Chọn giống là gì? Các bài báo nghiên cứu khoa học liên quan

Định nghĩa chọn giống

Chọn giống (breeding hoặc selection) là quá trình có mục tiêu nhằm phát triển các đặc tính di truyền mong muốn ở động, thực vật hoặc vi sinh vật, thông qua lai tạo hoặc chọn lọc tự nhiên. Quá trình này được áp dụng để cải thiện tính trạng như năng suất, chất lượng, khả năng kháng bệnh, sức chống chịu môi trường, hoặc các tính trạng sản xuất chuyên biệt.

Trong thực tiễn, chọn giống có thể tiến hành bằng phương pháp truyền thống (chọn lọc qua các thế hệ) hoặc ứng dụng kỹ thuật hiện đại như chọn lọc phân tử, chọn lọc bộ gen, và chỉnh sửa gen. Mục tiêu lâu dài là tạo ra giống ổn định, đem lại lợi ích kinh tế – xã hội – môi trường.

Lịch sử phát triển chọn giống

Thuật chọn giống xuất hiện từ khi con người thuần hóa động thực vật để sử dụng, đã có từ hàng ngàn năm trước. Ví dụ, giống lúa, ngô, lúa mì hay gia súc đã được chọn lọc thông qua phương pháp “thử và chọn” dựa trên đặc tính mong muốn.

Khoa học chọn giống bước sang giai đoạn hiện đại từ thế kỷ XIX khi Gregor Mendel thiết lập các quy luật di truyền. Kết quả nghiên cứu này tạo nền tảng cho chọn giống theo kiểu định hướng dựa trên gen đã xác định.

Trong thế kỷ XX, công nghệ phân tử xuất hiện, mở đường cho chọn giống bằng chỉ thị DNA, chuyển gen, và gần đây nhất là công cụ chỉnh sửa gen CRISPR-Cas9, giúp tiến trình chọn giống trở nên nhanh hơn, chính xác hơn và hiệu quả cao hơn nhiều lần so với trước đây.

Các phương pháp chọn giống truyền thống

Các phương pháp truyền thống sử dụng kỹ thuật lai tạo và chọn lọc quan sát thế hệ sau, thích hợp với cây trồng hoặc vật nuôi nhưng tốn nhiều thế hệ và phụ thuộc điều kiện ngoại cảnh. Những phương pháp phổ biến bao gồm:

• Mass selection: chọn ngẫu nhiên từ quần thể thế hệ F₂ trở đi.
• Pedigree selection: theo dòng phả hệ, lưu giữ bản ghi đặc tính từng cá thể.
• Lai dòng thuần (inbred line): dùng trong giống lai F₁ để tạo đồng nhất di truyền.
• Lai xa và đa bội hóa: mở rộng nguồn gen từ loài hoang dã hoặc loài tương tự.

Mặc dù ít tốn chi phí công nghệ, phương pháp truyền thống đòi hỏi thời gian dài, nguồn tài nguyên rộng và hiệu quả phụ thuộc vào sự biến động môi trường tự nhiên.

Các kỹ thuật chọn giống hiện đại

Công nghệ di truyền đã thúc đẩy chọn giống tiến hóa. Các kỹ thuật hiện đại đang được áp dụng rộng khắp bao gồm:

• MAS (Marker-Assisted Selection): dùng dấu hiệu phân tử (SNP, SSR) liên kết với gen mục tiêu.
• Genomic Selection (GS): sử dụng dữ liệu bộ gen toàn diện để dự đoán giá trị di truyền.
• CRISPR-Cas9: chỉnh sửa gen trực tiếp để tạo hoặc loại bỏ đặc tính mong muốn.
• Nuôi cấy mô & chuyển gen: tái sinh cây hoặc vật nuôi từ tế bào đã được điều chỉnh.

Ưu điểm của các kỹ thuật hiện đại là rút ngắn thời gian chọn giống đáng kể, tăng độ chính xác và khả năng chọn lọc tính trạng khó phân biệt qua biểu hiện ngắn hạn. Đồng thời, có thể tổ chức chọn giống quy mô lớn với độ đồng nhất cao.

Bảng tóm tắt so sánh điểm nổi bật giữa hai nhóm phương pháp:

Phương pháp	Thời gian	Chi phí	Độ chính xác
Truyền thống	Many generations	Thấp–Trung bình	Trung bình
Hiện đại (MAS, GS, CRISPR)	Ít thế hệ	Trung bình–Cao	Cao

Ứng dụng trong nông nghiệp và chăn nuôi

Chọn giống được ứng dụng rộng rãi trong sản xuất nông nghiệp và chăn nuôi nhằm tạo ra giống có năng suất cao, chất lượng tốt, và thích ứng với biến đổi khí hậu. Các chương trình chọn giống cây trồng như lúa (IR64, ST25), ngô (NK4300, CP999), đậu nành, mía, cà phê... đã cải thiện đáng kể sản lượng và khả năng chống chịu sâu bệnh tại nhiều nước đang phát triển.

Trong chăn nuôi, chọn giống giúp nâng cao tốc độ sinh trưởng, khả năng sinh sản, năng suất sữa hoặc thịt, và cải thiện kháng thể tự nhiên của vật nuôi. Một số giống bò sữa (Holstein Friesian), lợn (Landrace, Yorkshire), gà (Lương Phượng, Ross 308) là kết quả của chương trình chọn giống quy mô toàn cầu.

Các tiêu chí được ưu tiên trong chọn giống nông nghiệp và chăn nuôi thường bao gồm:

• Tốc độ tăng trưởng
• Tỷ lệ chuyển hóa thức ăn
• Khả năng kháng bệnh phổ biến (ví dụ: đạo ôn ở lúa, PRRS ở heo)
• Chất lượng sản phẩm (hàm lượng protein, vitamin, hương vị...)

Vai trò của công nghệ sinh học trong chọn giống

Công nghệ sinh học là lực đẩy chủ lực cho ngành chọn giống hiện đại. Với việc ứng dụng các công cụ như PCR, giải trình tự gen (Next-generation sequencing), chỉnh sửa gen (CRISPR-Cas9), các nhà nghiên cứu có thể theo dõi chính xác vị trí gen liên quan đến tính trạng mục tiêu.

Phân tích liên kết gen (linkage mapping) và liên kết hiệp hội toàn bộ bộ gen (GWAS) là hai phương pháp chủ yếu để xác định vùng gen kiểm soát các đặc tính di truyền. Các chỉ thị phân tử (marker) sau đó được sử dụng để chọn lọc nhanh những cá thể mang đặc điểm mong muốn trong quần thể lai.

Một số nền tảng quốc tế hỗ trợ dữ liệu và công cụ phân tích:

• EMBL-EBI – Ngân hàng dữ liệu sinh học Châu Âu
• NCBI – Cổng thông tin di truyền Hoa Kỳ
• IRRI – Viện nghiên cứu lúa quốc tế

Hiệu quả kinh tế và xã hội của chọn giống

Chọn giống giúp giảm chi phí sản xuất, tăng lợi nhuận và cải thiện chuỗi giá trị nông nghiệp – thực phẩm. Ở cấp độ quốc gia, chọn giống đóng vai trò quan trọng trong đảm bảo an ninh lương thực và giảm phụ thuộc vào nhập khẩu giống từ nước ngoài.

Việc thương mại hóa giống lai F1, giống chuyển gen và giống chọn lọc giúp hình thành ngành công nghiệp giống trị giá hàng tỷ USD mỗi năm. Đối với nông dân nhỏ lẻ, tiếp cận giống cải tiến góp phần nâng cao thu nhập, giảm rủi ro mùa vụ và tăng khả năng chống chịu thiên tai.

Theo FAO, ước tính hiệu suất lúa có thể tăng từ 10–30% nếu sử dụng giống chọn lọc hiện đại. Tại Việt Nam, giống lúa ST25 được phát triển từ chọn giống nhiều năm đã đoạt giải "gạo ngon nhất thế giới 2019" và hiện là giống chủ lực tại ĐBSCL.

Rủi ro và tranh cãi trong chọn giống hiện đại

Mặc dù hiệu quả, nhưng chọn giống hiện đại cũng đặt ra nhiều thách thức. Việc sử dụng giống lai đồng nhất có thể làm giảm đa dạng sinh học, tăng rủi ro khi có dịch bệnh mới. Chọn giống quá mức có thể gây ra các bất lợi như thoái hóa giống hoặc tích lũy tính trạng bất lợi.

Đối với giống biến đổi gen (GMO), nhiều quốc gia và tổ chức bày tỏ lo ngại về ảnh hưởng đến sức khỏe người tiêu dùng, hệ sinh thái và quyền sở hữu trí tuệ. Một số nghiên cứu cho rằng cần có thêm dữ liệu theo dõi dài hạn trước khi đưa giống GMO ra thị trường đại trà.

Các hướng dẫn quản lý an toàn sinh học được ban hành bởi:

• FAO – Biosafety Guidelines
• OECD – Biotrack
• CBD – Cartagena Protocol on Biosafety

Xu hướng phát triển và triển vọng

Tương lai của chọn giống tập trung vào "chọn giống chính xác" (precision breeding), kết hợp dữ liệu lớn (big data), học máy (machine learning), và cảm biến từ xa (remote phenotyping). Các mô hình dự đoán genotype-to-phenotype đang dần được tích hợp vào quy trình chọn giống hiện đại.

Các công nghệ được kỳ vọng sẽ chi phối chọn giống thế hệ tiếp theo:

• Deep learning để phân tích hình ảnh cây trồng
• Blockchain trong truy xuất nguồn gốc giống
• CRISPR cho phép "thiết kế giống" theo yêu cầu thị trường

Chọn giống không chỉ hướng tới năng suất mà còn hướng tới sự bền vững: giảm phát thải, thích ứng khí hậu, và thân thiện với hệ sinh thái.

Tài liệu tham khảo

1. FAO. Genetic Resources and Biosafety. https://www.fao.org/genetic-resources/en
2. OECD. Agricultural Biotechnology. https://www.oecd.org/agriculture/topics/agricultural-biotechnology
3. NCBI. Plant Genome Database. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/genome/plant/
4. EMBL-EBI. Genomics Resources. https://www.ebi.ac.uk
5. IRRI. Rice Breeding Research. https://www.irri.org/rice-breeding
6. Cartagena Protocol on Biosafety. https://www.cbd.int/biosafety/