trên từng nền di truyền cụ thể, thay vì sử dụng một cách máy móc cho mọi quần thể sắn.

Nghiên cứu là kết quả của sự phối hợp giữa các tổ chức nghiên cứu trong nước và quốc tế, trong đó có Trung tâm Nghiên cứu Thực nghiệm Nông nghiệp Hưng Lộc thuộc Viện Khoa học Kỹ thuật Nông nghiệp miền Nam. Sự tham gia của các đơn vị nghiên cứu Việt Nam trong đánh giá vật liệu, thí nghiệm đồng ruộng và xác nhận tính kháng tại điều kiện thực tế có ý nghĩa quan trọng trong việc kết nối nghiên cứu phân tử với yêu cầu chọn giống và sản xuất sắn trong nước. Kết quả cũng cho thấy giá trị của việc xây dựng mạng lưới hợp tác giữa các chương trình chọn giống trong nước với CIAT, IITA và các đối tác quốc tế trong việc trao đổi nguồn gen, công nghệ và phương pháp nghiên cứu.

Thông tin bài báo: C.T.L. Thuy và cs. (2021). Identifying New Resistance to Cassava Mosaic Disease and Validating Markers for the CMD2 Locus. Agriculture, 11, 829.

Nguyễn Ngọc Hùng theo Agriculture.