Đó là những kết quả chính của tiểu dự án “Nâng cao năng lực nghiên cứu, làm chủ công nghệ genom học (Genomics-Assisted Breeding - GAB) và công nghệ chọn giống ứng dụng chỉ thị phân tử (Marker-Assisted Backcrossing - MABC) để chọn tạo các giống lúa kháng đa yếu tố ứng phó với biến đổi khí hậu”, thuộc Hợp phần 2a - "Khoản tài trợ cho các tổ chức khoa học và công nghệ công lập về khoa học, công nghệ và đổi mới sáng tạo” của Dự án “Đẩy mạnh đổi mới sáng tạo thông qua nghiên cứu, khoa học và công nghệ" (FIRST) - Dự án do Ngân hàng Thế giới tài trợ, Bộ Khoa học và Công nghệ là chủ đầu tư và quản lý.

Yêu cầu cấp thiết về tạo giống lúa kháng đa yếu tố

Việt Nam là một trong những quốc gia xuất khẩu gạo hàng đầu thế giới, chiếm khoảng 50% tổng sản lượng gạo thương mại toàn cầu. Lúa gạo là nguồn thu ngoại tệ lớn nhất của nền nông nghiệp xuất khẩu và cũng là nguồn thức ăn chính của hơn 90 triệu dân trong nước, đảm bảo hơn 90% an ninh lương thực và trở thành sản phẩm nông sản chủ lực của quốc gia. Trong năm 2018, xuất khẩu lúa gạo đạt trên 3 tỷ USD (Cục Trồng trọt, Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn).

Mặc dù vậy, nước ta đang đứng trước những nguy cơ, thách thức lớn về an ninh lương thực. Quỹ đất trồng giảm hàng năm do nhu cầu phát triển đô thị, giao thông, nhà ở và công nghiệp, trong khi dân số tiếp tục tăng. Mặt khác theo các chuyên gia, Việt Nam được dự báo là một trong 5 quốc gia trên thế giới chịu ảnh hưởng nặng nề nhất từ biến đổi khí hậu, trong đó nông nghiệp là lĩnh vực chịu tác động lớn nhất. Phần lớn diện tích đất canh tác bị ảnh hưởng, đặc biệt các vùng trũng, vùng thấp gồm cả 2 vựa lúa chính thuộc Đồng bằng sông Hồng, Đồng bằng sông Cửu Long và các khu vực đồng bằng ven biển đang chịu ảnh hưởng nặng nề nhất từ môi trường như hạn hán, lũ lụt thất thường, ngập úng, ngập mặn, sâu bệnh, dịch hại,... làm giảm năng suất, chất lượng lúa.

Thực tế nói trên đòi hỏi phải tạo giống lúa chống chịu được nhiều yếu tố bất lợi cùng lúc, trong khi cách tạo giống hiện nay thường chỉ tạo ra giống kháng với một vài yếu tố bất lợi. Việc chuyển sang chọn tạo giống lúa kháng đa yếu tố thực sự cấp thiết để ứng phó với biến đổi khí hậu, đảm bảo sản xuất bền vững.

Để đảm bảo đảm an ninh lương thực và xuất khẩu nông sản bền vững trước tình trạng quỹ đất trồng lúa ngày thu hẹp, dân số tăng và biến đổi khí hậu khó lường, công tác nghiên cứu chọn, tạo giống đang được đặt lên hàng đầu. Việc nhanh chóng tạo ra những giống cây trồng thực sự tốt, có năng suất chất lượng, sức chống chịu trong điều kiện bất lợi sinh học và phi sinh học ứng phó với biến đổi khí hậu cũng như phá vỡ rào cản để tăng năng suất, sản lượng lương thực, đòi hỏi phải có những thông tin chính xác về kiểu gen (genotype) và kiểu hình (phenotype) của các nguồn vật liệu, đặc biệt là các nguồn gen bản địa quí. Để nhanh chóng khai thác được các tập đoàn nguồn gen lúa bản địa phong phú, việc nghiên cứu, phân tích hệ gen (genome) sẽ cung cấp thông tin ở mức phân tử một cách đầy đủ nhất.

Nhận thức được tầm quan trọng, vai trò của việc ứng dụng công cụ genome và sinh học phân tử tiên tiến trong nghiên cứu chọn tạo giống, trên cơ sở nền tảng là một trong những đơn vị đi tiên phong trong hợp tác nghiên cứu với Trung tâm Nghiên cứu John Innes và Trung tâm Phân tích genome Anh Quốc, tiến hành nghiên cứu giải mã thành công 36 giống lúa bản địa ưu tú của Việt Nam trong năm 2013, 600 dòng/giống lúa bản địa, Viện Di truyền Nông nghiệp (DTNN) đã đề xuất và được Bộ KH&CN hỗ trợ triển khai tiểu dự án “Nâng cao năng lực nghiên cứu, làm chủ công nghệ genom học (Genomics - Assisted Breeding - GAB) và công nghệ chọn giống ứng dụng chỉ thị phân tử (Marker Assisted Backcrossing - MABC) để chọn tạo các giống lúa kháng đa yếu tố ứng phó với biến đổi khí hậu”.

Ban Giám sát và cán bộ phụ trách hợp phần 2a, Dự án FIRST thăm phòng thí nghiệm do Dự án FIRST đầu tư cho Viện Di truyền nông nghiệp.

Làm chủ được nhiều công nghệ

Triển khai tiểu dự án nói trên, Viện DTNN đã khảo nghiệm sản xuất công nhận giống lúa mới có năng suất, chất lượng cao, có khả năng chống chịu các điều kiện bất thuận sinh học và phi sinh học. Đồng thời, xây dựng cơ sở dữ liệu trình tự hệ gen và bản đồ SNPs, thiết lập hệ thống chỉ thị phân tử (SNP, SSR, FMs…) xác định các candidate gen (có trong các dòng/giống lúa bản địa) liên quan đến tính chống chịu sinh học và phi sinh học trong điều kiện bất thuận phục vụ công tác lai tạo giống; tích hợp đa gen (chịu hạn, chịu mặn, chịu ngập, kháng rầy nâu, đạo ôn, bạc lá, năng suất, chất lượng…) vào giống lúa nền ưu tú bằng phương pháp sinh học phân tử và lai trở lại để tạo giống lúa năng suất cao, chất lượng tốt, kháng đa yếu tố, ứng phó với biến đổi khí hậu; khảo nghiệm, đánh giá khả năng chống chịu tại các vùng sinh thái khác nhau; xây dựng và hoàn thiện các quy trình kỹ thuật.

Triển khai thực hiện từ tháng 6/2017, đến nay nhóm nghiên cứu đã làm chủ công nghệ genom học, nghiên cứu toàn hệ gen (GWAS); xác định các gen và phát triển các chỉ thị phân tử liên kết với các gen đích (các gen liên quan đến chất lượng, khả năng chống chịu với các điều kiện bất lợi sinh học và phi sinh học), ứng dụng trong chọn giống lúa. Đặc biệt, đã làm chủ công nghệ chọn tạo giống lúa kháng đa yếu tố bằng phương pháp MABC, tích hợp các gen chống chịu (chịu mặn, ngập, hạn, kháng bạc lá, đạo ôn, rầy nâu,…) vào các giống lúa đang trồng đại trà, nhằm thích ứng với biến đổi khí hậu. Trên cơ sở đó, tạo ra 3 giống lúa Quốc gia mới (giống lúa chịu mặn DT80, giống lúa chịu ngập SHPT3 (đã được sản xuất thử tại 7 tỉnh), giống lúa chất lượng CNC11), 4 giống lúa sản xuất thử (DT82, KX2, giống lúa chịu ngập SHPT6 và HL5) và 14 – 15 dòng triển vọng có năng suất cao, chất lượng tốt, được tích hợp các gen kháng với đa yếu tố. 

Các cán bộ nghiên cứu của Viện cũng đã tạo lập được các cơ sở dữ liệu (CSDL) gồm một bộ mồi (chỉ thị phân tử) để nhận dạng chính xác các gen ứng viên (candidate gen, gồm chịu hạn, chịu mặn, chịu ngập, kháng rầy nâu, đạo ôn, bạc lá, năng suất, chất lượng,…) phục vụ công tác lai tạo giống; CSSDL trình tự genome hoàn chỉnh và bản đồ SNPs của 300 dòng/giống lúa bản địa của Việt Nam; làm chủ các quy trình kỹ thuật sản xuất hạt giống gốc (cho 3 giống Quốc gia), quy trình canh tác giống lúa mới thích ứng với biến đổi khí hậu (cho 3 giống Quốc gia), quy trình kỹ thuật sản xuất hạt giống gốc (cho 4 giống sản xuất thử).

PGS.TS. Phạm Xuân Hội – Viện trưởng Viện DTNN cho biết, việc triển khai dự án là dịp để Viện đào tạo, nâng cao nguồn nhân lực trong lĩnh vực ứng dụng công cụ genom học, tin sinh học; đồng thời là cơ hội giúp các nhà chọn giống Việt Nam có thể chủ động tạo giống cây trồng mới một cách nhanh chóng, hiệu quả.

Cùng với đó, với nguồn tài trợ của Dự án FIRST, 2 phòng thí nghiệm (Phòng thí nghiệm Tin sinh học và phòng Sinh học phân tử giám định gen thực vật) đã được đầu tư nâng cấp đồng bộ. Trong đó, phòng Sinh học phân tử giám định gen thực vật được công nhận phòng thí nghiệm đạt chuẩn ISO/IEC 17025:2005. “Đây là nguồn cơ sở vật chất rất ý nghĩa Viện được Dự án tài trợ, giúp Viện tăng cường năng lực tự chủ tự chịu trách nhiệm”, PGS.TS Phạm Xuân Hội chia sẻ.

Ban Giám sát và cán bộ phụ trách hợp phần 2a, Dự án FIRST khảo nghiệm các giống lúa của Tiểu dự án trồng tại Nam Định

Ông Đỗ Xuân Cương – Cán bộ phụ trách Hợp phần 2a cho biết, đây không phải tiểu dự án nghiên cứu theo đặt hàng mà là đề xuất của Viện theo chiến lược dài hạn để phát triển thành Viện KH&CN đủ mạnh mang tầm khu vực và quốc tế và hướng đến việc tự chủ theo Nghị định 115 trước đây và Nghị định 54 hiện nay. “Nhìn lại mục tiêu, định hướng và những kết quả đã đạt được của Viện, có thể khẳng định chúng ta đã thực hiện thí điểm thành công chính sách của Bộ KH&CN. Các sản phẩm đạt được, những giống lúa đã được công nhận, đặc biệt là 2 phòng thí nghiệm hiện đại sẽ là cơ sở để giúp Viện phát triển, tạo nguồn thu để tái đầu tư và bảo đảm hoạt động tự chủ của Viện”, ông Đỗ Xuân Cương chia sẻ.

TS.Trần Quốc Thắng – nguyên Thứ trưởng Bộ KH&CN, Trưởng Ban Giám sát Dự án FIRST cho rằng, Dự án FIRST đã đạt được các mục tiêu hỗ trợ với đơn vị thụ hưởng, đó là tăng cường năng lực nghiên cứu; đầu tư trang thiết bị; đưa ra những sản phẩm cụ thể, giống lúa phù hợp, thích ứng với các điều kiện thực tế và biến đổi khí hậu, có năng suất, chất lượng cao. TS.Trần Quốc Thắng mong muốn, Viện sớm có chiến lược maketing, tuyên truyền nhằm kết nối các doanh nghiệp về giống để ngoài việc thương mại hóa các giống lúa, cần tiếp tục nghiên cứu, nâng cao chất lượng các giống lúa, đưa phòng thí nghiệm trở thành phòng thí nghiệm chuyên ngành, hàng đầu của khu vực, không chỉ phục vụ đơn vị mà cho cả ngành, nâng tầm của Viện theo chiến lược đề ra.

Bài, ảnh: Hạnh Nguyên