Cải tiến hiệu suất quang hợp, chỉ số thu hoạch giống đậu nành cao sản

 Cải tiến hiệu suất quang hợp, chỉ số thu hoạch giống đậu nành cao sản

Nguồn: Miguel Angel Lopez, Fabiana Freitas Moreira, Anthony Hearst, Keith Cherkauer & Katy Martin Rainey. 2022. Physiological breeding for yield improvement in soybean: solar radiation interception-conversion, and harvest index.

Theoretical and Applied Genetics May 2022; vol. 135: 1477–1491

Hiệu quả hấp thu ánh sáng, hiệu quả sử dụng quang hợp và chỉ số thu hoạch (HI) có thể được sử dụng như những tiêu chí để đánh giá sự cải tiện tiềm năng về năng suất đậu nành.

Năng suất (GY) có thể được giải thích như là kết quả của 3 hiệu quả chủ lực: hấp thu ánh sáng (light interception: Ei), sử dụng năng lượng bức xạ (radiation use: RUE), và chỉ số thu hoạch (harvest index: HI). Mặc dù khái niệm năng suất GY thông qua 3 hiệu quả nói trên không mới, nhưng người ta rất thiếu hiểu biết cặn kẽ về chúng, một lổ hổng kiến thức về biến thiên kiểu hình, kiến trúc di truyền, và sự đóng góp tương đối của 3 hiệu quả ấy đối với năng suất GY đậu nành. Lổ hổng kiến thức này được hoàn thiện nhờ công trình đánh giá kiểu hình đồ sộ ngăn ngừa các ảnh hưởng khác và 3 hiệu quả này trong các chương trình cải tiến giống đậu nành. Mục tiêu nghiên cứu nhằm xác định biến thiên kiểu hình, hệ số di truyền, mối quan hệ di truyền, kiến trúc di truyền và sàng lọc di truyền (genomic prediction) đối với tính trạng Ei, RUE, và HI của đậu nành. Người ta đánh giá tập đoàn giống đậu nành có kiểm soát thời gian sinh trưởng của 383 dòng con lai RILs (Recombinant Inbred Lines) được chọn lọc từ quần thể NAM (nested association mapping : SoyNAM). Tổng lượng chất khô dưới mặt đất (Dry matter ground) được đo đếm thông qua CC (canopy coverage) của UAS imagery tại 3 địa điểm khảo nghiệm khác nhau. Khả năng hấp thu ánh sáng (Light interception) được mô phỏng thông qua đường chuẩn (logistic curve) sử dụng CC như một proxy. Khối lượng sinh khối trên mặt đất được thu thập trong hết mùa vụ trồng đậu nành và khả năng hất thu ánh sáng tích lũy  được sử dụng để suy ra giá trị RUE thông qua các mô phỏng thuật toán tuyến tính. Các tương quan có tính chất “additive-genetic”, genome-wide association (GWA) và whole-genome regressions (WGR) được hoàn thiện phép tính, để đánh giá chính xác tương tác giữa các tính trạng, mối liên quan của chúng với các vùng trên hệ gen cây đậu nành (genomic regions), và tính khả thi của kết quả dự đoán những hiệu quả nói trên với thông tin mang tính chất genomic. Kết quả phân tích tương quan cho biết có ba nhóm: bộ cơ sở dữ liệu chung (entire data set), quần thể dòng RILs năng suất cao, và quần thể dòng RILs năng suất thấp xác định mối gắn kết theo chức năng tạo nên năng suất GY. Kết quả chỉ ra rằng biến thiên kiểu hình từ trung bình đến cao của Ei, RUE, và HI theo giá trị như sau 8.5%, 1.1 g MJ⁻¹, và 0.2, theo thứ tự. Tương quan có tính chất “additive-genetic” cho thấy một mối liên quan rất chặt chẽ giữa năng suất với HI và tương quan trung bình giữa năng suất với RUE và Ei khi toàn bộ dữ liệu đều được xem xét, nhưng sự đóng góp có tính chất không tránh được của HI đối với GY xảy ra trong top 100 mẫu phân tích. Kết quả phân tích GWA cho thấy Ei liên nquan đến 3 chỉ thị phân tử SNPs; hai trong số đó định vị trên nhiễm sắc thể 7 và một định vị trên nhiễm sắc thể 11 mà không có QTL nào trước đây được báo cáo tại các vùng như vậy. RUE có liên quan đến 4 chỉ th5 phân tử SNPs trên nhiễm sắc thể 1, 7, 11, và 18. Vài QTLs được ghi nhận là mới, trong khi những QTL khác được báo cáo trước đó đối với kiến trúc cây và hàm lượng diệp lục. Hai chỉ thị phân tử SNPs định vị trên nhiễm sắc thể 13 và 15 với những QTLs được báo cáo trước đây về tính trạng chiều cao cây và tính trạng số hạt, tính trạng hạt lép có liê7n quan đến tính trạng HI. Tính trạng WGR biểu thị khả năng dự đoán cao đối với Ei, RUE, và HI với giá trị tương quan tối đa biến động giữa 0.75 và 0.80. Cải tiến năng suất đậu nành trong tương lai có thể được kỳ vọng thông qua những chiến lược ưu tiên hóa Ei đối với giống chín sớm khi người ta sử dụng nguồn vật liệu cao sản và RUE đối với giống chu=ín muộn và chín trung bình. Đây là công trình tiên phong dung hợp được tính trạng sinh lý truyền thống và chọn tạo giống mới với luận điểm “physiological breeding” (chọn giống theo sinh lý cây trồng).

 Xem: https://link.springer.com/article/10.1007/s00122-022-04048-5