Ứng dụng chỉ thị phân tử để nghiên cứu chọn giống chịu mặn trên quần thể lúa tại đồng bằng sông cửu long

BỘGIÁODỤCVÀĐÀOTẠO BỘNÔNG NGHIỆPVÀPTNT VIỆNKHOAHỌCNÔNG NGHIỆPVIỆT NAM NGUYỄNTR ỌN G P H Ƣ Ớ C ỨNGDỤNGCHỈTHỊPHÂNTỬĐỂNGHIÊNCỨUCHỌNGIỐN GCHỐNGCHỊUMẶNTRÊNQUẦNTHỂLÚA TẠIĐỒNGBẰNGSÔNGCỬULONG LUẬNÁNTIẾNSĨNÔNGNGHIỆP CẦNTHƠ-2022 NGUYỄNTR ỌN G P H Ƣ Ớ C ỨNGDỤNGCHỈTHỊPHÂNTỬĐỂNGHIÊNCỨUCHỌNGIỐN GCHỐNGCHỊUMẶNTRÊNQUẦNTHỂLÚA TẠIĐỒNGBẰNGSÔNGCỬULONG Chuyên ngành: Công nghệ sinh họcMãsố:9 2 LUẬNÁNTIẾNSĨNƠNGNGHIỆP Ngƣờihƣớngdẫnkhoahọc: Gs.Ts.Nguyễn Thị Lang Gs.Ts.BùiChí Bửu CẦNTHƠ-2022 Cộng Hòa Xã Hội Chủ Nghĩa Việt NamĐộcLập-TựDo-HạnhPhúc - LỜICAMĐOAN Tôix i n c a m đ o a n đ â y l c n g t r ì n h n g h i ê n c ứ u c ủ a t ô i , c c s ố l i ệ u , k ế t q u ả n ê u trongluậnánlàtrungthựcvàchưađượcsửdụngđểbảovệbấtkỳmộtluậnánhaycơng trình khoa học Tơi xin cam đoan thơng tin trích dẫn dụngtrongluậnánđềuđượcghirõnguồngốc,mọisựgiúpđỡđãđượccảmơn Tác giả luận án Nguyễn Trọng Phƣớc sử LỜI CẢMƠN Xintỏlịngbiếtơnchânthành Gs.Ts Nguyễn Thị LangvàGs.Ts Bùi Chí Bửuđã tận tình hướng dẫn, giúpđỡtơitrongsuốtqtrìnhthựchiệnđềtàicũngnhưhồnchỉnhluậnán! Xinchânthànhbiếtơn Q thầy tham gia giảng dạy lớp nghiên cứu sinh ngành công nghệ sinh họckhóa2015-2021củacơ sởđàotạoViệnlúa ĐồngbằngsơngCửuLong Anh chị em Viện nghiên cứu Nông nghiệp công nghệ cao Đồngbằng sông Cửu Long, Công ty Công Nghệ Sinh học PCR nhiệt tình giúp đỡ,hỗ trợ phương tiện, trang thiết bị vật liệu nghiên cứu để thực đề tàinghiêncứunày Ban lãnh đạo Viện lúa Đồng sông Cửu Long, Ban Đào tạo Sau đại học Viện Khoa học Nơng nghiệp Việt Nam, Phịng Khoa học Hợp tác quốc tế Viện lúa Đồng sông Cửu Long giúp đỡ tạo điều kiện thuận lợichotôitrongsuốtthời gianhọctập,thựchiệnđềtàivà hồnthiện luận án Sau gia đìnhđã ln động viên khích lệ, tạo điều kiện vềt h i g i a n , cơngsứcvàkinhtếđểtơihồnthànhcơngtrìnhnghiêncứunày Tơixinchânthànhcảmơn./ CầnThơ,ngày tháng năm2022 Tác giả luận án Nguyễn Trọng Phƣớc MỤCLỤC Mụclục i Danhmụctừ viếttắt v Nộidungbảng vi Nộidunghình viii MỞĐẦU 1 Tínhcấpthiếtđềtài Mụctiêuđềtài Ýnghĩakhoahọcvà thực tiễn đềtài 3.1 Ýngĩakhoa học 3.2 Ýnghĩathực tiễn Đốitượngvàphạmvinghiêncứu củađềtài .3 4.1 Đốitượngnghiêncứu 4.2 Phạmvinghiêncứu .3 Tính mớicủađềtài CHƢƠNG1.TỔNGQUANTÀILIỆUVÀCƠSỞKHOAHỌCCỦAĐỀTÀI .5 1.1 Tìnhhìnhxâmnhậpmặn 1.1.1 Trênthếgiới 1.1.2 Tìnhhìnhmặnở Đồngbằngsơng CửuLong .6 1.2 Táchạicủađấtmặnđếncâylúa 12 1.2.1 Táchạicủađấtmặn 12 1.2.2 Phânloạithựcvậttheođặctrưngchịumặn 13 1.2.3 Ảnhhưởngcủamặnđếnsinhtrưởngcủacâytrồng 14 1.2.4 Ảnhhưởngcủamặnđếnnăngsuấtcâytrồng .15 1.2.5 Ảnhhưởngtronggiaiđoạnnảymầmvàđầugiaiđoạnmạtrêncâylúa .16 1.3 Đặctínhchống chịumặn câylúa 17 1.4 Cácnghiêncứuliênquantínhchốngchịumặntrêncâylúa 19 1.4.1 Nghiêncứungồinước 19 1.4.2 Nghiêncứutrongnước 23 1.5 Cácphươngphápchọn tạogiống 30 1.6 Phươngpháp laihồigiaotrongchọntạogiốnglúa 34 1.6.1 Mộtsốkháiniệm trongphươngpháp laihồigiao .34 1.6.2 Ưuđiểmcủaphươngpháplaihồigiao .35 1.6.3 Nhượcđiểmcủaphươngpháplaihồigiao 36 1.7 Ứngdụngchỉthịphântử trongchọntạogiốnglúa 36 1.7.1 Sơlượcvềphươngphápchọnlọcbằngchỉthị phântử 37 1.7.2 MộtsốthànhtựucủachỉthịSSRtrongchọngiốnglúa 38 1.8 Chọntạogiốngbằngphươngpháplaihồigiaokếthợp vớichỉthịphântử 40 1.8.1 CácgiảthuyếtmơhìnhMAS 41 1.8.2 ĐiềukiệnđểứngdụngMAS 42 CHƢƠNG2 V Ậ T L IỆ U , N Ộ I D U N G V À P H Ƣ Ơ N G P H Á P N G H I Ê N C Ứ U.45 Địađiểmvàthờigiannghiêncứu 45 2.1 Vậtliệunghiêncứu 45 2.2 Nộidungnghiêncứu 45 2.3 Phương phápnghiêncứu 46 2.3.1 Đánhgiávậtliệu bố mẹsửdụngtrongnghiêncứuchọntạochịu mặn 46 2.3.2.Đánhgiá hiệu chọn lọc tínhtrạngmục tiêu dựa trêncác quần thểlai F1.50 2.3.3 Chọn tạo quần thể lai hồi giao phục vụ cho gen chống chịu mặn thấp thôngquaMAS 52 2.3.4 ChọnlọccácquầnthểhồigiaoBCnF2thôngqualậpbảnđồGGT 53 2.3.5 Đánhgiákiểuhìnhvàkiểugenliênquangensaltol trênquầnthểconlai 55 2.3.6 Phươngphápxửlýsốliệu 56 2.3.7 Khảonghiệm .56 2.3.8 Khảonghiệmvà đánhgiátươngtáckiểu genvàmôi trường .57 CHƢƠNG3.KẾTQUẢNGHIÊNCỨUVÀTHẢOLUẬN 61 3.1 Đadạngnguồngencâylúa 61 3.1.1 Thanhlọc mặn(đolườngkiểuhình)giaiđoạn mạtrên lúamùa 61 3.1.2 Thanhlọcbộgiốnglúacaosản 70 3.1.3 Phân tích kiểu hình đánh giá tương quan gen theo công thức vàphầnmềmIRRIStart 81 3.2 Tạocácquẩnthểhồigiaochuyểngen chốngchịumặntrêncâylúa 87 3.2.1 Tạo quẩnthểhồi giao 87 3.2.2 Tìmtínhđahình trêncácgiốnglúabố mẹbằngchỉthịphântử .89 3.2.3 Chọntạoquầnthểlaihồigiao mang genchịu mặnthôngquaMAS 96 3.2.3.1 Kếtquảlai tạo quầnthểhồigiao tổhợplaiOM1490vàPokkali 96 3.2.3.2 KếtquảđánhgiácácquầnthểBC1 trênOM1490/Pokkali//OM1490 .97 3.2.3.3 Kếtquảlai tạo quầnthểhồigiaotổhợplaiOMCS2000 vàPokkali 102 3.2.3.4 Kếtquảlai tạo quầnthểhồigiao tổhợplaiOM6162vàPokkali .108 3.2.3.5 Kết tạo cá thể hồi giao BC2từ tổ hợp hồi giao OM 6162/ Pokkali//OM6162 110 3.3 Thanhlọccác dịngtriển vọngở haimứcđộmặnkhác nhauở giaiđoạnmạ.115 3.3.1 ThanhlọcmặntrênquầnthểlaihồigiaoOM6162/Pokkali// OM6162QuầnthểBC3F1đượcchọnvàgieochotựthụđểcóquầnthểBC3F2 115 3.3.2.Thanhlọc mặntrênquẩnthể laihồi giao OMCS2000/Pokkali//OMCS2000 116 3.3.3 Thanhlọc mặntrênquầnthểlaihồigiao OM1490/Pokkali//OM1490 .117 3.4 Đánh giá tính chống chịu mặn dịng thơng qua đánh giá kết hợp kiểugenvàkiểuhình .118 3.5 Chọn lọccácquầnthểhồigiaoBC3F3thôngqualậpbảnđồ GGT 125 3.5.1 Chọn lọc cá thể BC3F3 quần thể lai hồi giaoOM6162/Pokkali//OM6162 125 3.5.2 Chọn lọc cá thể BC3F3của quần thể lai hồi giaoOM6162/Pokkali//OM6162trênnhiễmsắcthếsố8 126 3.5.3 Chọn lọc cá thể BC3F3của quần thể lai hồi giaoOM1490/Pokkali//OM1490trênquầnthểsố1 128 3.5.4 ChọnlọccáccáthểBC 3F3củaquầnthểlaihồigiaoOM1490/Pokkali// OM1490trênnhiễmsắcthểsố8 130 3.5.5 Chọn lọc cá thể BC3F3của quần thể lai hồi giaoOMCS2000/Pokkali//OMCS2000trên nhiễmsắcthểsố1 132 3.5.6 Chọn lọc cá thể BC3F3của quần thể lai hồi giaoOMCS2000/Pokkali//OMCS2000trênnhiễmsắcthểsố8 135 3.6 Khảonghiệmcơbản 137 3.7.Khảo nghiệmvùng sinhtháicácdịnglúachọnlọctrongvụĐơngXn20192020 .138 3.8 Đánhgiátươngtáckiểugenvàmơitrườngcủacácdịnglúatriểnvọngdựatrênnăngsu ấttrongvụ HèThu2019 143 KẾTLUẬNVÀ ĐỀNGHỊ 148 KẾTLUẬN 148 ĐỀNGHỊ 149 CÁCCƠNGTRÌNHĐÃCƠNG BỐCĨLIÊNQUAN ĐẾNLUẬN ÁN… .150 TÀILIỆU THAM KHẢO .151 DANHMỤCTỪVIẾTTẮT GĐM: Giaiđoạnmạ ĐBSCL: ĐồngbằngsôngCửuLong VKHTLMN: ViệnKhoaHọcThủyLợiMiềnNam KHKTNN: KhoaHọcKĩThuậtNôngNghiệp NN&SHUD: NôngNghiệpVà SinhHọcỨngDụng STL: Sauthanhlọc Etal.: Cộngtácviên ABA: Abscisicacid DNA: Deoxyribonucleicacid SSR: Simplesequencerepeat (microsatellite) MAS: Markerassistedselection CTAB: CetyltrimethylAmmoniumBromide EDTA: Ethylenediaminetetraaceticacid SDS: Sodiumdedoxylsulfat RFLP: Restrictionfragmentlengthpolymorphism ALP: Ampliconlengthpolymorphism AFLP: Amplifiedfragmentlengthpolymorphism SNP: Singlenucleotidepolymorphism SES: StandardEvaluationSystemforRice EC: ElectricalConductivity IRRI: InternationalRiceResearchInstitute PCR: PolymeraseChainReaction QTL: QuantitativeTraitLocus RM: RiceMicrosatellite HATRI: HighAgricultural TechnologyResearchInstituteFor MekongDelta NỘIDUNGBẢNG TT 1.1 Trang Độ mặnlớnnhất(g/l)nhấtđếnngày14/3/2017 mộtsốtrạmở vùngĐồngbằngsôngCửuLong………………………………… 1.2 Độ mặnlớnnhất(g/l)đếnngày14/3/2017 tạivùngHaisôngVàm Cỏ 11 1.3 Khảnăngchịumặncủacâytrồng ởgiaiđoạnsinhtrưởng………… 15 1.4 Ảnhhưởngcủacáccấpđộmặnkhácnhaulên năngsuấtcâytrồng 16 1.5 Sựtươngquangiữasố thếhệBCnF1vớitỷlệkiểugencủadòng triểnvọng(nhậngenmongmuốn)đượcđưav o conlaiBCnF1…… 43 2.1 ThànhphầndungdịchđệmlytríchDNAvàTEbuffer(pH=8) 47 2.2 Cácthànhphầncủagel polyacrylamidevàagaroseđượcsửdụng 48 2.3 Tiêuchuẩnđánhgiámứcđộchịumặn củacâylúa 55 2.4 Cácdịnglúachịumặn thamgiathínghiệm 58 3.1 Sốngàysốngsótở3nồngđộmặnEC=0dS/m, nồngđộmặn EC=8dS/mvànồngđộmặnEC=15dS/mtrên100giốnglúa 71 3.2 Môitrường mặnvới EC=0,8,15dS/m 82 3.3 Đánhgiákiểuhình genchốngchịumặncủa100giốnglúagiai đoạntrỗhoa 3.4 Tómtắtqtrìnhtạocácquầnthểhồigiao đếnthếhệBC3cho giốnglúanghiêncứu 3.5 83 87 Cácprimersđượcđánh giátrên05giốnglúadùngchovật liệu lai 89 3.6 SốlượngcáthểchọnlọcquacácthếhệF1đếnBC3F3 96 3.7 SốlượngcáthểchọnlọcquacácthếhệF1đếnBC3F2 102 3.8 SốlượngcáthểchọnlọcquacácthếhệF1đếnBC3F3 107 3.9 Đánhgiátínhchốngchịumặndựatrênphântíchkếthợpkiểuhình vàkiểugent r ê n quầnthểBC 3F2củat ổhợpOM6 162 / Pokkali//OM6162 119