Luận án Tiến sĩ Nghiên cứu biến dị di truyền của việc lai và ghép các giống ớt dựa vào đặc tính nông học và dấu phân tử DNA

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ TRẦN NGỌC CHI NGHIÊN CỨU BIẾN DỊ DI TRUYỀN CỦA VIỆC LAI VÀ GHÉP CÁC GIỐNG ỚT DỰA VÀO ĐẶC TÍNH NƠNG HỌC VÀ DẤU PHÂN TỬ DNA LUẬN ÁN TIẾN SĨ CHUYÊN NGÀNH CÔNG NGHỆ SINH HỌC Mã số: 62 42 02 01 NĂM 2022 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ TRẦN NGỌC CHI MÃ SỐ NCS: P0915001 NGHIÊN CỨU BIẾN DỊ DI TRUYỀN CỦA VIỆC LAI VÀ GHÉP CÁC GIỐNG ỚT DỰA VÀO ĐẶC TÍNH NƠNG HỌC VÀ DẤU PHÂN TỬ DNA LUẬN ÁN TIẾN SĨ CHUYÊN NGÀNH CÔNG NGHỆ SINH HỌC Mã số: 62 42 02 01 NGƯỜI HƯỚNG DẪN PGS.TS TRƯƠNG TRỌNG NGÔN NĂM 2022 LỜI CẢM ƠN Để luận án hoàn thành bên cạnh cố gắng nổ lực thân cịn có đóng góp, giúp đỡ động viên nhiệt tình nhiều cá nhân tập thể Tôi xin trân trọng gởi lời cảm ơn chân thành đến: - Ban Giám Hiệu trường Đại học Cần Thơ, Viện Nghiên cứu Phát triển Công nghệ sinh học, Khoa Sau Đại học phòng ban chức khác Trường Đại học Cần Thơ tạo điều kiện cho học tập nghiên cứu trường - Ban Giám hiệu Trường Đại học Tiền Giang, Phịng Tổ chức hành chính, Phịng Quản lý Khoa học & hợp tác quốc tế quý Thầy Cô Khoa Nông nghiệp Công nghệ Thực phẩm tạo điều kiện, động viên giúp đỡ nhiều mặt để tơi có điều kiện thực luận án Đồng thời cảm ơn bạn sinh viên khóa Ngành Cơng nghệ sinh học trường hỗ trợ giúp đỡ động viên nhiều - Xin bày tỏ lòng biết ơn sâu đến PGS.TS Trương Trọng Ngôn bao dung động viên tinh thần, hướng dẫn tận tâm để giúp tơi vượt qua khó khăn để hồn thành luận án hồn thành khóa học - Q Thầy Cơ Trường Đại học Cần Thơ, đặc biệt quý Thầy Cô Viện Nghiên cứu & Phát triển Công nghệ sinh học, anh chị Nghiên cứu sinh, ln động viên khích lệ tinh thần giúp đỡ tơi vượt qua khó khăn trở ngại nhiều mặt, đồng thời cảm ơn bạn học viên cao học bạn sinh viên hỗ trợ thời gian tơi làm thí nghiệm Viện - Đặc biệt gởi lời cảm ơn đến gia đình, cha mẹ, anh chị chồng với chỗ dựa giúp đỡ động viên tơi có đủ nghị lực để vượt qua chặng đường khó khăn để hồn thành luận án Thơng qua thời gian học tập Trường thực luận án học tập nhiều kiến thức rút nhiều kinh nghiệm chuyên môn cho thân Tuy nhiên với khả thời gian có hạn tơi thấy khó tránh khỏi thiếu sót Kính mong góp ý Quý Thầy Cô nhà khoa học để có điều kiện học hỏi sửa chữa, bổ sung để luận án tốt Trân trọng cảm ơn! Nghiên cứu sinh Trần Ngọc Chi i TÓM TẮT Ớt loại gia vị quan trọng bữa ăn người nguồn xuất lớn nước ta Nguồn giống ớt chủ yếu giống F1 nhập nội phụ thuộc vào thị trường giống nước ngồi giá thành cao Vì việc nghiên cứu sản xuất giống nội địa việc làm cần thiết Trong phương pháp chọn tạo giống ớt phương pháp lai ghép phương pháp phổ biến sử dụng lâu đời Vì đề tài sử dụng phương pháp nhằm nghiên cứu xác định thay đổi di truyền lai ghép giống ớt có kiểu hình khác biệt cụ thể sau: ghép Sừng với Hiểm Hiểm với Cà độ tuổi độ dài gốc ghép khác (50 ngày: 15 20 cm, 60 ngày: 20 25 cm, 70 ngày: 25 30 cm); lai cặp giống ớt Sừng với Hiểm Sừng với Cà khảo sát thể hệ lai F1 Kết ghép nhận thấy ảnh hưởng gốc ghép lên cành ghép cặp ghép Sừng-Hiểm có thay đổi màu bao phấn, dạng thay đổi làm tăng kích thước khối lượng trái ghép cao cành ghép độ tuổi 60 ngày 20 cm, 25cm 70 ngày 25 cm, nhiên hình dạng trái khơng có thay đổi; cặp Hiểm-Sừng có thay đổi màu bao phấn, dạng dạng trái thiên giống Sừng Tương tự cặp ghép Cà Hiểm nhận thấy có thay đổi màu bao phấn, dạng dạng trái phần lớn thiên giống với cành ghép, nhiên tính trạng số lượng trái có vượt trội cành ghép số nghiệm thức Kết khảo sát dựa cặp mồi SSR liên kết tính trạng trái khơng nhận thấy thay đổi nghiệm thức ghép với gốc cành ghép; vùng gen CaOvate nhận thấy ghép thiên giống với cành ghép Kết lai thuận nghịch thu hệ lai F1 sau: lai Sừng Hiểm có hoa có màu bao phấn trung gian giưa cha mẹ, thiên giống với Sừng trái có dạng trái hướng trái địa thiên giống với Sưng phép lai; lai Sừng Cà có dạng hoa giống với Sừng màu bao phấn vàng giống Cà phép lai, cặp Sừng-Cà giống Sừng cặp Cà-Sừng lại giống Cà, dạng trái phép lai giống lai Sừng thon dài Cà tròn thu trái F1 có dạng trung gian có hướng địa giống ớt Sừng Từ khóa: CaOvate, dấu phân tử, ghép, lai, SSR, Ớt ii ABSTRACT Chilli is an important spice in everyone’s meal as well as a major export product of Vietnam Most current chilli species are domestically imported F1s that are dependent on high-priced overseas markets Therefore, it is vital to research and produce domestic chilli species Among different chilli cultivation techniques, crossbreed and grafting are the two most popular and longstanding techniques This research has used these two techniques to determine the genetic changes after cross-breeding and grafting between three chilli species with different shapes; specifically: grafting Sung with Hiem and Hiem with Ca with different growth rate and rootstocks’ length (50 days: 15 and 20cm, 60 days: 20 and 25cm, 70 days: 25 and 30cm); cross-breeding two pairs of Sung with Hiem and Sung with Ca to study F1 hybrids The result has shown the impact of rootstocks on grafted boughs of Sung – Hiem grafted pair having differences in their tether color, leaf shape, and an increase in size as well as weight of the grafted plants’ fruits, which are more than the grafted boughs of 60 days at 20 cm, 25cm and of 70 days at 25cm, yet there are no differences in fruit shape; the Hiem – Sung pair has a difference in its tether color, while its leaf and fruit shape are the same with the Sung species Similarly, there are also some differences in Ca – Hiem grafted pair in terms of its tether color, leaf shape, and fruit shape that are inclined to be the same as the grafted boughs; however, there is a surpass in the fruits’ quantity traits compared with grafted boughs in some experiments The research results based on linked SSR pairs not point out any differences between experimented grafts with rootstocks and grafted boughs; with regards to the CaOvate gene order, we notice that the grafted plants are similar to grafted boughs The reversible hybrid process has produced the following F1: hybrids of Sung and Hiem to produce a tether with an osculant color of the father and mother plants, its leaf is similar to Sung plants while its fruits are similar in shape and in its downward pointing direction to Sung plants in both hybrids; hybrids Sung and Ca to produce flowers that are similar to Sung but the tether’s yellow color is similar to Ca in both hybrids, the leaf shape of the Sung– Ca pair is similar to Sung while the Ca – Sung is similar to Ca the fruit shape of both hybrids is the same after hybrids slim, long Sung with round-shaped Ca to produce an F1 that is osculant-shaped and similar at its downward pointing direction to Sung chillies Keywords: CaOvate, Capsicum, graft, hybrid, molecular marker, SSR iii LỜI CAM ĐOAN Tôi tên Trần Ngọc Chi, NCS ngành Cơng nghệ sinh học, khóa 2015 (đợt 1) Tôi xin cam đoan luận án “Nghiên cứu biến dị di truyền việc lai ghép giống ớt dựa vào đặc tính nơng học dấu phân tử DNA” cơng trình nghiên cứu khoa học thực thân hướng dẫn PGS.TS Trương Trọng Ngôn Các thông tin sử dụng tham khảo đề tài luận án thu thập từ nguồn đáng tin cậy, kiểm chứng, cơng bố rộng rãi tơi trích dẫn nguồn gốc rõ ràng phần Danh mục Tài liệu tham khảo Các kết nghiên cứu trình bày luận án tơi thực cách nghiêm túc, trung thực không trùng lắp với đề tài khác công bố trước Tơi xin lấy danh dự uy tín thân để đảm bảo cho lời cam đoan Cần Thơ, ngày tháng năm 2022 Người hướng dẫn Tác giả thực PGS.TS Trương Trọng Ngôn Trần Ngọc Chi iv MỤC LỤC Trang Lời cảm ơn i Tóm tắt ii ABSTRACT iii Lời cam đoan iv Mục lục v Danh sách hình .ix Danh sách bảng xii Danh sách từ viết tắt xiv Chương I: GIỚI THIỆU 1.1 Đặt vấn đề 1.2 Mục tiêu nghiên cứu 1.3 Nội dung nghiên cứu 1.4 Đối tượng phạm vi nghiên cứu 1.4.1 Đối tượng nghiên cứu 1.4.2 Phạm vi nghiên cứu 1.5 Ý nghĩa khoa học thực tiễn luận án 1.5.1 Ý nghĩa khoa học 1.5.2 Ý nghĩa thực tiễn 1.6 Điểm luận án Chương II: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 2.1 Tổng quan ớt 2.1.1 Giới thiệu ớt 2.1.2 Nguồn gốc ớt 2.1.3 Đặc điểm gen ớt 2.1.4 Đặc điểm thực vật 2.1.4.1 Đặc điểm hình thái ớt 2.1.4.2 Các thời kỳ sinh trưởng ớt 2.1.5 Các loài ớt 2.2 Sơ lược giống chọn giống trồng 10 2.2.1 Khái niệm giống trồng 10 2.2.2 Các tính trạng đặc tính giống 11 2.2.3 Mục tiêu chọn tạo giống ớt 12 2.2.3.1 Giá trị ớt 12 2.2.3.2 Mục tiêu tạo giống ớt 12 2.3 Biến dị di truyền 14 2.3.1 Biến dị 14 v 2.3.2 Biến dị di truyền 15 2.3.3 Sự biến dị di truyền ớt 15 2.3.3.1 Sự biến dị dạng 15 2.3.3.2 Sự biến dị hình dạng thân cành 16 2.3.3.3 Sự biến dị dạng 16 2.3.3.4 Sự biến dị dạng hoa cuống 17 2.3.3.5 Sự biến dị dạng trái số lượng trái 18 2.3.3.6 Sự biến dị dạng hạt 19 2.4 Phương pháp ghép 19 2.4.1 Định nghĩa 19 2.4.2 Lịch sử ghép 20 2.4.3 Cơ sở khoa học ghép 21 2.4.4 Mối quan hệ cành ghép gốc ghép 21 2.4.5 Cơ chế ghép 23 2.4.6 Các nghiên cứu ghép ớt 25 2.4.6.1 Nghiên cứu nước 25 2.4.6.2 Nghiên cứu nước 26 2.5 Lai giống 30 2.5.1 Khái niệm lai giống 30 2.5.2 Các kiểu lai giống 30 2.5.3 Vai trò việc chọn giống bố mẹ lai giống 32 2.5.4 Cơ sở di truyền lai giống 32 2.5.5 Ý nghĩa lai giống 32 2.5.6 Những tác động di truyền lai 33 2.6 Tình hình nghiên cứu lai tạo ớt nước 34 2.7 Phương pháp đánh giá biến dị di truyền 34 2.7.1 Ứng dụng tính trạng nông học đánh giá biến dị di truyền 36 2.7.2 Ứng dụng thị phân tử đánh giá biến dị di truyền 37 2.8 Sơ lược gen CaOvate ớt 39 Chương III: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 41 3.1 Phương tiện nghiên cứu 41 3.1.1 Địa điểm, thời gian 41 3.1.2 Vật liệu nghiên cứu 41 3.1.3 Thiết bị dụng cụ 43 3.1.4 Hóa chất 44 3.2 Phương pháp nghiên cứu 44 3.2.1 Khảo sát biến đổi di truyền phương pháp ghép 44 3.2.1.1 Các bước hực ghép 44 3.2.1.2 Bố trí thí nghiệm khảo sát thay đổi ghép hệ T1 với vi gốc ghép cành ghép 47 3.2.2 Khảo sát biến đổi di truyền phương pháp lai 50 3.2.2.1 Các bước thực lai 50 3.2.2.2 Khảo sát thay đổi số tính trạng nơng học lai F1 so với cha mẹ ban đầu 51 3.2.3 Khảo sát thay đổi mặt di truyền ghép lai 52 3.2.3.1 Ly trích DNA 52 3.2.3.2 Thực phản ứng PCR 52 3.2.3.3 Giải trình tự đoạn gen quy định hình dạng trái CaOvate 54 3.3 Phân tích số liệu 55 Chương IV: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 56 4.1 Kết thí nghiệm ghép 56 4.1.1 Tỉ lệ sống sau ghép 56 4.1.2 Khảo sát thay đổi di truyền tổ hợp ghép so với đối chứng dựa đặc tính nơng học 59 4.1.2.1 Các đặc tính sinh trưởng 59 4.1.2.2 Khảo sát thay đổi di truyền dựa tính trạng chất lượng số lượng 64 4.1.3 Khảo sát di truyền tổ hợp ghép so với đối chứng mức độ phân tử 95 4.1.4 Kết giải trình tự đoạn gen CaOvate tổ hợp ghép đối chứng 98 4.1.4.1 Kết so sánh trình tự vùng gen CaOvate dựa vào dấu phân tử SNP ghép cành ghép 99 4.1.4.2 Kết khảo sát khác ghép với gốc ghép cành ghép dựa vùng gen CaOvate .105 4.2 Kết thí nghiệm lai 107 4.2.1 Tỉ lệ lai thành công 107 4.2.2 Khảo sát thay đổi lai hệ F1 dựa vào đặc tính nơng học 108 4.2.2.1 Tính trạng 108 4.2.2.2 Tính trạng trái hoa 110 4.2.3 Khảo sát thay đổi di truyền tổ hợp lai hệ F1 thị phân tử .116 4.2.4 Khảo sát thay đổi di truyền tổ hợp lai hệ F1 dựa trình tự gen CaOvate 118 4.2.5 Khảo sát phân bố tính trạng tổ hợp lai F2 119 4.2.5.1 Tổ hợp Hiểm – Sừng F2 119 4.2.5.2 Tổ hợp Sừng – Hiểm F2 124 4.2.5.3 Tổ hợp Sừng – Cà F2 .129 4.2.5.4 Tổ hợp Cà – Sừng F2 .134 vii Chương V: KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ 139 5.1 Kết luận 139 5.2 Khuyến nghị 140 TÀI LIỆU THAM KHẢO 141 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ 150 PHỤ LỤC .151 viii Hình C.1 Kết giải trình tự gen CaOvate giống ớt Hiểm 172 Hình C.2 Kết giải trình tự gen CaOvate giống ớt Sừng 173 174 Hình C.3 Kết giải trình tự gen CaOvate giống ớt Cà 175 Hình C.4 Kết giải trình tự gen CaOvate ghép Sừng-Hiểm 176 Hình C.5 Kết giải trình tự gen CaOvate ghép Hiểm-Sừng 177 Hình C.6 Kết giải trình tự gen CaOvate ghép Hiểm-Cà 178 179 Hình C.7 Kết giải trình tự gen CaOvate ghép Cà-Hiểm 180 Hình C.8 Kết giải trình tự gen CaOvate ghép Cà-Hiểm 181 182 Hình C.9 Kết giải trình tự gen CaOvate lai Sừng-Hiểm F1 183 Hình C.10 Kết giải trình tự gen CaOvate lai Hiểm-Sừng F1 184 Hình C.11 Kết giải trình tự gen CaOvate lai Sừng-Cà F1 185 Hình C.12 Kết giải trình tự gen CaOvate lai Cà-Sừng F1 186