Nghiên cứu ứng dụng kỹ thuật chuyển gene trong tạo giống kháng bệnh virus xoăn vàng lá cà chua của Việt Nam

Trong khoảng thời gian từ tháng 1/2010 đến tháng 6/2014, nhóm nghiên cứu tại Viện Nghiên cứu Rau quả do TS. Đặng Thị Vân chủ trì đã thực hiện đề tài: “Nghiên cứu ứng dụng kỹ thuật chuyển gene trong tạo giống kháng bệnh virus xoăn vàng lá cà chua của Việt Nam”.

Cây cà chua có giá trị kinh tế cao, được trồng và tiêu thụ phổ biến trên thế giới. Ở Việt Nam, diện tích trồng cà chua của Việt Nam dao động từ 21 tới 24 nghìn ha với năng suất bình quân đạt 25 tấn/ha (Tổng cục thống kê, 2012). So với năng suất trung bình của thế giới (33,68 tấn/ha - FAO, 2013), năng suất cà chua của Việt Nam quá thấp. Thực tế sản xuất cho thấy năng suất cà chua còn hạn chế không chỉ do khó khăn về giống, kỹ thuật, vốn đầu tư mà còn do sự phát triển của các loài dịch hại trên từng vùng, từng vụ rất phức tạp, bao gồm dịch hại do côn trùng, nấm, tuyến trùng, vi khuẩn và virus, trong đó nghiêm trọng nhất là bệnh héo xanh (do vi khuẩn Ralstonia solanacearum) và bệnh xoăn vàng lá (do tomato yellow leaf curl virus, TYLCV thuộc chi Begomovirus, họ Geminivitridae). Đặc biệt, trong những năm gần đây, bệnh xoăn vàng lá đã gây thiệt hại nghiêm trọng đến vụ cà chua thu đông sớm và cà chua xuân hè. Cà chua bị bệnh xoăn ngọn sẽ làm cho hoa và nụ bị rụng nhiều, quả xốp, khô nước phẩm chất kém, năng suất thấp. Bệnh có thể làm giảm đến 90% sản lượng, tỷ lệ cây nhiễm bệnh lên tới 100%.

Xoăn vàng lá đã và đang là bệnh do virus, gây thiệt hại kinh tế nặng nhất trong sản xuất cà chua ở Việt Nam. Việc trồng các giống cà chua kháng TYLCV được coi là biện pháp hữu hiệu nhất để khắc phục triệt để bệnh xoăn vàng lá. Về nguyên tắc, bổ sung tính trạng kháng bệnh vào một giống thương mại, có thể thực hiện thông qua lai truyền thống. Theo hướng này, việc nghiên cứu phát hiện nguồn gene kháng TYLCV trên thế giới được bắt đầu từ những năm 1970 cho tới nay, đã xác định được 5 gene kháng TYLCV ở các loại cà chua dại khác nhau.

Ở Việt Nam, hiện có một số rất ít giống cà chua kháng virus xoăn vàng lá được trồng. Tuy nhiên, 100% các giống này là giống lai F1 nhập từ nước ngoài. Việt Nam chưa tạo ra được các giống thương mại kháng bệnh xoăn vàng lá virus nên một mặt cần thu thập và nhập nội các giống kháng đã được công bố để đánh giá chọn lọc nguồn vật liệu kháng. Hiện nay, Viện nghiên cứu rau quả cũng đã nhập nội một số dòng mang gene kháng TYLCV, các dòng này đã và đang được trồng ở những mùa vụ có áp lực virus cao để đánh giá tính kháng, tạo nguồn vật liệu cho việc tạo giống cà chua kháng TYLCV cho Việt Nam theo con đường lai tạo truyền thống.

Mặt khác, xác định rõ việc nghiên cứu ứng dụng công nghệ “ức chế gene” bằng siRNA và miRNA - một công nghệ tiên tiến nhất hiện nay là rất cần thiết. Công nghệ này có thể tạo ra các giống kháng virus gây bệnh xoăn vàng lá đặc trưng của Việt Nam. Việc tiến hành đồng thời cả 2 hướng tạo giống cà chua kháng virus xoăn vàng lá (lai truyền thống và bằng công nghệ sinh học) sẽ vừa nâng cao được khả năng sớm có giống virus, đồng thời hỗ trợ việc xác định hướng đi hợp lý để tạo được giống kháng ổn định với virus gây bệnh. Với mục đích trên, các nhà khoa học đã thực hiện đề tài “Nghiên cứu ứng dụng kỹ thuật chuyển gene trong tạo giống kháng bệnh virus xoăn vàng lá cà chua của Việt Nam”.

Dưới đây là một số kết quả của đề tài nghiên cứu:
- Đã giải được 12 trình tự đầy đủ và phân loại 7 loài/chủng begomovirus từ các mẫu bệnh xoăn vàng lá cà chua được thu thập từ các tỉnh trồng cà chua ở Việt Nam.
- Đã xác định được 2 loài/chủng virus chủ lực (TYLCV và ToLCVV) và 1 loài/chủng (ToLCHnV) có nguy cơ tiềm tàng gây bệnh xoăn vàng lá cà chua ở Việt Nam.
- Đã thiết kế được cấu trúc xâm nhiễm của 7 virus từ các mẫu bệnh xoăn vàng lá cà chua của Việt Nam. Các cấu trúc này đều biểu hiện được triệu chứng bệnh trên cà chua.
- Từ kết quả giải trình tự virus gây bệnh xoăn vàng lá cà chua của Việt Nam, đề tài đã thiết kế thành công 2 cấu trúc RNAi theo đường hướng siRNA và 6 cấu trúc theo đường hướng miRNA. Các cấu trúc này đã được sử dụng để chuyển vào 3 giống cà chua FM372C, DM166 và M88.
- Đã hoàn thiện được quy trình chuyển gene qua mô lá thực cho 2 giống cà chua DM166 và M88 đạt tỷ lệ chuyển gene từ 9,6 đến 10%.
- Đã hoàn thiện quy trình lây nhiễm nhân tạo TYLCV.
- Đã tạo được 367 dòng chuyển gene độc lập của 3 giống cà chua FM372C, DM166 và M88.
- Đã thu được 1 dòng chuyển gene kháng virus đời T1, FM372C-TomiR-3-17, với 100% cây không biểu hiện triệu chứng bệnh sau 15 tuần lây nhiễm.
- Đã thu được 70 dòng chuyển kháng virus đời To, trong đó có 5 dòng, DM166-Tomi-6-50, DM166-Tomi-6-72, DM166-Tomi-2-179, DM166-Tomi-1-72 và DM166-Tomi-1-77, có triển vọng là dòng kháng cao ở mức miễn dịch với virus.

Về hiệu quả kinh tế xã hội, các dòng kháng virus sẽ làm giảm thiểu việc sử dụng thuốc bảo vệ thực vật, góp phần giảm chi phí sản xuất, ổn định năng suất; tạo ra sản phẩm an toàn cho người sử dụng cũng như bảo vệ môi trường; và nâng cao chất lượng sản phẩm nhờ giảm thiểu sử dụng hóa chất bảo vệ thực vật, góp phần đưa sản phẩm của Việt Nam hội nhập với thế giới.