Nghiên cứu chức năng của qtl9 liên quan đến cấu trúc bông, phục vụ chọn tạo giống lúa năng suất cao ở việt nam

BỘGIÁODỤC VÀĐÀOTẠO BỘNÔNGNGHIỆPVÀPTNT / VIỆNKHOAHỌCNÔNG NGHIỆPVIỆTNAM PHẠMTHỊMAI NGHIÊNCỨUCHỨCNĂNGCỦAQTL9LIÊNQUANĐẾNCẤU TRÚCBÔNG,PHỤCVỤCHỌNTẠOGIỐNGLÚANĂNGSUẤTCAO ỞVIỆTNAM LUẬNÁNTIẾNSĨNÔNGNGHIỆP HàNội,2022 BỘGIÁODỤCVÀ ĐÀOTẠO BỘNÔNGNGHIỆPVÀPTNT VIỆNKHOAHỌCNÔNG NGHIỆPVIỆTNAM PHẠMTHỊMAI NGHIÊNCỨUCHỨCNĂNGCỦAQTL9LIÊNQUANĐẾNCẤUTRÚC BÔNGPHỤC VỤ CHỌN TẠO GIỐNG LÚANĂNGSUẤTCAO ỞVIỆTNAM Chuyên ngành: Công nghệ sinh họcMãsố: 94 20 201 LUẬNÁNTIẾNSĨNÔNGNGHIỆP Ngườihướngdẫnkhoahọc: TS.KhổngNgânGiang GS.TSKH.TrầnDuyQuý HàNội,2022 LỜICAMĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu tơi nhóm tác giả,cáckết quảnghiên cứuđượctrình bày luậnán trungthực,k h c h quanvà chưa từngđểbảovệởbấtkỳhọcvịnào Tôi xin cam đoan giúp đỡ cho việc thực luận án đãđược cám ơn, thơng tin trích dẫn luận án có nguồn gốc, xuất xứrõràng HàNội,ngày tháng năm2022 Tác giả PhạmThị Mai LỜICẢMƠN Để hoàn thành luận án, tơi nhận quan tâm, giúp đỡnhiệt tình từ Thầy, Cô giáo, tập thể, cá nhân bạn bè, đồng nghiệpvàgiađình Tơi xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc tới TS Khổng Ngân Giang lntận tình hướng dẫn, cung cấp tài liệu tạo điều kiện tốt cho tơi trongqn trình học tập, nghiên cứu thực đề tài GS.TSKH Trần Duy Quýđã giúp đỡ, cung cấp kiến thức quý báu cho tơi q trìnhhồnthànhluận ánnày Tơi xin chân thành cảm ơn quan tâm tạo điều kiện Lãnh đạoViện Di truyền Nơng nghiệp, Phịng Thí nghiệm Trọng điểm Công nghệ tếbào thực vật giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi cho tơi q trình họctập,triểnkhaiđề tài TơixinchânthànhcảmơntậpthểcácThầy,CơvàcáccánbộcơngtáctạiBanĐàotạoSau đạihọc– ViệnKhoahọcNơngnghiệpViệtNamđãgiảngdạyvàtạođiềukiệnthuậnlợichotơitrongsuốt qtrìnhhọctậptạiViện Tơi xin chân thành cảm ơn ThS Lê Thị Như, ThS Trần Vũ Hằng, ThS.VũThịNhiên(ViệnDitruyềnNôngnghiệp),TS.StefanJuannic( V i ệ n Nghiên cứuvàPháttriểnIRD-Pháp)đãgiúpđỡ,độngviênvàđồnghànhcùngtơitrongq trìnhthựchiệnluậnán Để hồn thành luận án, khơng thể thiếu động viên, khuyếnkhích,tạo điều kiện giađình, nguồn động lựclớn giúpt ô i h o n thành luậnánnày Tôi xin chânthành cảmơn! HàNội,ngày tháng năm2022 Tác giảPhạmThịMai MỤCLỤC Lờicamđoan i Lờicảmơn ii Mụclục iii Danhmục kýhiệuvàchữviếttắt vi Danhmụcbảng viii Danhmụchình ix Mởđầu .1 Tínhcấpthiết củaluậnán Mụctiêucủaluậnán Ýnghĩakhoahọcvàthựctiễn củađềtài .3 Đốitượngvàphạmvinghiên cứucủađềtài Tínhmớivà nhữngđónggópcủaluận án ChƣơngI.Tổngquantàiliệuvàcơsởkhoahọccủađềtài .6 1.1 Tầmquantrọngcủa câylúa 1.2 Tínhtrạngnăngsuấtvàcácyếutốcấuthành năngsuấtlúa 1.3 QTLvàlậpbảnQTL 10 1.4 CácQ T L l i ê n k ế t v i t í n h t r n g n ă n g s u ấ t v c c y ế u t ố c ấ u t h n h năngsuất ởlúa 12 15 Cácquầnthể lậpbảnđồQTLliênquan đếntínhtrạngnăngsuất lúa14 1.6 Cấutrúcbơnglúa vàcác QTL/genliênquanđếncấutrúcbơnglúa.19 1.7 ChỉthịphântửCAPSvàứngdụngtrongnghiêncứulậpbảnđồQTLliênquan đếntính trạngnăngsuấtlúa 24 1.8 Đahìnhnucleotitđơn(SingleNucleotidePolymorphism-SNP) .26 1.9 Tìm kiếm SNPstrongvùng genom mụctiêubằngcơng nghệc h ụ p genkết hợpvới giảitrình tựthếhệmới .28 1.10 Nghiêncứuliênkếttrêntồnhệgen(GWAS),tiềmnăngứngdụngtrong nghiên cứuvềcáctính trạng nơnghọcphứctạp ởlúa 30 1.11 Haplotypevàphươngphápphântíchhaplotype 34 ChƣơngII.Vậtliệu,nộidungvàphƣơngphápnghiêncứu 36 2.1 Vậtliệuvàcácthiếtbịtrong nghiên cứu 36 2.2 Địađiểmvàthời giannghiên cứu 39 2.3 Nộidungnghiêncứu 39 2.4 Phươngphápnghiêncứu .40 2.4.1 Phânt í c h h a p l o t y p e v ù n g Q T L c ủ a t ậ p đ o n l ú a s d ụ n g t r o n g nghiêncứuGWASvàxácđịnhcácgiốnglúabốmẹđểtạoquầnthểlaiF1 402.4.2.Phươ ngpháptạocácquầnthểlai 41 2.4.3 ChọnlọccâyF1bằngchỉthịphântửSSR 42 2.4.4 Xácđ ị n h c c S N P s t r o n g v ù n g Q T L c c g i ố n g b ố m ẹ b ằ n g phươngphápchụpgen(Genecapture)kếthợpvớigiảitrìnhtựthếhệmới 432.4.5.Pháttr iểnchỉthịphântửCAPS 48 2.4.6 ChọnlọccáccâyF 2mangQTL9đồnghợpthuộchaihaplotypebốhoặ cmẹbằngchỉthịphântửCAPS .49 2.4.7 Phươngphápbốtríthínghiệmvàcácchỉtiêutheodõingồiđồngruộn g 50 ChƣơngIII.Kếtquảnghiêncứuvàthảoluận .54 3.1 Chọn lọccáccặplaibố mẹvàlai tạo quần thểF1 54 3.1.1 Phânt í c h h a p l o t y p e v ù n g Q T L c ủ a t ậ p đ o n l ú a s d ụ n g t r o n g nghiêncứuGWAS,chọnlọccácgiống lúabốmẹlàmvậtliệulai tạo 54 3.1.2 Tạo quần thểlai F1vàchọnlọccâyF1b ằ n g chỉthị phân tửSSR 60 3.2 PháttriểnchỉthịphântửCAPSđểchọnlọccáccâyF 2mangQTL9đồng hợpthuộchaihaplotypebốhoặcmẹ 69 3.2.1 XácđịnhcácSNPstrongvùngQTL9củahaigiốngbốmẹđểphát triểnc hỉthịphântửCAPS .69 3.2.2 Phát triển chỉthịphântửCAPS 83 3.3 Chọnl ọ c c c c â y F 2m a n g Q T L đ n g hợ p t h u ộ c h a i h a p l o t y p e b ố hoặcmẹbằng chỉthịphântửCAPS 86 3.3.1 XácđịnhchỉthịphântửCAPSchođahìnhgiữahaigiốnglúabố mẹ 86 3.3.2 ChọnlọccáccâyF2đồnghợptửmangQTL9củabốhoặcmẹbằng chỉthịph ântửCAPS 91 3.4 Phânt í c h k i ể u h ì n h c ấ u t r ú c b ô n g c ủ a h a i q u ầ n t h ể F 3t h u ộ c h a i haplotypebốhoặcmẹ 97 Kếtluậnvàkiếnnghị .112 Kếtluận 112 Kiếnnghị 113 Danhmụccơngtrìnhđãcơng bốliên quanđến luậnán 114 Tàiliệuthamkhảo 115 Phụlục DANHMỤCKÝHIỆUVÀCHỮVIẾTTẮT Thứtự Chữviết tắt Nghĩacủa chữviếttắt AFLP (Amplified Fragment Đah ì n h c h i ề u d i đ o n n h â nbản LengthPolymorphism) khuếchđại BILs(BackcrossRecombinant Quầnthểlai trởlạicận giao tái tổhợp InbredLines) Bp(Basepair) CAPS (Cleaved Cặpbazơnitơ amplified Đahìnhkhuếchđại đoạn phân cắt polymorphicsequences) DHs(Doubledhaploids) Đơn bộikép DNA Deoxyribonucleicacid GBS(Genotypingby Xácđịnh kiểu gen bằnggiảitrình tự sequencing) GWAS(Genomewide Nghiêncứuliênkếttrêntoànhệgen associationstudy) H1 Haplotype1 10 H2 Haplotype2 11 Kb Kilobazơnitơ 12 LD(LinkageDisequilibrium) Mấtcânbằngditruyềnliênkết 13 MAS(Markerassisted Chọnlọcnhờ chỉthịphântử selection) 14 NGS(Nextgenration Giảitrìnhtựthếhệmới sequencing) 15 NST Nhiễmsắcthể 16 PBintL(Primarybranch Khoảngcách giữacácgiécấp internodeaveragelenghth) Thứtự Chữviết tắt Nghĩacủa chữviếttắt 17 PBN(Primarybranchnumber) Sốgiécấpmột/bông 18 PBL(Primarybranchlength) Chiềudài giécấpmột 19 PCR(Polymerasechain Phảnứngchuỗipolymerase reaction) 20 QTL(Quantitivetraitloci) Lơ-cut tínhtrạngsố lượng 21 RAPD(RandomAmplified Đahìnhkhuếchđại đoạnngẫu PolymorphicDNA) nhiênDNA RFLP(RestrictionFragment Đahìnhchiềudàiđoạncắt giớihạn 22 LengthPolymorphism) 23 RILs(RecombinantInbred Dịnglai cận giao táitổhợp Lines) 24 RL(Rachislength) Chiềudài bơng 25 SBN(Secondarybranch Sốgiécấphai/bông number) 26 SBintL(Secondarybranch Khoảngcách giữacácgiécấphai internodeaveragelenghth) 27 SBL(Secondarybranch Chiềudài giécấp hai length) 28 SNP(Singlenucleotide Đahìnhnucletotideđơn polymorphism) 29 SpN(Spikeletnumber) Sốhạt/bơng 30 SSR(SimpleSequenceRepeat) Lặp lại trìnhtựđơn giản 31 TBN(Tertiarybranch Sốgiécấpba/bơng number) DANHMỤCBẢNG Bảng 2.1 Tênbảng Trang Mộtsốchỉsốvềcấu trúcbôngvànăngsuấtcủacácgiốnglúa sửdụng làmbốmẹđểtạo cácquầnthểlaiF1 2.2 Danhsách12chỉthịphântửSSRsửdụngđểchọnlọc câyF1 3.1 Danhsáchc c g i ố n g l ú a t h u ộ c h a p l o t y p e v àtrìnhtự 37 38 55 3.2 haplotype Cáccặplaiđượctiếnhànhtừ4giốngbốmẹ 60 3.3 Kếtquảgiónghàng 70 3.4 Kếtquảtìm vàsànglọcbiếnthể 72 3.5 Phânloạibiếnthểtrongvùngexon 73 3.6 Chúgiảibiếnthểđồngnghĩagiữahaihaplotype 74 3.7 Chúgiảibiếnthể sai nghĩagiữahaihaplotype 76 3.8 Chúgiảibiếnthểđộtbiếnkhungđọcgiữahaihaplotype 79 3.9 Chúgiảibiếnthểmất bộbamãhóa 80 3.10 Chúgiảibiếnthểthêmbộbamãm ởđầuvàthêmbộbamã kếtthúc 81 3.11 DanhsáchSNPnằmtrongvịtrícắtcủacác enzyme giớihạn 82 3.12 Danhsách 12chỉthịphântửCAPSvà trình tựmồi 84 3.13 Trìnht ự v ị t r í c ắ t v k í c h t h c c c s ả n p h ẩ m c ắ t c ủa5 3.14 85 enzymegiớihạn sửdụngđểcắtchỉthịphântửCAPS Danhsáchcây F 2đồng hợptửđượcxácđịnhbằng3 chỉthị phântửCAPS1,CAPS5,CAPS11……………………… 95