NGHIÊN CỨU ĐA DẠNG DI TRUYỀN CÁC GIỐNG LÚA ĐỊA PHƯƠNG TỈNH LÀO CAI BẰNG CHỈ THỊ ADN

Tạp chí khoa học công nghệ nông nghiệp Việt Nam NGHIÊN CỨU ĐA DẠNG DI TRUYỀN CÁC GIỐNG LÚA ĐỊA PHƯƠNG TỈNH LÀO CAI BẰNG CHỈ THỊ ADN Trần Danh Sửu, Nguyễn Thị Lan Hoa, Hà Minh Loan,Ngô Kim Hoài, Bùi Thị Thu Giang, Hoàng Thị Huệ, Hà Thị Xuân Mai, Nguyễn Thị Tuyết SUMMARY Evaluation of genetic diversity of local rice varieties collected from Lao Cai province by using DNA markers The genetic diversity and DNA fingerprinting of 124 local rice varieties collected from three districts of Lao Cai Provinces were elucidated by using 36 simple sequence repeat (SSR) markers distributed through 12 rice chromosomes The result of SSR fingerprinting showed that total of 235 polymorphic bands were detected at 36 SSR loci The numbers of polymorphic alleles varied from to 14 depending on each locus, yielding average of alleles per locus The DNA profiles analysis indicated three out of 36 SSR markers revealed unique alleles (rare alleles) in surveyed rice genotypes The information of these markers may come in handy to distinctly identify and characterize those local varieties Cluster analysis based on UPGMA resolved the local rice varieties into two major O sativa groups, indica and japonica, agreed with classification based on choroplast DNA analysis This application of DNA polymorphism analysis revealed genomic relationship in Vietnamese rice germplasm, generating a database useful for cultivar identification, local germplasm conservation, and breeding programs Keywords: Chloroplast DNA, DNA markers, genetic diversity, local rice, SSR markers I ĐặT VấN Đề Theo mt s kt qu nghiờn cứu, tài nguyên di truyền lúa miền núi phía Bắc Việt Nam có đa dạng bậc giới (Okuno et al 1996) Việc nghiên cứu đa dạng di truyền, phân loại nguồn gen công tác cần tiến hành, khơng có ý nghĩa việc bảo tồn giống lúa địa phương mà cịn có ý nghĩa quan trọng cơng tác khai thác phát triển chọn tạo nguồn gen đặc sản Ngày nay, thị phân tử sử dụng rộng rãi công cụ hữu hiệu nghiên cứu di truyền cho phép đánh giá số lượng lớn locut trải khắp gen lúa Những thông tin đa dạng di truyền mức độ ADN phát khác biệt nhỏ giốn giúp nhận dạng giống quý, tập đoàn giống lúa trồng địa phương cách nhanh chóng Trong số thị ADN thị SSR sử dụng rộng rãi hiệu nghiên cứu cấu trúc di truyền lúa trồng , nghiên cứu trình tiến hóa, làm rõ độ vật liệu lai tạo giống thị đồng trội cho đa hình cao ổn định Hiện nay, 15.000 thị SSR thiết lập , phủ kín đồ liên kết di truyền lúa (Giarroccoa ctv., 2007) Nhiều nghiên cứu ứng dụng SSR DNA fingerprinting nghiên cứu đa dạng di truyền Tạp chí khoa học công nghệ nông nghiệp ViƯt Nam nhận dạng giống lúa cơng bố năm gần (Kalyan, 2006; Trong nghiên cứu này, thị SSR sử dụng để nghiên cứu đa dạng di truyền lập tiêu ADN 124 nguồn gen lúa thu thập huyện tỉnh Lào Cai, nằm vùng lòng hồ thủy điện Sơn La, giúp nhận dạng giống, phát khả trùng lặp, phục vụ công tác bảo tồn nguồn gen lỳa bn a II VậT LIệU Và PHƯƠNG PHáP NGHI£N CøU Vật liệu nghiên cứu 124 giống lúa thu thập từ vùng lòng hồ thủy điện Sơn La vùng phụ cận, gồm huyện Mường Khương, Bắ Hà, Si Ma Cai tỉnh Lào Cai lưu giữ Trung tâm Tài nguyên thực vật giống đối chứng Kasalath, Chỉ thị ADN: Cặp mồi ORF 100 50 thị SSR định vị 12 nhiễm sắc thể gen lúa Phương pháp nghiên cứu non giống lúa nghiên cứu tách chiết tinh theo phương pháp CTAB Doyle, JJ ctv Phản ứng PCR với mồi SSR thực điều kiện chuẩn Sản phẩm PCR điện di gel polyacrylamide 8% Số liệu phân tích SSR xử lý phần mm NTSYS pc2.1 v III KếT QUả Và THảO LUậN Đa dạng giống lúa nghiên cứu dựa thị ADN lục lạp Trong nghiên cứu này, 124 giống lúa địa phân loại dựa khác biệt ADN lục lạp hai loài phụ cặp mồi ORF100 với hai giống đối chứng Nipponbare (lúa Kết phân tích đa hình cho thấy có khác biệt rõ rệt giống đối chứng ) Giố cho sản phẩm khuyếch đại băng ADN có kích thước nhỏ so với giống ) Trong số 124 giống lúa nghiên cứu, 34 giống có kiểu ADN lục lạp khuyết thiếu đoạn P ORF100 giống Kasalath ( ống cịn lại có kiểu ADN lục lạp khơng khuyết thiếu giống Nipponbare ) (Hình 1) Như vậy, tỷ lệ lúa tập đoàn lúa nghiên cứu Lào Cai chiếm đa số, đạt 72,13% Kết phù hợp với nghiên cứu trước Trần Danh Sửu cộng tác viên (2001) sử dụng kỹ thuật RAPD để nghiên cứu giống lúa vùng Tây Bắc Tây Nam nước ta cho thấy hầu hết giống lúa vùng Tây Bắc thuộc loài phụ nghiên cứu phân loại lúa dựa phân tích ADN nhân ADN lục lạp Fukuoka (2001) đa dạng di truyền 129 giống lúa địa miền Bắc Việt Nam thị phân tử RFLP ADN lục lạp cho thấy đa phần giống lúa thuộc phân loi ph Tạp chí khoa học công nghệ nông nghiƯp ViƯt Nam Hình 1: Sản phẩm PCR mẫu giống lúa nghiên cứu với cặp mồi ORF100 Từ trái sang phải: 1: 50bp ladder; 2: Kasalath; 3: Nipponbare; 30: mẫu giống lúa nghiên cứu Đánh giá đa dạng di truyền nguồn gen lúa có nguồn gốc thu thập thuộc khu vực thủy điện Sơn La tỉnh lân cận thị SSR ong nghiên cứu này, 50 thị SSR lúa định vị 12 nhiễm sắc thể sử dụng để nghiên cứu đa dạng di truyền 124 giống lúa Trong số 50 thị SSR 45 thị cho sản phẩm PCR, nhiên có 36 thị cho sản phẩm băng rõ nét mẫu giống lúa nghiên cứu Thống kê 36 locut SSR, sản phẩm PCR băng có kích thước nằm khoảng từ 80 420 bp (Hình 2) Tuy nhiên, kích thước phổ biến alen thu tập đoàn biến thiên khoảng 100 ứu DNA fingerprinting lúa Bangladesh, India Argentina dựa thị SSR trước Muhammad Kalyan (2006) cho kết tương tự biến thiên kích thước băng ADN iến động kích thước alen locut SSR khảo sát Tại locut SSR, kích thước alen Tổng số alen phát 36 thu tập đoàn nghiên cứu biến locut 235 Số alen đa hình locut thiên phạm vi bp (RM16, RM172, biến động từ đến 14, đạt trung bình 6,53 RM244, RM284, RM346 ) hàng Số lượng alen nhiều 14 chục, hàng trăm bp (RM164, RM171, (locut RM335), đạt 11 alen (locut RM164) 10 (locut RM21) Locut cho đa hình (3 alen) RM172, RM245, RM559 Tạp chí khoa học công nghệ nông nghiƯp ViƯt Nam Hệ số đa hình di truyền (PIC) thu locut SSR biến động từ 0,33 (locut RM21) đến 0,88 (RM335) Hệ số đa hình di truyền (PIC) trung bình thu locut SSR đạt 0,68, cho thấy mức độ đa dạng gen tồn 126 mẫu lúa nghiên cứu mức đa dạng Chỉ số PIC thấp thu nghiên cứu đa dạng lúa nghiên cứu lúa Mỹ 0,46 (Lu, 2005)) đạt cao so với hệ số PIC nghiên cứu đa dạng lúa t (0,35), lúa nếp đồng Bắc Bộ (0,43) (Trần Danh Sửu cs., 2008, 2010) nghiên cứu đa dạng lúa temperate Trong số 36 locut khảo sát, 18 locut không phát dị hợp tử, 18 locut cịn lại phát mẫu giống dị hợp Trong đó, tỷ lệ alen dị hợp tử quan sát (H) lớn locut RM335 RM251 (6,35%), tính trung bình đạt 1,3 % (Bảng 1) Tỷ lệ đạt thấp so với tỷ lệ dị hợp tử tập đoàn lúa nếp đồng đạt 2,4% khảo sát 45 thị SSR có 36 thị tương tự nghiên cứu (Trần Danh Sửu cs 2010) Bảng Đa hình locut SSR giống lúa nghiên cứu TT Locut NST Số alen Số Giống có alen alen đặc PICb trưng đặc trưng (SĐK)a c H TT (%) Locut Số alen Số NST alen đặc trưng Giống có alen đặc PICb trưng (SĐK)a Hc (%) RM5 0.78 1,59 20 RM559 0,50 2,38 RM128 0,58 21 RM172 0,59 RM174 0,48 22 RM180 0,69 RM263 0,78 23 RM346 0,66 RM266 0,76 4,76 24 RM152 0,37 1,59 RM279 0,77 25 RM264 0,82 RM509 0,75 RM16 RM22 10 RM251 11 RM142 12 RM273 13 RM335 14 1984 0,88 6,35 33 RM21 14 RM349 T7022 15 RM153 16 RM164 17 RM267 0,79 0,79 18 RM133 0,65 19 RM340 0,65 1,19 26 RM284 0,73 0,76 1,98 27 RM242 0,84 0,77 28 RM245 0,54 0,69 6,35 29 RM171 10 0,52 0,74 5,95 31 RM 216 10 0,75 0,4 0,68 10 0,77 1,19 11 10 0,33 1,19 0,64 4,37 34 RM332 11 0,70 0,66 35 RM17 12 12 0,84 0,79 11 0,81 0,4 36 RM 19 12 0,54 RM309 12 T7499 0 a: Số đăng ký b: PIC: Hệ số đa dạng c: H: Tỷ lệ dị hợp tử quan sát locut 32 RM244 ∑ Tổng số T bình 235 6.53 0,4 0,64 5,16 3 0,68 1,3 Tạp chí khoa học công nghƯ n«ng nghiƯp ViƯt Nam Trong số 36 thị SSR, có thị cho nhận dạng đặc biệt (unique allele) với alen mẫu giống SĐK T7499, SĐK 1984, SĐK T7022 (Bảng 2, h 3) Các băng có kích thước nằm khoảng 100 250bp Các nghiên cứu DNA fingerprinting lúa Bangladesh, India Argentina dựa thị SSR trước cho kết tương tự biến thiên kích thước băng ADN Bảng Các thị SSR cho alen đặc trưng với giống Số đăng ký Tên giống Kích thước Tên thị 1984 Ne Nương ~ 120 bp RM335 T7022 Séng Cù ~ 112 bp RM349 T7499 Plề Mùa ~ 145 bp RM16 TT Tổng số 3 DNA fingerprinting giống lúa nhận biết locut SSR: Quan hệ di truyền giống lúa giống đối chứng phân tích UPGMA phần mềm popgene 1.31 NTSYS 2.1 Sơ đồ hình giống nghiên cứu (sử dụng phần mềm NTSYS 2.1) cho thấy hệ số tương đồng di truyền nhóm giống biến động từ 0,76 đến 0,98 (theo phương pháp SM, NTSYS) (số liệu khơng trình bày) Tại mức tương đồng khoảng 77%, 124 giống lúa nghiên cứu n thành nhóm rõ rệt: Nhóm gồm Nipponbare 77 mẫu giống có kiểu ADN khơng thiếu mẫu giống lúa lại chia làm hai phân nhóm nhỏ: Phân nhóm1: 51 mẫu giống lúa đa phần lúa ruộng phân nhóm T¹p chÝ khoa học công nghệ nông nghiệp Việt Nam gồm 24 giống lúa đa phần giống lúa nương Nhóm gồm Kasalath 47 mẫu giống, gồm tất 34 mẫu giống có kiểu ADN lục lạp khuyết thiếu Kết cho thấy có tương đồng lớn cách phân loại loài ADN lục lạp genome Hệ số tương đồng di truyền giống lúa nghiên cứu dao động từ 0,08 đến 0,95; thấp (0,08) cặp giống SĐK T7533 SĐK T7021; hệ số tương đồng thấp đạt (0,11 0,13) mẫu giống SĐK 4024 giống SĐK 4020 với mẫu giống SĐK T7022 cao (0,95) hai giống SĐK 4020 SĐK 4024 Các giống đối chứng có tương đồng thấp so với giống nhóm lúa nghiên cứu: đạt từ 0,05 đến 0,45 giống Nipponbare 0,09 đến 0,3 giống Kasalath Giống Kasalath có nguồn gốc từ Ấn Độ giống Nipponbare có nguồn gốc từ Nhật Bản Các giống đối chứng nằm nhóm lớn đứng tách biệt khỏi giống địa phương thu thập Lào Cai Các cặp giống đa phần có tương đồng di truyền nằm g khoảng từ 0,4 Trong cặp giống, có cặp giống có hệ số tương đồng di truyền từ 0,9 trở lên: SĐK 4020 SĐK 4024 (0,91), cặp SĐK 4020 SĐK 4021 (0,95) Hai cặp giống có hệ số tương đồng lớn nên xem xét để tránh loại trùng lặp dựa tiêu theo dõi thêm kiểu hình Các giống lúa Lào Cai đa dạng, số 124 giống, có 88 giống lúa thuộc lồi phụ dựa đa hình ADN lục lạp, số cịn lại thuộc lồi phụ Trong 124 giống nghiên cứu, có cặp giống có hệ số tương đồng di truyền từ 0,9 trở lên: SĐK 4020 SĐK 4024 (0,91), cặp SĐK 4020 SĐK 4021 (0,95) Hai cặp giống có hệ số tương đồng lớn cần tiếp tục nghiên cứu để đánh giá trùng lặp TÀI LIỆU THAM KHẢO Trần Danh Sửu, Lưu Ngọc Trình (2001), Sử dụng thị ADN để nghiên cứu quan hệ di truyền tiến hóa lúa địa phương vùng Tây Bắc Tây Nam nước ta, Thông tin công nghệ sinh học ứng dụng, số 1/200 Viện Di truyền nông nghiệp IV KÕT LUËN Trong số 36 thị SSR sử dụng nghiên cứu đa dạng di truyền 124 mẫu giống thu thập, 36 thị cho đa hình Trong đó, nghiên cứu phát locut SSR cho băng đặc trưng giống lúa địa thu thập Lào Cai, ứng dụng cơng tác tạo lập thị nhận dạng giống lúa Người phản biện GS TSKH Trn Duy Quý Tạp chí khoa học c«ng nghƯ n«ng nghiƯp ViƯt Nam KẾT QUẢ ĐÁNH GIÁ ĐA DẠNG NGUỒN GEN CÂY KHOAI MỠ (Dioscorea alata L.) ĐANG BẢO QUẢN TẠI NGÂN HÀNG GEN CÂY TRỒNG QUỐC GIA NĂM 2009 Lê Văn Tú, Vũ Linh Chi, Nguyễn Phùng Hà, Nguyễn Thị Ngọc Huệ, Lã Tuấn Nghĩa SUMMARY Results on diversity of Yam (Dioscorea alata) germplasms maintaining in National Genebank Dioscorea alata collection, including 102 accessions collected from 07 ecologies of Vietnam was characterized and evaluated based on 48 different agro-morphological characteristics at National Plant Genebank The high level of ranges on geographic distribution, morphologies, usage was found among accessions of the Dioscorea alata collection Five morphological traits such as leaf shape, wing colour, petiole colour, tuber shape and flesh colour were identified as key criteria for under species classification Based on characterized and evaluated results of Dioscorea alata collection in 2009, 08 cultivars were identified to be promising ones These cultivars will be introduced to farmers and breeding programs Keywords: Yam (Dioscorea alata), Results, diversity I Đặt vÊn ®Ị Khoai mỡ thuộc chi , họ củ nâu trồng truyền thống, Việt Nam có nhiều tên gọi khác như: Khoai vạc, củ mỡ, củ cái, củ đầu Nước ta có nguồn gen khoai mỡ đa dạng phong phú, nhiều loài người dân đưa vào khai thác sử dụng từ sớm Sản phẩm sử dụng vào nhiều mục đích khác nhau: Làm lương thực thực phẩm, làm thuốc, làm thức ăn chăn nuôi, sử dụng công nghiệp nhuộm vải Thực tế sản xuất cho thấy số vùng có điều kiện trồng khoai mỡ thâm canh trồng khoai mỡ cho hiệu kinh tế cao, chi phí lao động thấp Hiện việc mở rộng sản xuất trồng khoai mỡ gặp vấn đề giống Bà nông dân cần giống đáp ứng nhu cầu thị trường dễ dàng cho việc tiêu thụ sản phẩm Vì vậy, ngồi mục tiêu đánh giá đa dạng nguồn gen tập đoàn khoai mỡ lưu giữ Ngân hàng gen trồng Quốc gia, lưu ý đến việc tuyển chọn nguồn gen khoai mỡ triển vọng, có đặc tính tốt suất cao, chống chịu sâu bệnh, vỏ củ nhẵn, màu thịt củ hấp dẫn, kích thước hình dạng củ phù hợp với yêu cầu th trng II Vật liệu ph- ơng pháp nghiên cøu Vật liệu nghiên cứu Gồm 102 mẫu giống khoai mỡ bảo quản Trung tâm Tài nguyên thực vật, An Khánh, Hoài Đức, Hà Nội