Ngô ngọt (Zea mays L. var. rugosa Bonaf.) là giống ngô có hàm lượng đường cao, kết quả xuất hiện tự nhiên của đột biến lặn của gen như sul, sh2, bt, se điều khiển việc chuyển đường thành tinh bột bên trong nội nhũ của hạt ngô (Tracy & cs., 2019). Ngoài ra, ngô ngọt còn chứa nhiều chất dinh dưỡng thiết yếu cho cơ thể như các hợp chất axit pantothenic, folate, vitamin B6, niacin, kali, vitamin E, các chất xơ, chất kháng oxy hóa (Zhang & cs., 2017; Baseggio & cs., 2020). Xuất khẩu ngô ngọt đông lạnh toàn cầu trị giá 428,5 triệu USD với số lượng 412.245 tấn, trong khi ngô ngọt bảo quản tương tự trị giá 1.002,6 triệu USD với lượng xuất khẩu đạt 784.282 tấn (Faostat, 2021). Tại Việt Nam, phần lớn các giống ngô ngọt thương mại trên thị trường là giống lai như SW1011, GoldenCob, Hi-brix 58 nhập nội từ Thái Lan được bán với giá thành hạt giống cao, dao động từ 700.000 tới 1.200.000 đồng/kg. Tại Việt Nam, gần đây đã nghiên cứu chọn tạo giống ngô ngọt Đường Lai ĐL89 (Nguyễn Thị Nhài & cs., 2020). Các nghiên cứu cơ bản trên cây ngô ngọt như đánh giá khả năng chịu hạn được tiến hành bởi Phạm Thị Thanh Hương & cs. (2019), phát triển dòng đã được tiến hành bởi Trần Thị Thanh Hà & cs. (2020) và Nguyễn Trung Đức & cs. (2020). Như vậy, các giống ngô ngọt ưu thế lai được chọn tạo và thương mại tại Việt Nam còn thiếu, chưa đáp ứng nhu cầu thị trường. Các nghiên cứu cơ bản đã được tiến hành nhưng công nghệ cốt lõi phát triển và xác định các dòng ngô ngọt mang các gen cụ thể điều khiển quá trình chuyển hóa đường và tinh bột chưa được báo cáo tại Việt Nam.

Trong hạt ngô, phần nội nhũ bao gồm khoảng 80% tinh bột, 10% protein, 2% đường và 8% chất xơ (Tracy & cs., 2019). Tinh bột thường chiếm 73% tổng trọng lượng hạt, trong đó 25% tinh bột là amylose, trong khi phần còn lại bao gồm amylopectin (Wilson & cs., 2004). Các đột biến kiểu hình bất thường ở hạt ngô đã góp phần đáng kể vào việc tìm ra con đường sinh tổng hợp tinh bột. Trong số này, các gen như brittle2 (bt2), shrunken1 (shl) và shrunken2 (sh2) hỗ trợ sự hình thành glucose, trong khi các enzyme được mã hóa bởi amylose extender1 (ael), sugary1 (sui) và waxy1 (wxl) sản xuất các sản phẩm cuối cùng của quá trình chuyển hóa tinh bột, amylose và amylopectin (Whitt & cs., 2002; Tracy & cs., 2019). Trong đó, hai gen lặn sh2 và sul đã được sử dụng rộng rãi để phát triển các giống ngô ngọt trên toàn thế giới (Revilla & cs., 2021). Gen sul dài 11,7kb nằm trên vai ngắn của nhiễm sắc thể 4S, mã hóa một enzyme phân hủy tinh bột SU 1 isoamylase thủy phân liên kết a-1,6 glycoside và đóng vai trò quan trọng trong sự phát triển của tinh thể amylopectin (Feng & cs., 2008; Tracy & cs., 2019). Các dòng ngô ngọt mang gen lặn sul sở hữu lượng phytoglycogen cao gấp 10 lần so với ngô thường, làm cho hạt đầy đặn và bóng khi thu hoạch (Hossain & cs., 2015). Gen lặn sh2 nằm trên nhiễm sắc thể số 3L mã hóa tiểu đơn vị lớn của AGPase (adenosine diphosphate glucose pyrophosphorylase) xúc tác bước giới hạn tốc độ trong con đường sinh tổng hợp tinh bột (Hu & cs., 2021; Ruanjaichon & cs., 2021), đã được sử dụng rộng rãi để phát triển giống ngô ngọt và ngô siêu ngọt, chiếm khoảng 70% thị phần giống ngô ngọt trên thế giới (Revilla & cs., 2021). Ớ giai đoạn chín sữa, các giống siêu ngọt mang gen lặn sh2 tích tụ nhiều đường hơn (29,9% sucrose), cao hơn gấp ba lần so với ngô có đột biến sul (10,2% sucrose) và cao hơn gấp tám lần ngô bình thường (Tracy & cs., 2019).

Để ứng dụng chỉ thị phân tử trong chọn giống (MAS) ngô ngọt, Hossain & cs. (2015) đã tiến hành lập bản đồ gen và xác nhận 4 chỉ thị SSR liên kết chặt với gen sh2 (umc1320, umc2276, umc1273, bnlg1257) và 4 chỉ thị SSR liên kết chặt với gen sul (umc1142, umc1031, bnlg1937, umc2061). Với ưu điểm đồng trội, chi phí thấp, hiệu quả và khả năng tái lập cao, các chỉ thị SSR này đã và đang được sử dụng trong các nghiên cứu đa dạng di truyền và MAS (Mehta & cs., 2017a; Baveja & cs., 2021). Tuy nhiên, mỗi chương trình chọn giống thường sử dụng quần thể ngô ngọt khác nhau. Vì vậy, việc xác định chỉ thị phù hợp nhất và sử dụng để xác định gen kiểm soát độ ngọt của hạt sẽ giúp nhà chọn giống phát triển các giống ngô ngọt lai phù hợp với chi phí thấp nhất trong thời gian ngắn nhất.

Ngô ngọt có nguồn gốc ôn đới, tiến hoá từ ngô đá và có phổ) di truyền hẹp (Tracy & cs., 2019). Việt Nam không phải là nơi phát sinh nguồn gen ngô ngọt, các vật liệu ngô ngọt hiện nay phần lớn phát triển từ các giống thương mại. Đây là một thách thức lớn khi nghiên cứu phát triển các giống ngô ngọt mới, thích ứng với điều kiện khí hậu nhiệt đới tại Việt Nam.

Do vậy, nghiên cứu này tiến hành xác định chỉ thị phân tử SSR tối ưu liên kết với gen sh2, sui và ứng dụng chọn lọc trên các dòng ngô ngọt tự phối phục vụ chương trình chọn giống ngô thực phẩm chất lượng cao, thích ứng với biến đổi khí hậu tại Việt Nam.

Nghiên cứu tiến hành xác định chỉ thị SSR tối ưu liên kết với gen shrunken2 (sh2), sugary1 (su1) kiểm soát độ ngọt và ứng dụng chọn lọc trên 30 dòng ngô ngọt tự phối S3. Bốn chỉ thị SSR liên kết chặt với gen sh2 (umc1320, umc2276,umc1273,          bnlg1257) và bốn chỉ thị SSR liên kết chặt với gen sui (umc1142,umc1031,   bnlg1937,umc2061) được khảo sát trên ba dòng thuần đối chứng. Kết quả cho thấy chỉ thị umc2276 và umc1031 là phù hợp nhất để xác định gen sh2 và sui, tương ứng. Ứng dụng hai chỉ thị này khảo sát trên 30 dòng ngô ngọt tự phối S3 đã chọn được bảy dòng đồng hợp tử gen lặn sh2sh2 (D04, D09, D13, D21, D22, D24, D25), hai dòng đồng hợp tử gen lặn sulsul (D19, D30) và hai dòng đồng hợp tử ngọt lặn kép sh2sh2su1su1 (D11, D14). Đánh giá kiểu hình đã xác nhận sự tương đồng với kiểu gen cho thấy độ chính xác cao của các chỉ thị phân tử được chọn. Nhóm dòng đồng hợp tử lặn kép sh2sh2su1su1 có tổng lượng chất rắn hòa tan cao hơn nhóm dòng sh2sh2 và vượt trội so với nhóm dòng su1su1. Hai chỉ thị SSR và mười một dòng mang gen mục tiêu này là cơ sở để phát triển nhanh dòng thuần ưu tú và xây dựng chương trình ứng dụng chỉ thị phân tử chọn giống ngô thực phẩm tại Việt Nam.