nghiên cứu ứng dụng công nghệ sinh học trogn việc tạo dòng bố, mẹ phục vụ cho chọn giống lúa lai siêu cao sản ở việt nam

1 BỘ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PHÁT TRIỂN NÔNG THÔN CHƯƠNG TRÌNH KHOA HỌC CÔNG NGHỆ CẤP NHÀ NƯỚC NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG VÀ PHÁT TRIỂN CÔNG NGHỆ SINH HỌC KC.04 /06-10 BÁO CÁO TỔNG HỢP KẾT QUẢ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ ĐỀ TÀI NĂM 2009-2010 Tên đề tài : Nghiên cứu ứng dụng công nghệ sinh học trong việc tạo dòng bố, mẹ phục vụ cho chọn giống lúa lai siêu cao sản ở Việt nam. Mã số đề tài : KC – 04.19/06-10 Cơ quan chủ trì đề tài: VIỆN CÂY LƯƠNG THỰC VÀ CÂY THỰC PHẨM VIỆN KHOA HỌC NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM Chủ nghiệm đề tài: PGS. TS. Nguyễn Trí Hoàn 8469 Hà Nội - 2010 2 BỘ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PHÁT TRIỂN NÔNG THÔN CHƯƠNG TRÌNH KHOA HỌC CÔNG NGHỆ CẤP NHÀ NƯỚC NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG VÀ PHÁT TRIỂN CÔNG NGHỆ SINH HỌC KC.04/ 06-10 BÁO CÁO TỔNG HỢP KẾT QUẢ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ ĐỀ TÀI NĂM 2009-2010 Tên đề tài : Nghiên cứu ứng dụng công nghệ sinh học trong việc tạo dòng bố, mẹ phục vụ cho chọn giống lúa lai siêu cao sản ở Việt Nam. Mã số đề tài : KC -04.19/06-10 Chủ nghiệm đề tài: Cơ quan chủ trì đề tài: PGS. TS Nguyễn Trí Hoàn Ban chủ nhiệm chương trình Bộ khoa học và công nghệ Hà Nội – 2010 MỤC LỤC Trang MỞ ĐẦU………………………………………………………….… 3 1. Mục tiêu của đề tài……………………………………………… … 5 2. Đối tượng nghiên cứu………………….…………………… … ……6 3. Tính cấp thiết ………………………………………………… ……6 4. Phạm vi nghiên cứu………… ……………………….………… … 6 5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn……………………… ……… ………6 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU……………………….…… ……7 1.1. Tổng quan tình hình nghiên cứu và phát triển lúa lai các nước trên thế giới………… …………………………………………………… ….7 1.1.1. Tình hình nghiên cứu và phát triển lúa lai ở ở các nước trên thế giới…………….……………………………………………….…… … 7 1.1.2. Chỉ thị phân tử và ứ ng dụng trong chọn giống cây trồng 8 1.1.3. Nghiên cứu sử dụng chỉ thị phân tử liên kết với gen kháng bệnh bạc lá trong chọn tạo giống lúa kháng bệnh ………… ………… … 11 1.1.4. Nghiên cứu sử dụng CTPT liên kết với gen kháng rầy nâu gen phụchồi 14 1.1.5. Nghiên cứu sử dụng CTPT liên kết với gen TGMS … 16 1.1.6. Nghiên cứu sử dụng CTPT liên kết với gen WC… …17 1.2. Tình hình nghiên cứu trong nước…………………………… ……… …17 1.2.1. Nghiên cứu phát triển lúa lai đại trà…… ……17 1.2.2. Nghiên cứ u ứng dụng công nghệ sinh học trong chọn giống lúa lai… …………………………… …………………… …… 20 CHƯƠNG 2: VÂT LIỆU NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU …………………………………………………………………………… … 25 2.1. Vật liệu nghiên cứu………………………………………… …………25 2.1.1. Các dòng giống lúa……………………………………… …… 25 2.1.2. Nguồn bệnh 25 2.1.3. Hoá chất và các cặp mồi 25 2.2. Nội dung nghiên cứu………… … 28 2.3. Phương pháp nghiên cứu…… ……… ……….29 2.3.1. Phương pháp chọn tạo giống truyền thống ……….29 2.3.2. Phương pháp phân tích phân tử… …31 2.3.3. Phương pháp lây nhiễm nhân tạo đánh giá … …… 35 2.3.4. Phương pháp phân loại các dòng, giống …… … 37 2.3.5. Phương pháp thí nghiệm đồng ruộng 38 CHƯƠNG 3: CÁC KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC 39 3.1. Kết quả đánh giá các dòng, giống lúa Indica và Japonica 39 3.2. Kết quả xác định sự có mặt của chỉ thị phân tử (CTPT) liên kết với các gen quan trọng trong lúa lai 51 3.2.1 Kết quả xác định các CTPT liên kết với gen kháng bệnh bạc lá 51 3.2.2. Kết quả xác định sự có mặt của CTPT liên kết với gen kháng rầy nâu 60 3.2.3 Kết quả xác định sự có mặt của chỉ thị phân tử liên kết với gen tươ ng hợp rộng………… ………………… ……………… 62 3.2.4. Kết quả xác định sự có mặt của CTPT liên kết với gen phục hồi……………………………………………………………………… 63 3.2.5. Kết quả xác định sự có mặt của CTPT liên kết với gen TGMS……… … ……………………… 68 3.3. Sử dụng CTPT kết hợp với phương pháp lai truyền thống chọn các dòng bố, mẹ kháng bệnh………………… ……………………………… 69 3.3.1. Chọn dòng bố mang gen kháng bạc lá…………… …………….69 3.3.1.1. Chọn dòng bố có gen kháng bằng chỉ thị phân tử………………………………………………………………….71 3.3.1.2. Kết quả lây nhiễm nhân tạo các cá thể chứa gen kháng………………………………………………………… …75 3.3.1.3. Đánh giá đặc tính nông sinh học, năng suất của các dòng bố có gen kháng bạc lá được lựa chọn …………………… ……….75 3.3.2. Lai và chọn lọc các dòng TGMS mang gen kháng bệnh bạc lá ………… …………………………………………………………… 77 3.3.3. Kết quả chọn tạo dòng bố lúa lai ba dòng mang gen phục hồi (RF)……………………………………………… …………………….82 3.3.4. Kết quả ứng dụng phương pháp chọn giống nhờ chỉ thị phân tử chọn giống bất dục đực mẫn cảm nhiệt độ (TGMS) …………….………… 86 3.3.5. Kết quả chọn lọc các dòng bố, mẹ có gen WC 88 3.3.5.1. Kết quả chọn lọc các dòng mẹ có gen tương hợp rộng 88 3.3.5.2. Kết quả chọn các dòng bố có gen tương hợp rộng……………………………………………………….… … 93 3.3.6 Kết quả chọn tạo dòng bố mẹ mang gen kháng bệnh bạc lá và rầy nâu………………………………………………………………… 96 3.4. Lai, chọn các tổ hợp lai có tri ển vọng…………………………… … 100 3.5. Kết quả đánh giá năng suất của các tổ hợp lai triển vọng……………………………………………………………… … 110 3.5.1. Kết quả sản xuất hạt F1 của các tổ hợp lúa lai triển vọng … …………………………………………………… ………………110 3.5.2.Kết quả so sánh, đánh giá tiềm năng nằng suất các tổ hợp lúa lai triển vọng………………………………………………………………… ….114 3.6. Sản phẩm KH & CN của đề tài dự án……………………………………126 3.6.1. Sản phẩm KH&CN đã tạo ra…………………………… …… 126 3.6.2. Đánh giá về hiệu qu ả do đề tài, dự án mang lại 129 CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ………………………… … 130 4.1. Kết luận………………………… ……………………… … 130 4.2. Kiến nghị……………………………………… ……………………… 132 TÀI LIỆU THAM KHẢO……………………………….…… ……………133 Phụ lục 1a………………………………………………… …………………140 QUY TRÌNH CHỌN TẠO DÒNG MẸ TGMS KHÁNG BẠC LÁ, MẸ TGMS CÓ GEN TƯƠNG HỢP RỘNG…………………………… …….140 1. Sơ đồ lai tạo, chọn tạo dòng TGMS kháng bạc lá, dòng TGMS có gen tương hợp rộng ……………………………………… ……………………… 140 1.1. Sơ đồ lai tạo dòng TGMS có gen kháng bạc lá, dòng TGMS có gen tương hợp rộng…………………………………………………….……………140 1.2. Các chỉ thị đã xác định phục vụ cho ch ọn tạo các dòng TGMS có gen kháng bạc lá, TGMS có gen tương hợp rộng……………………….………… 141 2. Các bước tiến hành………………………………………… …………….141 Phụ lục 1b: Các chỉ thị phân tử và phương pháp phân tích trong phòng thí nghiệm ………………………… ……………… …………………………145 Phụ lục 2a…………………………… ………………… …………………148 QUY TRÌNH CHỌN TẠO DÒNG BỐ CÓ GEN KHÁNG BẠC LÁ, GEN TƯƠNG HỢP RỘNG ……………………………… ………….…………148 1. Sơ đồ lai tạo và các chỉ thị phân tử sẽ sử dụng…………… …….…… …148 2. Các bước tiến hành………………………………………… …………… 149 Phụ lục 2b: Các chỉ thị phân tử và phương pháp phân tich trong phòng thí nghiệm …………………………………… ………………… ……………152 1, Các chỉ thị liên k ết với gen Xa4, xa5, Xa7 ………………………… …….152 2, Phương pháp phân tích phân tử………………………………… ……… 152 3, Phương pháp lây nhiễm nhân tạo đánh giá khả năng kháng bệnh… 157 BẢNG CÁC CHỮ VIẾT TẮT AND Axit deoxyribonucleic - Deoxyrybonucleic acid AFLPs Đa hình chiều dài đoạn phân cắt được nhân bội - Amplified fragment length polymophisms. B Dòng duy trì bất dục đực cho dòng CMS - Maintainer. BAC Nhiễm sắc thể nhân tạo của vi khuẩn – Bacterial artificial chromosome. BC Lai trở lại – Backcross. BSA Phân tích thể phân ly theo nhóm – Bulked segregant analysis CAPs Trình tự đa hình được nhân bội và phân cắt – Cleaved amplyfied polymophic sequences. cM Centimorgan (đơn vị đo chiều dài bản đồ di truyền). CMS (ký hiệu là dòng A) – Bất dục đực tế bào ch ất – Cytoplasmic male sterility. IRRI Viện nghiên cứu lúa Quốc tế - International rice research institute. LOD Tỷ số chênh lệch có khả năng nhất – Logarithm of likelihood odd ratio. MAS Chọn lọc nhờ chỉ thị phân tử - Marker-assisted selection. NILs Những dòng tương đồng gen - Nearly isogenic lines NST Nhiễm sắc thể. PCR Phản ứng chuỗi trùng hợp- polimerase chain reaction. PGMS Bất dục đực nhân nhạy cảm với chu kỳ chiếu sáng – Photoperiod sesitive genic male sterility. pms Gen bất dục đực nhân nhạy cảm với chu kỳ chiếu sáng – Photoperiod sensitive genic male sterility gene. QTLs Những locut kiểm soát tính trạng số lượng- Quantitative trait loci. RAPD AND khác biệt được nhân bội ngẫu nhiên – Random amplified polymophic DNA. RFLPs Đa hình chiều dài đoạn phân cắt giới hạn- Restriction fragment length polymophisms. SSRs Những trình tự lặp lại đơn giản – Simple sequence repeats. TGMS Bất dục đực nhân nhạy cảm với nhiệt độ - Themosensitive genic male sterility. tms Gen bất dục đực nhân nhạy cảm với nhiệt độ - Themosensitive genic male sterility gene. WC Tương hợp rộng – Wide compatibility. DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1. Gene kháng rầy nâu đã được công bố…………………… ……… 15 Bảng 2.1. Thành phần dung dịch EB (extraction buffer)……… …………… 31 Bảng 2.2. Thành phần dung dịch CTAB Buffer và dung dịch TE 31 Bảng 2.3. Thành phần phản ứng PCR 33 Bảng 2.4. Chu trình nhiệt của phản ứng 34 Bảng 3.1. Đặc tính nông sinh học của một số dòng trong tập đoàn giống lúa Japonica, Xuân 2009 39 Bảng 3.2. Năng suất và các yếu tố cấu thành năng suất của tập đoàn giống lúa Japonica tại Viện CLT-CTP, Xuân 2009 41 Bảng 3.3. Một số đặc điểm chất lượng gạo của tập đoàn lúa Japonica 43 Bảng 3.4. Khả năng chống chịu bệnh bạc lá, đạo ôn và rầy nâu của một số dòng giống lúa Japonica 47 Bảng 3.5. Đặc điểm một số dòng Indica có trong tập đoàn 49 Bảng 3.6. Gen kháng bệnh bạc lá đã được xác định trước 6/2005 51 Bảng 3.7. Kiểm tra độ chính xác của chỉ thị MP1, MP2 thông qua lây nhiễm nhân tạo 54 Bảng 3.8. Kiểm tra độ chính xác của chỉ thị P3 thông qua lây nhiễm nhân tạo…………………………………………………………… 56 Bảng 3.9. Kiểm tra độ chính xác của chỉ thị phát hiện gen Xa21 và xa5 thông qua lây nhiễm nhân tạo chủng gây bệnh đặc trưng (Chủng 4)… 57 Bảng 3.10. Các chỉ thị liên kết với gen Xa4, xa5, Xa7 và Xa21 và trình tự mồi tương ứng……………………………………………… ….59 Bảng 3.11. Chỉ thị phân tử sử dụng trong nghiên cứ u di truyền tính phục hồi hữu thụ của dòng bố mẹ…………………………………… … 64 Bảng 3.12. Danh sách các dòng bố mang gen kháng bạc lá vụ mùa 2009 ………………………………………………………………… …69 Bảng 3.13. Tổng hợp kết quả PCR phát hiện gen Xa4, xa5, Xa7 và Xa21 ……………………………… ……… 71 Bảng 3.14. Phản ứng của các cá thể chọn đối với 3 chủng bệnh bạc lá… …75 Bảng 3.15. Một số đặc điểm nông học cơ bản của các dòng R mang gen kháng bạc lá - vụ Xuân 2010…………………………………………… 76 Bảng 3.16. Năng suất và các yếu tố cấu thành năng suất của một số dòng R mang gen kháng bạc lá vụ xuân - năm 2010………………….… 77 Bảng 3.17. Các dòng TGMS bất d ục thế hệ F5BC1 78 Bảng 3.18. Tổng hợp kết quả chọn lọc gen kháng bạc lá ở các quần thể dòng mẹ………………………………………………………………… 80 Bng 3.19. Năng suất và các yếu tố cấu thành thành năng suất của một số dòng R triển vọng vụ Xuân năm 2010……………………………………………….83 Bảng 3.20. Một số đặc điểm nông học cơ bản của các dòng R triển vọng mang gen phục hồi ……………………………………………………….85 Bảng 3.21. Năng suấ t và các yếu tố cấu thành năng suất của một số dòng R triển vọng mang gen phục hồi được xác định băng CTPT - vụ Xuân năm 2010 …………………………………………………… … 86 Bảng 3.22. Danh sách các dòng thu được trong quần thể F 12 BC2…… …… 87 Bảng 3.23. Một số đặc tính về dạng hình của các dòng TGMS 89 Bảng 3.24. Một số đặc tính nông sinh học của các dòng TGMS mới ở thời kì bất dục 90 Bảng 3.25. Một số đặc tính nông sinh học của các dòng TGMS mới thời kỳ bất dục…………………………………………… 90 Bảng 3.26. Kết quả kiểm tra gen tương hợp rộng của các của các dòng TGMS mới được chọn lọc……………………………… 91 Bảng 3.27. Kết qu ả đánh giá độ thuần .đồng ruộng của các dòng TGMS mới 92 [...]... diện tích trồng lúa do công nghiệp hóa ở Việt nam 4 Phạm vi nghiên cứu: Đề tài chỉ tập trung sử dụng những thành tựu của công nghê sinh học phục vụ cho công tác chọn tạo giống lúa lai nên mang ý nghĩa ứng dụng cao Đề tài cũng kế thừa một số các sản phẩm trung gian của đề tai khác phục vụ cho nghiên cứu về công nghệ sinh học 5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn Việc lai tạo ra các dòng bố mẹ có gen tương... triển lúa lai được chon tạo bằng các công nghệ truyền thống phục vụ là nguyên vật liệu cho nghiên cứu về công nghệ sinh học Đối tượng nghiên cứu chính là các dòng bố mẹ lúa lai với các gen tms, gen kháng bạc lá, 5 gen tương hợp rộng, gen phục hồi Lai thử để chọn tạo lúa lai siêu lúa ,lúa lai khang bạc lá, rầy nâu.Tuy nhiên trong 2 năm đầu chủ yêu tập trung vào tạo vật liệu bố mẹ giả quyết những nghiên cứu. .. những giống lúa lai Trung Quốc và lúa thuần Khang Dân.( Nguyễn Trí Hoàn 2005) 1.2.2 Nghiên cứu ứng dụng công nghệ sinh học trong chọn giống lúa lai: - Kháng bệnh bạc lá: Ở Việt nam việc chọn tạo giống kháng bạc lá cũng đã được triển khai, trong quá trình chọn tạo giống bằng phương pháp truyền thống đã có những dòng, giống tạo ra có tính kháng bạc lá Từ những năm của thập niên cuối thế kỷ trước các dòng. .. suất hạt lai trong sản xuất hạt lai F1còn thấp, việc sản xuất hạt giống gặp khó khăn nên diện tích tăng chậm không thật sự nổi trội so với lúa lai 3 dòng nhập nội Nhiều tổ hợp lúa lai 2 dòng cho năng suất hạt lai cao như VL 20, TH 3-3 nhưng năng suất hạt lai thương phẩm còn thấp… Giống lúa lai siêu cao sản của Trung Quốc trồng ở Việt Nam cho năng suất thực tế không cao trên diện đại trà do bố mẹ chưa... thành công trong việc chuyển gene này vào dòng bố mẹ trong lúa lai (Lin et al 2007) 1.2 Tình hình nghiên cứu trong nước 1.2.1 Nghiên cứu phát triển lúa lai đại trà + Thông qua dự án giống giai đoạn 2000-2006, mỗi năm các cơ sở nghiên cứu và sản suất giống trong nước đã nhân thuần và đưa vào sản suất 70-80 tấn giống bố mẹ lúa lai Đây là sự đóng góp quan trọng để Việt nam tự sản suất được 3.500-4000 tấn giống/ năm... tảng cho chọn giống lúa lai siêu năng suất, việc đưa các gen quan trọng vào các dòng bố mẹ lúa lai một cách chủ động và hiệu quả có ý nghĩa khoa học và thực tiễn cao 6 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 Tổng quan tình hình nghiên cứu và phát triển lúa lai ở các nước trên thế giới 1.1.1 Tình hình nghiên cứu và phát triển lúa lai ở các nước trên thế giới - Trung Quốc là nước đầu tiên trên thế giới sử dụng lúa. .. giả thuộc Viện Nghiên cứu Lúa Quốc tế IRRI đã thành công trong việc lập bản đồ gen kháng Bph10 – 1 gen kháng tốt đối với quần thể rầy nâu thuộc đồng bằng Sông Cửu Long Như vậy, việc sử dụng chỉ thị phân tử liên kết với các gen kháng rầy nâu phục vụ cho công tác chọn tạo giống lúa lai siêu cao sản kháng rầy nâu ở Việt Nam hiện nay được coi là rất mới mẻ,chưa có kết quả cụ thể phục vụ sản xuất - Những... vậy chọn giống nhờ chỉ thị phân tử, khi phối hợp với chọn giống truyền thống, tỏ ra rất hiệu quả, tiết kiệm công sức và rút ngắn đáng kể thời gian tạo giống Những nước có nền CNSH phát triển như Mỹ, Nhật, Úc và Viện Lúa Quốc tế đặc biệt quan tâm đến công nghệ MAS Công nghệ MAS đã được ứng dụng thành công trong việc chọn tạo cây cho gỗ chất lượng cao làm nguyên liệu giấy Ở lúa, MAS đã được ứng dụng. .. 2000-2003 17 + Kết quả lai tạo các dòng TGMS, PGMS mới cho phát triển lúa lai 2dòng ở Việt nam: Thông qua nhập nội, lai hữu tính, nuôi cấy hạt phấn, đột biến, kết hợp với lai tạo và chọn lọc truyên thống, các viện nghiên cứu đã tạo rra nhiều dòng TGMS mới đang được sử dụng ở nhiều mức độ khác nhau: 103S, TiS-96 đang được khai thác để sản suất hạt lai cho các tổ hợp VL20, TH3-3, TH3-4, các dòng AMS27A, AMS30S,... trình 3 Tính cấp thiết : Việc sử dụng chỉ thị phân tử để chọn tao bố mẹ lúa lai co gen tương hợp rộng, và các gen kháng sâu bệnh,và các gen quan trọng khác là công việc hết sức bức thiết Đây thực sự là yêu cầu sử dụng công nghệ cao để giải quyết những vấn đề cụ thể của sản xuất Như tạo giống lúa lai kháng sâu bệnh ,lúa lai siêu cao sản đảm bảo an ninh lương thực trong tiến trình ứng phó với biến đổi khí . KẾT QUẢ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ ĐỀ TÀI NĂM 2009-2010 Tên đề tài : Nghiên cứu ứng dụng công nghệ sinh học trong việc tạo dòng bố, mẹ phục vụ cho chọn giống lúa lai siêu cao sản ở Việt nam. Mã. NĂM 2009-2010 Tên đề tài : Nghiên cứu ứng dụng công nghệ sinh học trong việc tạo dòng bố, mẹ phục vụ cho chọn giống lúa lai siêu cao sản ở Việt Nam. Mã số đề tài : KC -04.19/06-10 . sinh học phục vụ cho công tác chọn tạo giống lúa lai nên mang ý nghĩa ứng dụng cao. Đề tài cũng kế thừa một số các sản phẩm trung gian của đề tai khác phục vụ cho nghiên cứu về công nghệ sinh