- ĐA DẠNG DI TRUYỀN VÀ TÍNH MẪN CẢM VỚI QUINCLORAC CỦA CỎ LỒNG VỰC (Echinochloa SPP.) TRÊN RUỘNG LÚA Nguyễn Minh Chơn. - Cỏ lồng vực, đa dạng di truyền, Echinochloa, quinclorac, RAPD Keywords:. - Nghiên cứu này đã đánh giá sự đa dạng di truyền của cỏ lồng vực (Echinochloa spp. - Thí nghiệm cho thấy 9 trong 15 mẫu cỏ lồng vực thể hiện tính kháng ở liều khuyến cáo (250 g a.i/ha). - Phương pháp random amplified polymorphism DNA (RAPD) được sử dụng để phân tích đa dạng di truyền của cỏ lồng vực với 9 đoạn mồi. - Độ tương đồng di truyền được phân tích và các mẫu cỏ lồng vực được phân thành 3 nhóm với độ tương đồng trong cùng nhóm là 96%, giữa 2 nhóm là 86%. - Mỗi nhóm có ít nhất một mẫu cỏ kháng mạnh với thuốc quinclorac, tuy nhiên không có sự tương quan rõ rệt giữa mức độ kháng thuốc và độ tương đồng di truyền ở cỏ lồng vực. - Định hướng nghiên cứu tiếp theo sẽ xác định gene quy định tính kháng và phát triển kỹ thuật phát hiện nhanh tính kháng quinclorac của loài cỏ lồng vực. - Đa dạng di truyền và tính mẫn cảm với quinclorac của cỏ lồng vực (Echinochloa spp.) trên ruộng lúa. - Cỏ lồng vực (Echinochloa spp.) là một trong những loài cỏ dại gây hại quan trọng đến sản xuất nông nghiệp và đặc biệt là đối với canh tác lúa trên toàn thế giới. - Trong những năm gần đây, cỏ lồng vực trở thành vấn đề nghiêm trọng trên các vùng canh tác lúa. - Cùng với khả năng thích nghi cao là một yếu tố quan trọng giúp cỏ lồng vực phân bố rộng rãi trên toàn thế giới (Vengris et al., 1966). - Hiện nay, việc tiêu diệt và khống chế cỏ lồng vực phần lớn phụ thuộc vào thuốc hóa học. - Quinclorac là hoạt chất đã được sử dụng rộng rãi để phòng trừ cỏ lồng vực trên ruộng lúa trong thời gian qua. - Việc sử dụng thuốc trừ cỏ liên tục đã làm phát triển các quần thể cỏ lồng vực kháng quinclorac (Li et al., 2003). - Hiện tượng kháng thuốc quinclorac của cỏ lồng vực đã được ghi nhận vào năm 1997 ở Brazil, Tây Bang Nha và Mỹ. - Công tác phòng trừ cỏ dại trên ruộng lúa ngày càng trở nên khó khăn hơn do sự phát triển của các dòng cỏ lồng vực kháng thuốc quinclorac. - Những hiểu biết về nguồn gốc tính kháng, hoặc sự khác biệt về hình thái cũng như sự đa dạng di truyền giữa quần thể cỏ lồng vực kháng và quần thể mẫn cảm với thuốc trừ cỏ quinclorac vẫn còn hạn chế.. - là cỏ lồng vực bao gồm nhiều loài phụ. - Mức độ kháng hoặc mẫn cảm khác nhau với thuốc hóa học trong cùng quần thể của loài đã đặt ra yêu cầu cấp thiết để hình thành phương pháp thích hợp trong việc xác định mối quan hệ di truyền và hình thái của chúng. - Dấu hình thái được sử dụng để nghiên cứu quan hệ phát sinh loài và sự đa dạng di truyền trong cùng loài. - Tuy nhiên, phương pháp dấu hình thái gặp khó khăn đối với phân tích cỏ lồng vực vì loài cỏ này có kiểu hình phức tạp và. - Phân tích RAPD là một kỹ thuật nhanh và đơn giản, chỉ cần một lượng nhỏ DNA, không cần hiểu biết trước về di truyền của loài để thiết kế probe (Williams et al., 1993). - Những nghiên cứu sự đa dạng di truyền và tìm hiểu cấu trúc di truyền của quần thể của cỏ lồng vực sử dụng dấu phân tử isozyme và RAPD đã được thực hiện trong nhiều năm qua (Asins et al., 1999. - Trong những năm gần đây, RAPD được sử dụng như một kỹ thuật hiệu quả trong việc đánh giá tính đa dạng di truyền của cỏ lồng vực ở Hoa Kỳ (Rutledge et al., 2000), Hàn Quốc (Kim et al., 2000) và Thổ Nhĩ Kỳ (Altop and Menan, 2011).. - (2017) đã xác nhận được 9 trong tổng số 13 quần thể cỏ lồng vực kháng thuốc và sự đa dạng kiểu gene của các quần thể ở khu vực Đồng bằng sông Cửu Long.. - Quinclorac đã được giới thiệu và sử dụng từ lâu ở Việt Nam để trừ cỏ lồng vực ở các vùng canh tác lúa. - Tuy nhiên, vẫn chưa có nhiều công bố của các công trình nghiên cứu về cỏ lồng vực cũng như tính kháng của chúng đối với hoạt chất quinclorac. - Vì thông tin di truyền của các quần thể cỏ lồng vực kháng quinclorac tại Việt Nam còn hạn chế, nên việc áp dụng kỹ thuật RAPD cho phép xác định được nguồn gốc và sự thay đổi di truyền giữa quần thể cỏ kháng và quần thể mẫn cảm ở khu vực canh tác lúa.. - Nghiên cứu này nhằm đánh giá tính mẫn cảm của cỏ lồng vực đối với quinclorac, xác định sự đa dạng di truyền của quần thể kháng và sự mẫn cảm của chúng đối với quinclorac để hiểu rõ hơn về cấu trúc quần thể, nguồn gốc có thể hình thành hay tồn tại tính kháng. - Qua đó, cung cấp những dữ liệu và thông tin cần thiết cho việc nghiên cứu tính kháng thuốc và phòng trừ cỏ lồng vực đạt hiệu quả cao hơn.. - Mẫu thí nghiệm được lựa chọn dựa vào sự thể hiện tính kháng hoặc mẫn cảm rõ ràng khi khảo sát với 4 loại thuốc trừ cỏ từ nguồn sưu tập 90 mẫu cỏ lồng vực trong năm 2017 của Phòng thí nghiệm Sinh hóa, Viện Nghiên cứu và Phát triển Công nghệ Sinh học, Trường Đại học Cần Thơ.. - Lúa giống IR50404 được dùng để so sánh hình thái cũng như di truyền với cỏ lồng vực, được cung cấp từ Công ty sản xuất giống Bình Đức tại thành phố Long Xuyên, tỉnh An Giang.. - Hạt cỏ lồng vực được xử lý phá miên trạng trước khi sử dụng cho các thí nghiệm. - Cỏ lồng vực được đánh giá các chỉ tiêu hình thái của thân: kiểu thân, màu sắc gốc thân. - Đánh giá sự mẫn cảm của cỏ lồng vực dựa trên mô tả của Moss et al. - Ở liều khuyến cáo, quinclorac chỉ đạt được hiệu quả khống chế cỏ lồng vực trung bình . - (Bảng 1), cho thấy rằng hiện nay đã có xuất hiện các quần thể cỏ lồng vực kháng thuốc trừ cỏ hoạt chất quinclorac ở liều thuốc xử lý thông thường. - Cụ thể, có 9 mẫu cỏ lồng vực kháng đối với hoạt chất quinclorac, trong đó, 7 mẫu kháng ở mức trung bình và 2 mẫu kháng mạnh ở liều lượng khuyến cáo (250 g a.i/ha).. - Bảng 1: Sự mẫn cảm của 15 mẫu cỏ lồng vực với thuốc quinclorac Mẫu Độ hữu hiệu. - Dựa vào giá trị ED 50 (liều lượng khống chế hiệu quả 50% quần thể), mẫu cỏ lồng vực kháng quinclorac mạnh nhất là EC4 với giá trị ED 50 cao, 416,5 g a.i. - EC11 và EC12 là các mẫu cỏ lồng vực kháng quinclorac, với thứ tự kháng là EC4 >. - Giá trị ED 50 trung bình của cỏ lồng vực là 240,6 g a.i/ha, cao hơn so với kết quả của Xu et al. - Kết quả này cho thấy cỏ lồng vực tại Việt Nam kháng quinclorac mạnh hơn do quá trình sử dụng thuốc quinclorac liên tiếp trong khoảng thời gian dài. - 3.2 Đa dạng hình thái của cỏ lồng vực Trong các đặc điểm hình thái khảo sát ở cỏ lồng vực (Bảng 2), tất cả các đặc tính đều biểu hiện tính đa hình. - Trong 15 mẫu cỏ lồng vực thấy được sự phát triển của thân chồi và lá ở 2 dạng: thẳng đứng. - Bìa lá và gân lá chính của cỏ lồng vực cũng có sự đa dạng màu sắc gồm trắng, xanh và tím. - Dựa vào sơ đồ hình nhánh (Hình 2) có thể chia 15 mẫu cỏ lồng vực vào 3 nhóm chính với độ tương đồng từ 30 đến 89%:. - Vị trí địa lý của hai mẫu cỏ lồng vực này gần nhau, vì thế hai mẫu này có thể có cùng nguồn gốc hoặc kiểu hình bị chi phối bởi môi trường sống tương tự. - Bảng 2: Sự đa dạng về các đặc điểm hình thái của cỏ lồng vực. - Hình 1: Sự đa dạng màu sắc gân và bìa lá và đặc điểm râu hạt của cỏ lồng vực. - Hình 2: Mối quan hệ giữa 15 mẫu cỏ lồng vực qua phân tích tương đồng DICE và phương pháp UPGMA dựa trên phân tích hình thái. - Nhóm 3 chỉ có mẫu EC15 có kiểu hình khác biệt so với tất cả các mẫu cỏ lồng vực quan sát trong nghiên cứu này. - (1999) đánh giá được giữa 7 quần thể cỏ lồng vực có sự tương đồng hình thái lớn 85 - 97%. - Do đó, có sự khác biệt hình thái lớn hơn của cỏ lồng vực ở nghiên cứu này.. - Vì thế, cần đến phân tích sinh học phân tử để có thể đánh giá được chính xác hơn mối quan hệ giữa các quần thể cỏ lồng vực.. - 3.3 Đa dạng di truyền của cỏ lồng vực Trong các đoạn mồi RAPD đã được sử dụng trên 15 mẫu cỏ lồng vực, có 9 đoạn mồi khuếch đại được các băng đa hình và có tính lặp lại trên tất cả 15 mẫu cỏ lồng vực (Bảng 3). - Hầu hết các mẫu cỏ lồng vực đều có độ tương đồng di truyền cao từ 86-96%. - Theo sơ đồ có thể chia 15 mẫu cỏ lồng vực vào 3 nhóm chính (Hình 3).. - Điều này phù hợp với kết quả phân tích hình thái khi 2 mẫu này di truyền cùng nhau với độ tương đồng lớn nhất. - Độ tương đồng. - Mẫu này luôn có quan hệ xa với các mẫu còn lại trong cả phân tích hình thái và di truyền. - Tương đồng di truyền cao nhất với mẫu EC12 là 90% và có độ tương đồng thấp nhất đối với mẫu EC5 là 80%.. - Khoảng cách di truyền giữa EC15 và EC5 có thể bị ảnh hưởng bởi khoảng cách địa lý khi 2 mẫu này thuộc những vùng xa nhau. - Trái lại, EC15 và EC12 thuộc vùng địa lý gần nhau nên có độ tương đồng di truyền cao.. - Trong cùng nhóm, EC6 có quan hệ di truyền gần nhất với EC8 (94%) và xa nhất với EC5 (91. - So với ngoài nhóm, EC8 có quan hệ xa nhất với EC1, khi 2 mẫu này chỉ tương đồng di truyền ở 85%.. - (2006) cho thấy khảo sát các quần thể cỏ lồng vực có quan hệ di truyền gần với nhau với độ tương đồng lên đến 100%. - Trong một nghiên cứu khác, Altop and Mennan (2011) khảo sát được trong 34 quần thể cỏ lồng vực khác nhau có độ tương đồng di truyền trong khoảng 75 – 98%. - Các quần thể cỏ lồng vực ở nghiên cứu của Lopez- Martinez et al. - Mẫu cỏ lồng vực EC15 khác biệt nhất trong 15 mẫu cỏ quan sát, luôn thuộc một nhóm riêng lẻ trong 2 phương pháp phân tích hình thái và di truyền. - Đối với phân tích di truyền bằng kỹ thuật RAPD, EC15 thuộc nhóm 2, cũng là một nhóm riêng tách biệt so với các mẫu còn lại. - Kỹ thuật RAPD giúp nhận diện được chính xác hơn mối quan hệ di truyền của cỏ lồng vực khi có sự giống nhau phức tạp về hình thái. - Cụ thể ở mẫu cỏ lồng vực EC11 và EC12, với độ tương đồng hình thái đến 78%. - Hơn nữa, vị trí thu mẫu của 2 mẫu cỏ này khá gần nhau, nhưng phân tích di truyền cho thấy 2 mẫu này hoàn toàn khác nhau, chúng thuộc 2 nhóm riêng biệt với độ tương đồng thấp. - Mẫu EC11 thuộc nhóm 3, có quan hệ gần với EC14 trong khi EC12 có độ tương đồng di truyền cao với EC10 thuộc nhóm 1.. - Mẫu có lồng vực EC5 thuộc nhóm 3 trong khi các mẫu còn lại có chung khu vực địa lý tỉnh An Giang (EC1, EC2, EC3 và EC4) thuộc nhóm 1. - Trường hợp này, chọn lọc địa lý và điều kiện và môi trường dường như ảnh hưởng đến sự đa dạng di truyền của cỏ lồng vực. - Có sự khác biệt di truyền nhưng được sinh trưởng trong cùng điều kiện tương tự sẽ dẫn đến sự tương đồng về kiểu hình.. - Mặc khác, mẫu EC6 độ tương đồng di truyền 94%. - với EC8 nhưng hình thái của chúng lại khác biệt nhau, điều kiện môi trường có thể đóng góp vào sự đa dạng của cỏ lồng vực.. - Bảng 3: Sự đa hình của 9 mồi RAPD ở 15 mẫu cỏ lồng vực. - Sự tương đồng di truyền trong quần thể cùng nhóm và mức độ kháng thuốc quinclorac được phân tích để tìm mối tương quan có thể tồn tại giữa di truyền và tính kháng thuốc của cỏ lồng vực. - Nhìn chung, sự tương đồng di truyền (phân tích RAPD) và mức độ kháng thuốc quinclorac chưa thể hiện được mối quan hệ tương quan. - Mẫu cỏ lồng vực EC1 và EC2 có quan hệ di truyền gần nhất (độ tương đồng di truyền 96. - Giá trị ED 50 của EC4 và EC5 lần lượt là 416,5 g a.i/ha và 320 g a.i/ha, nhưng EC4 thuộc nhóm 1 và EC5 thuộc nhóm 3, khoảng cách di truyền là 0,13. - Dữ liệu RAPD chỉ ra rằng đột biến có thể diễn ra độc lập khi 2 mẫu cỏ lồng vực kháng hiện diện trong 2 nhóm di truyền riêng biệt, đại diện cho 2 quần thể riêng biệt. - Hơn nữa, mẫu EC7 và EC9 tương đồng di truyền đến 90% cùng với những đặc điểm hình thái giống nhau nhưng chúng có tính kháng thuốc quinclorac khác nhau. - Ngoài ra, 2 mẫu cỏ lồng vực mẫn cảm nhất với quinclorac là EC13 (ED g a.i/ha) và. - EC15 (134,1 g a.i/ha) có sự khác biệt về phương diện hình thái lẫn di truyền.. - Hình 3: Mối quan hệ giữa 15 mẫu cỏ lồng vực qua phân tích tương đồng DICE và phương pháp UPGMA dựa trên dấu phân tử RAPD. - Cỏ lồng vực ở 3 tỉnh thuộc khu vực đa dạng cả phương diện hình thái lẫn di truyền. - Nghiên cứu cho thấy rằng các mẫu cỏ lồng vực có nguồn gốc thu mẫu cùng một tỉnh nhưng có sự khác nhau về khả năng kháng thuốc cỏ hoạt chất quinclorac cũng như độ di truyền. - Hơn nữa, các nhóm tương đồng di truyền bao gồm cả các quần thể cỏ lồng vực nhạy cảm và kháng quinclorac mạnh. - Tính kháng có thể phát triển độc lập trong mỗi nhóm bởi vì tính kháng phát triển nhanh hơn sự thay đổi di truyền của quần thể. - Kỹ thuật RAPD giúp nhận diện được chính xác hơn mối quan hệ di truyền của cỏ lồng vực trong trường hợp có sự giống nhau phức tạp về hình thái do ảnh hưởng bới yếu tố môi trường. - Ngoài ra, nghiên cứu chỉ ra rằng phân tích RAPD hiệu quả trong đánh giá sự đa dạng trong các quần thể cỏ lồng vực thu từ 3 tỉnh An Giang, Kiên Giang và Vĩnh Long. - Kết quả khoảng cách di truyền từ phân tích RAPD chưa cung cấp đầy đủ thông tin di truyền để có thể phát hiện được tính kháng trong các quần thể cỏ lồng vực khảo sát. - Các mẫu cỏ kháng mạnh đối với quinclorac biểu hiện sự không tương đồng di truyền với kết quả phân tích RAPD. - Bên cạnh, các nghiên cứu khác bao gồm xác định gene quy định tính kháng, phát triển kỹ thuật phát hiện nhanh tính kháng của loài cỏ lồng vực cần được tiếp tục nghiên cứu.