Nghiên cứu khoa học " MỘT SỐ KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VỀ DI TRUYỀN PHÂN TỬ TRONG LÂM NGHIỆP " pptx

MỘT SỐ KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VỀ DI TRUYỀN PHÂN TỬ TRONG LÂM NGHIỆP Trần Hồ Quang, Ngô Thị Minh Duyên Trung tâm Công nghệ Sinh học Lâm nghiệp Viện Khoa học Lâm nghiệp việt nam I. ĐẶT VẤN ĐỀ Di truyền phân tử (molecular genetics) là một lĩnh vực được quan tâm và được ứng dụng rộng rãi trong nghiên cứu thực vật trong thời gian gần đây và đạt được nhiều kết quả. Trong lâm nghiệp, di truyền phân tử được sử dụng trong nghiên cứu về trình tự bộ gen, về biểu hiện các chức năng của gene, về giám định loài và về mức độ đa dạng của cá thể, quần thể. Các kỹ thuật di truyền phân tử được sử dụng gồm các kỹ thuật về ADN, các kỹ thuật về tách dòng gen (gene cloning), về biểu hiện gen (gene expression), về RNA và chủ yếu là RNA thông tin (messenger RNA), về enzyme vv Các kỹ thuật về ADN hiện được sử dụng phổ biến là Đa hình độ dài đoạn cắt giới hạn (Restriction Fragment Lenth Polymorphism – RFLP) và các kỹ thuật dựa vào chuỗi trùng hợp (Polymerase Chain Reaction – PCR) như: Đa hình các đoạn ADN nhân ngẫu nhiên (Random Amplified Polymorphim ADN – RADP), Đa hình độ dài các đoạn nhân chọn lọc (Amplified Frangment Length Polymorphism – AFLP), Vi vệ tinh (Microsatellite). II. MỘT SỐ KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VỀ ỨNG DỤNG DI TRUYỀN PHÂN TỬ TRONG LÂM NGHIỆP VIỆT NAM 1. Đánh giá cấu trúc di truyền quần thể chọn giống Trong nghiên cứu chọn giống cây rừng, đánh giá cấu trúc di truyền của quần thể chọn giống như vườn giống, rừng giống vv là một việc làm cần thiết và có ý nghĩa. Các thông tin như mức độ đa dạng di truyền, mức độ thụ phấn chéo, mức độ biến dị trong và giữa các quần thể chọn giống, mức độ thụ phấn chéo, mức độ nhiễm phấn từ bên ngoài vào vv là những thông số di truyền cần thiết để tiến hành các hoạt động chọn tạo giống. Đánh giá về mức độ thụ phấn chéo của 6 vườn giống/rừng giống Keo tai tượng (Acacia mangium) tại một số vùng sinh thái chính bằng 6 chỉ thị vi vệ tinh (microsatellite) cho thấy tỷ lệ thụ phấn chéo có ảnh hưởng đến sinh trưởng của cây con mà hạt được thu tại các vườn giống này. Kết quả sau 18 tháng trồng khảo nghiệm (bảng 1) cho thấy các cây con có nguồn gốc từ các vườn giống/rừng giống có mức độ thụ phấn chéo cao thì có sinh trưởng nhanh hơn (3.07 m tại Đông Hà) so với cây con có nguồn gốc từ vườn giống/rừng giống có tỷ lệ thụ phấn chéo thấp (11%) tại Ba Vì (2.04 m), mặc dù hai vườn giống này có nền tảng di truyền như nhau (Harwood et al., 2004). Bảng 1. Sinh trưởng của các cây con tại giai đoạn 12 và 18 tháng tuổi Nguồn hạt giống Tỷ lệ thụ phấn chéo H (m) Sau 12 tháng H (m) sau 18 tháng D 1,3 (cm) Sau 18 tháng Đông Hà 100% 2.36 3.07 2.69 Ba Vì- xuất xứ PNG 93% 2.37 3.06 2.78 Phong Châu 93% 2.04 2.61 2.31 Hàm Yên 94% 1.85 2.47 2.28 Bầu Bàng 49% 1.74 2.22 1.96 Ba vì 11% 1.61 2.04 2.06 Đánh giá cấu trúc di truyền của vườn giống bạch đàn urô (Eucalyptus urophylla) tại Ba Vì (được xây dựng từ 9 xuất xứ) bằng 6 chỉ thị vi vệ tinh (microsatellite) cho thấy các xuất xứ đều có mức độ đa dạng di truyền cao từ 11,7 alen/locus (xuất xứ Alor) đến 16,7 alen/locus (xuất xứ Pantav); mức độ đa dạng gen (He) cũng khá cao trong các xuất xứ, trung bình là 0.96 với mức thấp nhất là ở xuất xứ Flores, cao nhất ở xuất xứ Pantav (Trần Hồ Quang et al., 2009) (Bảng 2). Bảng 2. Mức độ đa hình của các xuất xứ bạch đàn urô (Eucalyptus urophylla) Xuất xứ n P A Ap He Ho f Flores 10 1.0 15. 7 15. 7 0.96 0.77 0.21 Flores 10 1.0 15.5 15.5 0.96 0.75 0.23 Flores 9 1.0 14.77 14.67 0.93 0.76 0.19 Wetar 10 1.0 15.5 15.50 0.97 0.77 0.22 Wetar 10 1.0 16.17 16.17 0.97 0.83 0.15 Alor 7 1.0 11.67 11.67 0.97 0.83 0.15 Alor 9 1.0 15 15.00 0.97 0.75 0.23 Pantav 10 1.0 16.67 16.67 0.97 0.83 0.15 Pantav 9 1.0 14.67 14.67 0.95 0.85 0.11 Trung bình 9. 1.0 15.06 15.06 0.96 0.79 0.11 Ghi chú. n: số cá thể; P: tỷ lệ locus đa hình; A: trung bình của alen/locus; Ap: trung bình của số alen/các locus đa hình; He: tỷ lệ dị hợp tử mong đợi; Ho: tỷ lệ dị hợp tử quan sát; f: Ước đoán chỉ số cố định. Xác định phương thức giao phấn và biến dị di truyền của vườn giống thông nhựa (Pinus merkusii) cũng đã được đánh giá (Ngô Thị Minh Duyên, 2004) bằng 5 chỉ thị vi vệ tinh. Kết quả cho thấy mức độ biến dị di truyền của vườn giống là khá lớn với mức độ giao phấn chéo tm = 0.85 và mức độ biến dị di truyền Ho khá cao giữa các xuất xứ (từ 0.56 – 0.83). Điều này cho thấy nền tảng di truyền của vườn giống thông nhựa là khá lớn và đủ để duy trì mức độ đa dạng sang thế hệ sau. Đánh giá hiện trạng về mức độ đa dạng di truyền của một số loài cây bản địa cũng đã được thực hiện gần đây như Sao hình lá tim (Hopea cordata Vidal) (Nguyễn Hoàng Nghĩa et al., 2006); Gõ đỏ (Afzelia xylocarpa) (Nguyễn Hoàng Nghĩa et al., 2007); Sở (Camellia sp) (Nguyễn Quang Khải & Khuất Hữu Trung, 2007), Mỡ Hải Nam (Manglietia hainanensis Dandy) (Nguyễn Hoàng Nghĩa et al., 2009). Các kết quả nghiên cứu cho thấy rằng các loài cây bản địa này có hệ số tương đồng di truyền khá cao với mức độ biến động lớn như của Gõ đỏ (47 – 100%), Sở (0.25 – 0.76%) và Mỡ Hải Nam (58,3 – 100%), đặc biệt ở loài Mỡ Hải Nam. Điều đặc biệt là xuất xứ từ Ba vì và đảo Hải Nam lại có mức độ tương đồng di truyền cao (Nguyễn Hoàng Nghĩa et al., 2009). 2. Xác định mối quan hệ di truyền của các loài. Xác định mối quan hệ di truyền giữa các loài, đặc biệt là các loài cây bản địa đã được thực hiện. Sử dụng 2 mồi lục lạp cpDNA, Quách Thị Liên et al., (2004) đã xác định các xuất xứ Lim xanh có mối quan hệ di truyền khá xa nhau ( 0.5). Nguyễn Thúy Hạnh et al.(2005) đã sử dụng 7 mồi RADP và 4 mồi lục lạp để thiết lập mối quan hệ di truyền của 12 loài thuộc chi Dipterocarpus (Dipterocarpaceae). Kết quả cho thấy 12 loài này có hệ số đa dạng di truyền cao (0.18 – 0.41) và hai loài Dầu trà beng và Dầu cát có mối quan hệ di truyền gần nhau hơn so với các loài khác trong chi, có cùng hệ số di truyền là 0,41 (Hình 1). Hình 1. Biểu đồ quan hệ di truyền của 12 loài thuộc chi Dipterocarpus Nguồn trích dẫn: Nguyễn Thúy Hạnh et al.(2005) III. KẾT LUẬN VÀ ĐỊNH HƯỚNG PHÁT TRIỂN Di truyền phân tử là một lĩnh vực mới được áp dụng trong lâm nghiệp và đã đạt đươc một số kết quả khích lệ, đặc biệt là trong các nghiên cứu về cho chọn giống cây rừng và bảo tồn nguồn gen. Bằng việc đánh giá cấu trúc di truyền quần thể và mức độ tự thụ phấn, mức độ giao phấn chéo vv đã giúp cho công tác cải thiện giống cây rừng có hiệu quả hơn. Trong công tác bảo tồn gen cây rừng, việc đánh giá mức độ đa dạng di truyền và mối quan hệ di truyền của các loài cây bản địa quý hiếm và có giá trị kinh tế sẽ góp phần vào việc định hướng những chiến lược bảo tồn và phát triển bền vững loài. Tuy nhiên các kết quả nghiên cứu trên cũng mới chỉ là một phần trong những ứng dụng nền của di truyền phân tử. Trong thời gian tới cần thực hiên các nghiên cứu chuyên sâu hơn nữa với các hướng như sau: - Tách dòng và giải trình tự các gen quan trọng trong quá trình sinh trưởng và phát triển của cây như các gen lignin, cellulose, gen ra hoa của cây, gen sinh trưởng. - Nghiên cứu biểu hiện gen quan trọng trong quá trình sinh trưởng và phát triển của cây như gen quy định sinh trưởng, chiều dài sợ gỗ, hàm lượng ligin và cellulose vv. - Các nghiên cứu về chức năng hệ gen của cây rừng cũng như các kỹ thuật là giảm và tăng hoạt động của gen như up-regulation và down-regulation. - Các nghiên cứu về biến nạp gen bằng các kỹ thuật truyền thống (vi khuẩn agrobacterium), bắn gen cũng như các kỹ thuật mới như thông qua vi khuẩn vv. TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Harwood, C.E., Thinh, H.H., Quang, T.H., Butcher, P.A. & Williams, E.R, 2004. The effect of inbreeding on early growth of Acacia mangium in Vietnam. Silvae Genetica 53(2), 65-69. 2. Ngô Thị Minh Duyên, 2004. Biến dị di truyền và phương thức giao phấn của các dòng Thông nhựa (Pinus merkusii Jung. et de Vriese) tại vườn giống. Luận văn Thạc sỹ tại Cộng hòa Liên Bang Đức. 3. Nguyễn Hoàng Nghĩa, Nguyễn Đức Thành & Trần Thùy Linh, 2007. Kết quả phân tích đa dạng di truyền loài Gõ đỏ (Afzelia xylocarpa (Kurz) Craib.) bằng chỉ thị phân tử RAPD Tạp chí Nông nghiệp và phát triển nông thôn 14, 44-48. 4. Nguyễn Hoàng Nghĩa, Trần Thanh Trăng, Đỗ Tiến Phát, Nguyễn Văn Phượng, Lê Văn Sơn & Chu Hoàng Hà, 2009. Phân tích đa dạng di truyền hệ gen nhân của loài Mỡ Hải Nam bằng chỉ thị RAPD và cpSSR. Tạp chí khoa học Lâm nghiệp 5. Nguyễn Hoàng Nghĩa, Trần Văn Tiến, Nguyễn Thúy Hạnh & Nguyễn Đức Thành, 2006. Kết quả phân tích đa dạng di truyền loài Sao hình lá tim (Hopea cordata Vidal) thuộc họ dầu (Dipterocarpaceae) bằng chỉ thị phân tử Thông tin khoa học kỹ thuận Lâm nghiệp 1, 1-6. 6. Nguyễn Quang Khải & Khuất Hữu Trung, 2007. Nghiên cứu đa dạng di truyền một số giống Sở (Camellia sp.) của Việt nam bằng kỹ thuật RAPD Tạp chí khoa học Lâm nghiệp 4, 452-459. 7. Nguyễn Thúy Hạnh, Nguyễn Đức Thành & Nguyễn Hoàng Nghĩa, 2005. Nghiên cứu mối quan hệ di truyền của 12 loài thuộc chi Dipterocarpus (họ Dipterocarpaceae) dựa trên các chỉ thị phân tử Kỷ yếu Hội nghị Khoa học toàn quốc “Công nghệ sinh học trong nghiên cứu cơ bản”, Trường Đại học Nông nghiệp I, Hà Nội, 89-92. 8. Quách Thị Liên, Nguyễn Đức Thành & Nguyễn Hoàng Nghĩa, 2004. Sử dụng các chỉ thị RAPD và ADN lục lạp trong nghiên cứu quan hệ di truyền của một số xuất xứ cây Lim xanh Erythrophleum fordii Oliv. Kỷ yếu Hội nghị toàn quốc “Những vấn đề nghiên cứu cơ bản trong khoa học sự sống”, Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội, 464-468. 9. Trần Hồ Quang, Nguyễn Văn Lâm, Trần Bá Lực, Ngô Thị Minh Duyên & Mai Phương Thúy, 2009. Đánh giá cấu trúc quần di truyền vườn giống Bạch đàn urô (Eucalypytus urophylla) bằng chỉ thị vi vệ tinh . . MỘT SỐ KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VỀ DI TRUYỀN PHÂN TỬ TRONG LÂM NGHIỆP Trần Hồ Quang, Ngô Thị Minh Duyên Trung tâm Công nghệ Sinh học Lâm nghiệp Viện Khoa học Lâm nghiệp việt nam. (Microsatellite). II. MỘT SỐ KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VỀ ỨNG DỤNG DI TRUYỀN PHÂN TỬ TRONG LÂM NGHIỆP VIỆT NAM 1. Đánh giá cấu trúc di truyền quần thể chọn giống Trong nghiên cứu chọn giống cây rừng,. VÀ ĐỊNH HƯỚNG PHÁT TRIỂN Di truyền phân tử là một lĩnh vực mới được áp dụng trong lâm nghiệp và đã đạt đươc một số kết quả khích lệ, đặc biệt là trong các nghiên cứu về cho chọn giống cây rừng