LMI RICE-2

Phòng thí nghiệm Liên kết Quốc tế - “Hệ gene chức năng và Công nghệ sinh học thực vật và vi sinh vật liên kết với thực vật” (LMI RICE 2)

Trưởng PTN: GS. Michel Lebrun, Trường ĐH Montpellier/Viện Nghiên cứu phát triển (IRD), Cộng hòa Pháp/Trường Đại học KHCN Hà Nội và GS. Đỗ Năng Vịnh, Viện Di truyền nông nghiệp, Viện Khoa học nông nghiệp Việt Nam
Địa điểm: Viện Di truyền nông nghiệp, Km2 đường Phạm Văn Đồng, Bắc Từ Liêm, Hà Nội
Website: https://sites.google.com/site/lmiricevn/

1. Lịch sử, Mục tiêu và Sản phẩm nghiên cứu

Phòng thí nghiệm Liên kết Quốc tế - “Hệ gene chức năng và Công nghệ sinh học thực vật và vi sinh vật liên kết với thực vật” (LMI Rice) được thành lập từ năm 2011 cho giai đoạn đầu là 4 năm trong khuôn khổ của hiệp ước giữa các đối tác Việt Nam và Cộng hòa Pháp. Năm 2015, hiệp ước này được kéo dài thêm 5 năm kể từ năm 2015 cho giai đoạn 2. Lúc này tên phòng thí nghiệm được viết tắt là LMI RICE-2. Tháng 5 năm 2014, bộ trưởng Bộ Nông nghiệp và phát triển nông thôn đã ban hành chủ trương thúc đẩy nghiên cứu và ứng dụng khoa học công nghệ trong lĩnh vực nông nghiệp để tái cấu trúc nền nông nghiệp hướng tới nâng cao các giá trị sản phẩm nông nghiệp và thúc đẩy sự phát triển bền vững.

Trong khuôn khổ đó, Phòng thí nghiệm LMI RICE-2 tập trung vào 03 hướng nghiên cứu chính sau đây:

1 – Kết hợp cả nghiên cứu hệ gene chức năng và các phương pháp di truyền liên kết ở lúa để nghiên cứu các cơ chế nhằm cải thiện các tính trạng nông học. Bộ sưu tập khoảng 200 giống lúa Việt Nam của LMI RICE là nguồn nguyên liệu quý giá, duy nhất và là một công cụ quan trọng để nghiên cứu các đặc tính của lúa như là sự thích nghi với các điều kiện bất lợi gây ra do các yếu tố vô sinh và hữu sinh để triển khai thực hiện các nghiên cứu về di truyền liên kết nhằm chọn ra các giống có các tính trạng nông học vượt trội. Các đề tài đã được xây dựng trong khuôn khổ giai đoạn đầu của LMI RICE đang được tiếp tục triển khai trên cơ sở: (i) chống chịu điều kiện bất lợi vô sinh (mặn, hạn) và ổn định năng suất thông qua nghiên cứu các đặc tính di truyền hệ rễ, cấu trúc bông và các ảnh hưởng của hoc-môn thực vật, (ii) chống chịu các điều kiện bất lợi hữu sinh như các tác nhân gây bệnh (giun tròn, vi khuẩn gây bệnh bạc lá Xanthomonas, nấm gây bệnh đạo ôn Magnaporthe), các cơ chế tương tác giữa lúa và các tác nhân gây bệnh này và thiết kế kỹ thuật kháng bệnh. Các hướng mới sẽ được phát triển dưa trên: (i) nghiên cứu các tính trạng số lượng QTL đối với việc kháng lại giun tròn và sự phát triển hệ rễ, (ii) vai trò của aquaporine (protein vận chuyển nước) và dòng nước liên quan đến tính chịu hạn, (iii) sự phát triển rễ trong điều kiện thiếu lân, (iv) sự linh động của các gene nhảy đối phó với các điều kiện bất lợi của môi trường, (v) sự tương tác với các vi sinh vật có lợi (vi khuẩn nội sinh, vi khuẩn vùng rễ và các loại nấm rễ) liên quan đến các điều kiện bất lợi về nước, chất khoáng và tác nhân gây bệnh. Sự đánh giá bộ sưu tập các giống lúa Việt Nam đã giải trình tự sẽ được ưu tiên trong thời gian tới. Việc này sẽ đòi hỏi sự hợp tác chặt chẽ với các chương trình và tổ chức quốc tế như là Viện nghiên cứu quốc tế về lúa gạo (IRRI), Trung tâm quốc tế về Nông nghiệp Nhiệt đới (CIAT),… cũng như sự phát triển của các công cụ tin sinh học. Tiếp theo, sự xây dựng hợp tác với USTH là là tối quan trọng.

2 – Xây dựng và phát triển dự án nghiên cứu trên cà phê. Các đối tác hiện tại (xem ở dưới) giữa Viện nghiên cứu phát triển, Pháp (IRD), Viện di truyền nông nghiệp (AGI), Việt Nam; Viện Khoa học nông nghiệp Việt Nam (VAAS), Trường Đại học Khoa học và Công nghệ Hà Nội (USTH), Viện HLKHCNVN, Trường Đại học Montpellier, Pháp (UM) đã được mở rộng cho đối tác mới đó là Trung tâm hợp tác quốc tế về nghiên cứu và phát triển nông nghiệp (CIRAD) và Đơn vị nghiên cứu-Phòng thí nghiệm Cộng sinh ở cây Nhiệt đới và Địa Trung Hải (UMR LSTM). Họ sẽ xây dựng dự án cà phê và dự án sự tương tác giữa lúa, cà phê và vi sinh vật có lợi. Các mục tiêu đề ra là: (i) nghiên cứu các điều kiện thích nghi của giống cà phê chất lượng cao Arabica coffee trong điều kiện môi trường Việt Nam. Dự án này sẽ được thực hiện trong khuôn khổ của Chương trình H2020 (“Breedcafs”) do Hội đồng chung Châu Âu tài trợ, (ii) cải thiện sự sinh trưởng của giống cà phê robusta ở miền Trung bằng sự thích nghi tốt hơn với giun tròn nematode và các điều kiện hạn hán thông qua sự tương tác giữa nấm rễ (arbuscular mycorrhizal fungi – AM) với hệ rễ cà phê trong các hệ thống thử nghiệm.

3 – Đào tạo và xây dựng năng lực trong việc chọn tạo giống cây trồng. Việc thành lập PTN LMI RICE được liên kết với trường Đại học Khoa học và công nghệ Hà Nội (USTH), còn gọi là trường Đại học Việt Pháp. PTN LMI RICE-2 tổ chức một số môn học cho chương chình thạc sỹ “Công nghệ sinh học, Nông, Y, Dược” tại USTH trong đó có môn Công nghệ sinh học thực vật. PTN LMI RICE-2 vẫn đang tiếp tục ủng hộ bằng việc xây dựng năng lực trong lĩnh vực sinh học thực vật với chuyên ngành chủ đạo là chọn tạo giống cây trồng và phát triển các công cụ tin sinh học liên quan. PTN LMI RICE-2 vẫn luôn tạo điều kiện cho chương trình thạc sỹ “Công nghệ sinh học, Nông, Y, Dược” của USTH. Tại đây, một số học viên thạc sỹ, nghiên cứu sinh cũng như các nghiên cứu viên trẻ đã được đào tạo.

2. Đối tác

Phía Việt Nam

Viện di truyền nông nghiệp (AGI)
Viện Khoa học nông nghiệp Việt Nam (VAAS)
Viện Bảo vệ thực vật (PPRI)
Trung tâm tài nguyên thực vật (PRC)

Quốc tế

Viện nghiên cứu phát triển, Cộng hòa Pháp (IRD)
Trường Đại học Montpellier, Cộng hòa Pháp (UM)
Trung tâm hợp tác quốc tế về nghiên cứu và phát triển nông nghiệp, Cộng hòa Pháp (CIRAD)
Các đơn vị nghiên cứu cấu thành LMI: “Sự đa dạng – Sự thích ứng – Sự phát triển của thực vật” (DIADE/UM/IRD), “Sự tương tác giữa Thực vật – Vi sinh vật – Môi trường” (IPME/IRD/UM/CIRAD), “PTN Cộng sinh ở thực vật Nhiệt đới và Địa Trung Hải” (LSTM, IRD, UM, CIRAD, INRA, SupAgro)

và cũng hợp tác chặt chẽ với các đối tác như: Đơn vị nghiên cứu “Sự thích ứng và cải thiện di truyền của thực vật Nhiệt đới và Địa Trung Hải (AGAP, CIRAD, INRA, SupAgro), Đơn vị nghiên cứu “Hóa sinh Sinh lý phân tử của thực vật” (BPMP, CNRS, INRA, UM, SupAgro) và Đơn vị nghiên cưu “Sinh học và Di truyền học của mối tương tác thực vật-ký sinh” (BGPI, INRA, CIRAD, SupAgro).

3. Các nguồn tài trợ

Dạng kinh phí	Thời gian	Số lượng
USTH, GUST-VAST	2015-2020	Thay đổi theo đề tài/năm
IRD	2015-2019	Khoảng 40,000 euros/năm
Trường ĐH Montpellier	2015-2019	15,000 euros/năm
Dự án Hoa Sen Lotus (Pháp)	2015-2016	5000 euros/năm
Nafosted 1 (đã được duyệt 2016/3 năm)	2017-2019	60,000 USD/3 năm
Nafosted 2 (Đã được duyệt 2016/3 năm)	2017-2019	60,000 USD/ 3 năm
MOST-“HoaSen” (đã được duyệt 2018/2 năm)	2018-2020	110,000 USD/ 2 năm)
ANR (Quỹ nghiên cứu Quốc gia Pháp)	2016-2019	Tổng 120,000 euros
Tổ chức Khoa học Agropolis mở (Open Science-Agropolis Fondation)	2016-2018	Tổng 40,000 euros
Dự án H2020 “Breedcafs”	2017-2021	Tổng 4,200,000 euros cho 19 người tham gia

4. Trang thiết bị nghiên cứu

Phần lớn các thiết bị cơ bản đã có sẵn để phục vụ việc phân tích từ gene đến cây. Một không gian giành riêng cho lĩnh vực mô học bao gồm các máy móc, thiết bị chuyên dụng đã được xây dựng tại PTN LMI RICE-2.

STT	Thiết bị
1	Sinh học phân tử: qPCR, PCR, Nanodrop, máy điện di, máy ly tâm, máy phân tích microplates, tủ hút hóa chất, máy móc phân tích hình ảnh,…
2	Sinh học tế bào, nuôi cấy mô, vi khuẩn: các thiết bị nghiên cứu mô học, kính hiển vi huỳnh quang, kính lúp, buồng sinh trưởng, các tủ lạnh sâu -80oC, -20oC, tủ hút laminary, lò vi song, nồi hấp khử trùng,…
3	Di truyền học: Nhà lưới, đồng ruộng để thử nghiệm, khu lưu giữ và thiết bị lưu giữ dữ liệu,…

5. Các hoạt động nghiên cứu đang triển khai

Hai hướng nghiên cứu chính đã được xây dựng tại LMI RICE-2, đó là:

A – tận dụng bộ sưu tập quý giá khoảng 200 giống lúa Việt Nam để phát triển sự thích ứng đối với các điều kiện bất lợi vô sinh và hữu sinh; năng suất và chất lượng bằng kỹ thuật GWAS, QTL và hệ gene học chức năng để xác định các chỉ thị mong muốn và phát triển thành nguyên liệu phục vụ cho việc chọn giống.

- Các đề tài về lúa đang tiếp tục triển khai như: Sự phát triển hệ rễ và tính chống chịu với điều kiện bất lợi vô sinh (Chủ nhiệm đề tài: TS. Hoàng Thị Giang, AGI; TS. Gantet Pascal, UM, UMR DIADE), Đa dạng cấu trúc bông lúa (Chủ nhiệm đề tài: TS. Khổng Ngân Giang, AGI; TS. Jouanic Stephane, IRD, UMR DIADE), Tính mẫn cảm với jasmonate (Chủ nhiệm đề tài: TS. Tô Thị Mai Hương, USTH; TS Champion A., IRD, UMR DIADE), Sự tương tác giữa lúa và Nematode (Chủ nhiệm đề tài: TS. Bellafiore Stephane, IRD, UMR IPME), Chức năng và sự điều hòa của protein vận chuyển nước aquaporins (Chủ nhiệm đề tài: TS. Hoàng Thị Giang, AGI, TS. Đoàn Trung Lưu, CNRS, UMR BPMP)

- Các đề tài mới: Vi khuẩn nội sinh ở lúa và sự thích ứng với môi trường (Chủ nhiệm: TS. Nguyễn Văn Phượng, USTH; GS. Michel Lebrun, UM/IRD/USTH), Sự tương tác giữa lúa và Xanthomonas (Chủ nhiệm: Cunnac s., IRD; Nguyễn Duy Phương, AGI), Đề tài lúa – Mobilomes: sử dụng các yếu tố gene nhảy để nghiên cứu so sánh trên quy mô lớn về sự đáp ứng của các hệ gene lúa Việt Nam đối với các điều kiện bất lợi (Chủ nhiệm: TS. Mirouze M., IRD, UMR DIADE), Nghiên cứu sự thích ứng của cây lúa đối với điều kiện thiếu lân (Chủ nhiệm: TS. Mai Thị Phương Nga, USTH), Nghiên cứu các gene mới kháng bênh đạo ôn (Chủ nhiệm: TS. Hoàng Thị Giang, AGI; TS. Fournier E., INRA, UMR BGPI).

- Một khía cạnh quan trọng nữa liên quan đến sự phát triển của các đề tài trên đó là nâng cao năng lực về tin sinh học (TS. Larmande Pierre, IRD/USTH). Năng lực xây dựng phân tích kiểu hình thông lượng cao cũng được xem xét kỹ lưỡng thông qua hợp tác với chương trình Rice Global Array của Viện nghiên cứu quốc tế về lúa gạo IRRI.

B – Xây dựng và phát triển dự án chiến lược mới về cải thiện cà phê:

- Hệ gene học, di truyền học, nhân giống và hệ thống nuôi cấy cà phê nhằm mục đích cải thiện sự thích nghi của giống cà phê chất lượng cao đối với các điều kiện sinh thái ở Việt Nam. Dự án này được chương trình H2020 “Breedcafs” của Cộng đồng chung Châu Âu cấp kinh phí (Chủ nhiệm dự án: TS. Marraccini Pierre, CIRAD)

- Kiểm soát các tập đoàn nấm rễ địa phương để làm tăng trưởng bền vững về sản lượng của cà phê robusta ở miền Trung Việt Nam nhằm mục đích kích thích sự hình thành cộng sinh với nấm rễ và thúc đẩy sự ảnh hưởng của nấm rễ đến sự phát triển của cây cà phê ghép (Chủ nhiệm: GS. Michel Lebrun, UM/IRD/USTH; TS. Duponnois Robin, IRD, UMR LSTM).

6. Thành viên PTN

No	Họ tên	Vị trí	Viện/Trường đại học	Ghi chú
Việt Nam
1	TS. Hoàng Thị Giang	Nghiên cứu viên	AGI
2	TS. Tạ Kim Nhung	Nghiên cứu viên	AGI	Post-Doc tại Nhật Bản
3	GS. Đỗ Năng Vịnh	Nghiên cứu viên	AGI
4	TS. Mai Đức Chung	Nghiên cứu viên	AGI
5	TS. To Thị Mai Hương	Giảng viên	USTH
6	TS. Khổng Ngân Giang	Nghiên cứu viên	AGI
7	TS. Nguyễn Văn Phượng	Giảng viên	USTH
8	TS. Mai Thị Phương Nga	Giảng viên	USTH
Quốc tế
1	Marraccini Pierre	Nghiên cứu viên	CIRAD
2	Larmande Pierre	Nghiên cứu viên	IRD/USTH	ICT-USTH
3	Lebrun Michel	Nghiên cứu viên	UM/IRD/USTH
4	Duong Benoît	Tình nguyện viên	IRD

7. Các công bố khoa học tiêu biểu

No	Công bố khoa học	Tác giả	Tạp chí khoa học	Năm
1	Characterization of a panel of Vietnamese rice varieties using DArT and SNP markers for association mapping purposes	Hung N.T.P., Mai C.D., Mournet P., Frouin J., Droc G., Ta N.K., Jouannic S., Le L.T., Do V.N., Gantet P., Courtois B.	BMC Plant Biology, 14:371.	2014
2	Meloidogyne incognita - rice (Oryza sativa) interaction: a new model system to study plant-root-knot nematode interactions in monocotyledons	Nguyen V.P., Bellafiore S., Petitot A-S., Haidar R., BAK A., Abed A., Gantet P., Mezzalira I., de Almeida-engler J., Fernandez D.	Rice, 7, 23-36	2014
3	p2 of Rice grassy stunt virus (RGSV) and p6 and p9 of Rice ragged stunt virus (RRSV) isolates from Vietnam exert suppressor activity on the RNA silencing pathway.	Nguyen T.D. Lacombe S., Bangratz M., Ta H.A., Do N.V., Gantet P., Brugidou C.	Virus Genes, 51(2):267-275	2015
4	OsMADS26 Negatively Regulates Resistance to Pathogens and Drought Tolerance in Rice. P	Khong G.N., Pati P.K., Richaud F., Parizot B., Bidzinski P., Mai C.D., Bès M., Bourrié I., Meynard D., Beeckman T., Selvaraj M.G., Manabu I., Genga A.M., Brugidou C., Do N.V., Guiderdoni E., Morel J.B., Gantet P.	Plant Physiol., 169(4):2935-49.	2015
5	miR2118-triggered phased siRNAs are differentially expressed during the panicle development of wild and domesticated African rice species.	Ta K.N., Sabot F., Adam H., Vigouroux Y., De Mita S., Ghesquiere A., Do N.V., Gantet P., Jouannic S.	Rice, 9(1):10	2016
6	Differences in meristem size and expression of branching genes are associated with variation in panicle phenotype in wild and domesticated African rice.	Ta K.N., Adam H., Staedler Y.M., Shönenberger J., Harrop T., Tregear J., Do N.V., Gantet P., Ghesquiere A., Jouannic S.	EvoDevo: 8, 1–14	2017
7	Hypersensitivity-Like Response to Meloidogyne graminicola in Rice (Oryza sativa).	Phan N.T., de Waele D., Lorieux M., Xiong L., Bellafiore S.	Phytopathology,108: 521–528	2018

8. Sản phẩm hoặc các kết quả tiêu biểu đã đạt được

Bộ sưu tập khoảng 200 giống lúa Việt Nam đã được giải trình tự là một nguồn nguyên liệu quý giá, duy nhất và là công cụ then chốt để nghiên cứu các đặc tính thích nghi với các điều kiện bất lợi khác nhau gây ra bởi các yếu tố vô sinh và hữu sinh. Trên cơ sở đó tiến hành các nghiên cứu di truyền liên kết nhằm đề xuất các giống tiềm năng cho việc chọn tạo giống với các tính trạng nông học vượt trội.