Các phương pháp lai- Chọn lọc một hạt đời sau single seed descent: chọn lọc bố mẹ và lai → Trồng F1→ Trồng F2, chọn ngẫu nhiên mỗi cây 1 hạt trồng sang F3 → Trồng F3, chọn ngẫunhiên mỗi
CHỌN TẠO GIỐNG CÂY TRỒNG BẰNG KỸ THUẬT SHPT Câu 1: a Em hiểu trình chọn tạo giống? Quá trình chọn tạo giống dùng kỹ thuật để chọn lọc hay tuyển lựa trồng có tạo theo hướng đem lại lợi ích cho người Gồm cá bước: tạo nguồn nguyên liệu → chọn lọc giống → Tạo tổ hợp lai → Đánh giá tổ hợp lai → Chọn cá thể lai→ Công nhận giống đưa giống tốt sản xuất đại trà b Những công việc nhà tạo giống gì? Cơng việc để cải thiện suất, chất lượng khả chống lại bệnh hại thời tiết khắc nghiệt loại trồng Các giống trồng tạo thơng qua q trình lai tạo chọn lọc để có đặc điểm tính trạng tốt so với giống trồng có bao gồm tăng suất tạo giống trồng có khả sinh trưởng tốt mang lại suất cao so với giống trồng có Câu 2: Theo em chọn tạo giống ngày khu vực vùng Đông Nam Bộ giống lúa/ rau màu/ hoa mục tiêu cần cải tiến điều để phục vụ sản xuất xuất khẩu? Vùng Đông Nam Bộ (ĐNB) vùng sinh thái thuận lợi phát triển nông lâm nghiệp vùng kinh tế trọng điểm tỉnh phía Nam, có vai trị định chiến lược phát triển nông nghiệp cho khu vực tương lai Vậy nên mục tiêu cần cải thiện để phục vụ sản xuất là: - Khả thích ứng dịng với điều kiện sinh thái vùng tác động biến đổi khí hậu - Các biện pháp canh tác để nâng cao hiệu sản xuất, tạo nhiều sản phẩm có giá trị - Cải thiện chất lượng, có khả chống chịu số sâu bệnh hại - Tiết kiệm chi phí cho người nơng dân, góp phần đem lại ổn định bền vững ngành nông nghiệp trước thách thức biến đổi khí hậu bùng nổ dân số Câu 3: a Các phương pháp lai - Chọn lọc hạt đời sau (single seed descent): chọn lọc bố mẹ lai → Trồng F1 → Trồng F2, chọn ngẫu nhiên hạt trồng sang F3 → Trồng F3, chọn ngẫu nhiên hạt trồng sang F4 → Trồng F4, chọn ngẫu nhiên hạt sang F5 → F5: Chọn cá thể, thu riêng phả hệ chọn F5 giao thành dòng chọn dòng tốt → Đánh giá dịng ưu tú thí nghiệm PYT → Đánh giá xuất, thí nghiệm lặp lai có đối chứng xác định dịng triển vọng - Phương pháp lai tự thụ: sử dụng vật liệu/ yếu tố thụ phấn hồn tồn nó, khơng bị yếu tố xâm nhiễm vào Bước thực hiện: Thu thập nguồn vật liệu di truyền → Tạo biến dị di truyền lai/ đột biến, đa bộ/ chuyển gen/ công nghệ tế bào → Chọn lọc dòng thuần, hạt đời sau, thị marker → Đánh giá → Khảo nghiệm → Công nhận giống - Phương pháp chọn dòng (Pure-line selection): cho tự thụ liên tục qua nhiều hệ, sau tiến hành chọn lọc cá thể chủng nhân riêng để tạo dòng Sơ đồ: RR x rr → Rr - Phương pháp lai lại (backcross): tạo quần thể mang gen mong muốn/ chuyển gen mong muốn vào trồng làm cho cách lai ngược lại với bố/ mẹ đời có gen cần thể Sơ đồ: Giống A x Giống B → Con lai F1 x Giống A → BC1F1 x Giống A → BC2F1 → BCnF1 Single cross: A x B → Three – way cross: (A x B) x C → Successive cross: [(A x B) x C] x D → Double cross: (A x B) x (C x D) - Phương pháp Diallel crossing: tương tác alen bố alen mẹ để tạo ưu lai tối ưu Gồm bước: thu thâp mẫu vật liệu → Lai tạo tạo tổ hợp lai Sơ đồ: A x B → F1 x C → F1 x D - Phương pháp chọn lọc phả hệ: + Phương pháp phả hệ (Pedigree method): theo hệ để tạo giống Sơ đồ: P1 nhận phấn x P2 cho phấn → F1 + Phương pháp chọn lọc phả hệ đầu dựa vào marker (Marker assisted selection): sử dụng công cụ để xem số lượng lai Sau ghi nhận, thống kê đánh giá - Phương pháp lai xa tạo NST tương đồng: + Lai xa (hybridization) trình kết hợp vật liệu di truyền từ hai loài khác để tạo đột biến gen Chính thức vật, trình lai xa xảy chế thụ phấn hai lồi gần xảy Các lai kết có thuộc tính di truyền từ hai loài bố mẹ tạo đa dạng di truyền b So sánh phương pháp lai tạo truyền thống phương pháp lai tạo cải tiến giống thị marker phân tử - Phương pháp marker thị đơn giản chọc lọc kiểu hình thao tác vật chất di truyển DNA (DNA chứa gen), nhân gen cách dễ dàng phương pháp PCR, biểu gen thấy cách dễ dàng phương pháp điện di, đánh giá hiệu việc xuất alen không phương pháp phân tích đánh giá thống kê sinh học - Phương pháp marker thị tiết kiệm thời gian, quản lý nhân công lao động xử lý số liệu so với chọn lọc kiểu hình - Phương pháp marker thị có mức độ tin cậy cao so với phương pháp chọn lọc kiểu hình sử dụng cơng cụ cơng nghệ sinh học đại c Trong phép lai để qua hệ lúa chủng lớn 99% - Phép lai tự thụ qua 10 hệ có dịng có độ cao 99% (cơng thức cuối n hệ ½ n số lượng) - Phép lai lai lại (backcross) hệ thứ có dịng có độ 98% (tiết kiệm thời gian, thể tính đồng cao, mang tính ưu việt, độ cao) Câu 4: Hãy cho biết quy trình/ phương pháp lai tạo cải tiến giống (thuộc tự thụ/ giao phấn) có sử dụng cơng cụ sinh học a Quy trình tạo giống tự thụ Tự thụ phấn hay tự phối việc chuyển phấn hoa từ nhị đực đến nhuỵ hoa, hay đến nhuỵ hoa Đó trình kết hợp giao tử đực giao tử Bước 1: Quan sát, thu nhập nguồn vật liệu di truyền Bước 2: Tạo biến dị di truyền phương pháp: - Lai - Đột biến, đa bội - Chuyển gen - Công nghệ tế bào a) Quần thể lai: Các dạng tạo phương pháp lai Từ quần thể phương pháp chọn lọc thích hợp người ta phân lập dạng để tạo thành giống Bước 3: chọn lọc - Chọn lọc dòng - Chọn lọc hạt đời sau - Chọn lọc theo phương pháp Marker phân tử Bước 4: Đánh giá Bước 5: Khảo nghiệm Bước 6: Cơng nhận giống Trình tự: Lai giống bố mẹ Thế hệ F1: trồng 50-100 F1 Thế hệ F2: trồng 2000-3000 F2 Thu hoạch hạt cây, không nhận dạng F2 Thế hệ F3, F4 : gieo hạt thu nhận hệ trước Thu hoạch hạt từ Thế hệ F5: gieo hạt hệ trước lên đồng ruộng theo khoảng cách rộng chọn có ưu vượt trội tính trạng mong muốn thu hoạch hạt Thế hệ F6: gieo riêng dòng từ chọn lọc hệ trước thu hoạch dòng ưu tính trạng mong muốn Thế hệ F7: gieo riêng dòng từ chọn lọc hệ F6 thí nghiệm so sánh sơ Thế hệ F8 - F10 : tiến hành thí nghiệm so sách quy nhiều địa điểm Cơng nhận giống b Quy trình tạo giống giao phấn Thụ phấn chéo trình thụ phấn tiến hành hai hoa khác loài, tức hạt phấn nhị hoa rơi núm nhụy hoa khác loài nảy mầm Trình tự Gieo 1000-2000 từ quần thể nguồn Chọn 200-250 tốt Gieo hạt chọn điểm khác Mỗi gieo riêng hàng mẹ Bố hỗn hợp trộn hạt hàng mẹ (hàng bố vừa hàng cho phấn, vừa hàng đối chứng), thường bố mẹ, bố mẹ trước nở hoa xử lý bỏ hoa đực hàng mẹ xấu hàng bố Chọn tầm 50% hàng tốt Thu 2-3 tốt dịng chọn Chu từ bước đến với ck1 Sau chu kỳ, hạt 10 dòng tốt trộn thành giống Câu 5: Có Marker thị Mục phân tử: “Nâng cao hi ệu quả của công tác chọn giống, làmu công tác chọn giống, làm giảm bớt thời gian chi phí cần thiết để tạo giống trồng với tính trạng mong muốn” RFLP: (Restriction Fragment Length Polymorphism) (đa hình độ dài đoạn giới hạn) khác biệt chuỗi DNA tương đồng phát diện đoạn có độ dài khác sau phân hủy mẫu DNA đề cập với endonuclease giới hạn cụ thể Hầu hết dấu hiệu RFLP đồng trội đặc hiệu locus cao Ứng dụng: - Lập đồ gen - Phân tích bệnh di truyền - Để phát gen đột biến - Dấu vân tay DNA (xét nghiệm pháp y) RAPD: DNA đa hình khuếch đại ngẫu nhiên (RAPD) dấu hiệu đoạn DNA từ khuếch đại PCR đoạn DNA gen ngẫu nhiên với mồi chuỗi nucleotide tùy ý Ứng dụng: RADP sử dụng nhiều nghiên cứu đa dạng di truyền loài thực vật nghiên cứu đặc điểm giống đánh giá biến đổi di truyền, xác định loài xác định lai AFLP (Amplified Fragment Length Polymorphism): Kỹ thuật AFLP sử dụng để phát đa hình DNA Phân tích AFLP kết hợp RFLP PCR việc gắn chuỗi nhận biết vào mồi hay gọi chuỗi tiếp hợp (adapter) để nhân chọn lọc phân đoạn DNA cắt hạn chế Ứng dụng: AFLP sử dụng nghiên cứu lập đồ genome, đa dạng di truyền quan hệ chủng loại kiểu gen có mối quan hệ gần, nghiên cứu cấu trúc di truyền nguồn gen đánh giá phân hóa di truyền quần thể SSR(simple sequence reapeats) Lặp lại trình tự đơn giản (SSR) microsatellites đoạn DNA bao gồm trình tự di-, tri-, tetra-hoặc penta-nucleotide ngắn, lặp lặp lại song song Lặp lại trình tự đơn giản tìm thấy tất lồi nhân chuẩn Các dấu hiệu SSR sử dụng rộng rãi nghiên cứu di truyền thực vật Ứng dụng: - Trong chuẩn đoán bệnh - Nghiên cứu quần thể SNP: Đa hình Nucleotide đơn (SNP) biến thể trình tự DNA xảy Nucleotide Adenine (A), Thymine (T), Cytosine (C), Guanine (G) gen khác cá thể loài cặp NST cá thể Ứng dụng: SNP sử dụng lập đồ di truyền, nghiên cứu đa dạng di truyền, nhận biết giống chọn giống MAS: (Maker- assisted selection) chọn giống nhờ thị phân tử liên kết với tính trạng mục tiêu Ứng dụng: Là quy trình sử dụng thị phân tử để chọn lọc gián tiếp nhiều yếu tố định di truyền tính trạng quan trọng Đây phương pháp giới ủng hộ mạnh mẽ kỹ thuật rút ngắn thời gian lai tạo giống cho kết sau hệ chọn lọc VÍ DỤ: M t nhà chọn giống cần nâng cao tính chống chịu với b ệu quả của công tác chọn giống, làmnh m t giống trồng thương mại Để làm vi ệu quả của công tác chọn giớng, làmc cần phải lai giống thương mại sử dụng khơng có khả kháng b ệu quả của công tác chọn giống, làmnh với giống hoang dại có khả kháng tốt với bệu quả của công tác chọn giống, làmnh Tuy nhiên cần phải thực hi ệu quả của công tác chọn giống, làmn lần lai lại với dịng thương mại ban đầu phải chọn lọc nhiều cá thể tính kháng khó đánh giá Chọn giống sử dựng thị phân tử - MAS (Marker Assisted Selection) Để chọn m t giống trồng với tính trạng mong muốn dùng phương pháp lai chọn giống dựa theo tính trạng địi hỏi tốn nhiều thời gian tốn Các dịng q trình chọn lọc cần phải đạt đến đ trưởng thành đánh giá bước thí nghiệu quả của cơng tác chọn giớng, làmm lai trước có thành cơng hay khơng Các giống phức tạp địi hỏi nhiều thời gian nhiều cố gắng đạt kết mong muốn Các bước: Lai Quần thể lớn hàng nghìn cá thể Chọn lọc kiểu hình Ruộng thí nghiệm Nhà kính Cây cung cấp nguồn gen Giống thương mại Chọn giống phương pháp truyền thống Câu 6: Triển vọng tương lai việc tạo giống trồng nhờ hỗ trợ Marker - Nâng cao thơng lượng giảm chi phí xác định kiểu gen - Chi phí giải trình tự Dự kiến tương lai: Chi phí giải trình tự tiếp tục giảm dần số cách tiếp cận là: Phương pháp Reduced - Representation Sequencing (giảm trình tự đại diện) Low - Coverage Sequencing (giảm trình tự có độ phủ thấp) để phát triển SNP tồn hệ gen → làm giảm chi phí xác định kiểu gen marker Hơn nữa, kế hoạch là: xác định kiểu gen có chọc lọc marker mục tiêu tiềm làm giảm việc xác định kiểu gen, tổng chi phí xác định kiểu gen trình chọn tạo giống trồng - Các marker chức (Functional marker) “Functional markers” – Chỉ thị chức dùng để mô tả thị phân tử thuộc loại → giúp loại bỏ mối nguy làm thay đổi mối quan hệ gen nhiễm sắc thể giảm đáng kể số lượng marker xác định kiểu gen Tuy nhiên, việc phát triển marker chức địi hỏi nhiều khó khăn tốn - Các thị phân tử việc phát lập đồ QTL - Triển vọng tương lai marker chọn tạo giống trồng: Kĩ thuật lai chéo giống thị phân tử kì vọng dự đốn tổ hợp chéo dị hợp, nhiên vấn đề nan giải Nếu giải vấn đề định dịng lai nhóm dị hợp tử thích hợp đặc điểm nhận dạng lucus ưu lai → dự đốn xác bị dị tật Câu 5: Có Marker thị Mục phân tử: “Nâng cao hi ệu quả của công tác chọn giống, làmu công tác chọn giống, làm giảm bớt thời gian chi phí cần thiết để tạo giống trồng với tính trạng mong muốn” RFLP: (Restriction Fragment Length Polymorphism) (đa hình độ dài đoạn giới hạn) khác biệt chuỗi DNA tương đồng phát diện đoạn có độ dài khác sau phân hủy mẫu DNA đề cập với endonuclease giới hạn cụ thể Hầu hết dấu hiệu RFLP đồng trội đặc hiệu locus cao Ứng dụng: - Lập đồ gen - Phân tích bệnh di truyền - Để phát gen đột biến - Dấu vân tay DNA (xét nghiệm pháp y) RAPD: DNA đa hình khuếch đại ngẫu nhiên (RAPD) dấu hiệu đoạn DNA từ khuếch đại PCR đoạn DNA gen ngẫu nhiên với mồi chuỗi nucleotide tùy ý Ứng dụng: RADP sử dụng nhiều nghiên cứu đa dạng di truyền loài thực vật nghiên cứu đặc điểm giống đánh giá biến đổi di truyền, xác định loài xác định lai AFLP (Amplified Fragment Length Polymorphism): Kỹ thuật AFLP sử dụng để phát đa hình DNA Phân tích AFLP kết hợp RFLP PCR việc gắn chuỗi nhận biết vào mồi hay gọi chuỗi tiếp hợp (adapter) để nhân chọn lọc phân đoạn DNA cắt hạn chế Ứng dụng: AFLP sử dụng nghiên cứu lập đồ genome, đa dạng di truyền quan hệ chủng loại kiểu gen có mối quan hệ gần, nghiên cứu cấu trúc di truyền nguồn gen đánh giá phân hóa di truyền quần thể SSR(simple sequence reapeats) Lặp lại trình tự đơn giản (SSR) microsatellites đoạn DNA bao gồm trình tự di-, tri-, tetra-hoặc penta-nucleotide ngắn, lặp lặp lại song song Lặp lại trình tự đơn giản tìm thấy tất loài nhân chuẩn Các dấu hiệu SSR sử dụng rộng rãi nghiên cứu di truyền thực vật Ứng dụng: - Trong chuẩn đoán bệnh - Nghiên cứu quần thể SNP: Đa hình Nucleotide đơn (SNP) biến thể trình tự DNA xảy Nucleotide Adenine (A), Thymine (T), Cytosine (C), Guanine (G) gen khác cá thể loài cặp NST cá thể Ứng dụng: SNP sử dụng lập đồ di truyền, nghiên cứu đa dạng di truyền, nhận biết giống chọn giống MAS: (Maker- assisted selection) chọn giống nhờ thị phân tử liên kết với tính trạng mục tiêu Ứng dụng: Là quy trình sử dụng thị phân tử để chọn lọc gián tiếp nhiều yếu tố định di truyền tính trạng quan trọng Đây phương pháp giới ủng hộ mạnh mẽ kỹ thuật rút ngắn thời gian lai tạo giống cho kết sau hệ chọn lọc VÍ DỤ: M t nhà chọn giống cần nâng cao tính chống chịu với b ệnh của một giốngnh m t giống trồng thương mại Để làm được vi ệnh của một giốngc cần phải lai giống thương mại được sử dụng khơng có khả kháng b ệnh của mợt giớngnh với giống hoang dại có khả kháng tốt với bệnh của một giốngnh Tuy nhiên cần phải thực hi ệu quả của công tác chọn giống, làmn lần lai lại với dịng thương mại ban đầu phải chọn lọc nhiều cá thể tính kháng khó đánh giá Chọn giống sử dựng thị phân tử - MAS (Marker Assisted Selection) Để chọn m t giống trồng với tính trạng mong muốn dùng phương pháp lai chọn giống dựa theo tính trạng địi hỏi tốn nhiều thời gian tốn Các dịng q trình chọn lọc cần phải đạt đến đ trưởng thành đánh giá bước thí nghiệu quả của cơng tác chọn giớng, làmm lai trước có thành cơng hay khơng Các giống phức tạp địi hỏi nhiều thời gian nhiều cố gắng đạt kết mong muốn Các bước: Lai Quần thể lớn hàng nghìn cá thể Chọn lọc kiểu hình Ruộng thí nghiệm Nhà kính Cây cung cấp nguồn gen Giống thương mại Chọn giống phương pháp truyền thống Câu 6: Triển vọng tương lai việc tạo giống trồng nhờ hỗ trợ Marker - Nâng cao thơng lượng giảm chi phí xác định kiểu gen - Chi phí giải trình tự Dự kiến tương lai: Chi phí giải trình tự tiếp tục giảm dần số cách tiếp cận là: Phương pháp Reduced - Representation Sequencing (giảm trình tự đại diện) Low - Coverage Sequencing (giảm trình tự có độ phủ thấp) để phát triển SNP tồn hệ gen → làm giảm chi phí xác định kiểu gen marker Hơn nữa, kế hoạch là: xác định kiểu gen có chọc lọc marker mục tiêu tiềm làm giảm việc xác định kiểu gen, tổng chi phí xác định kiểu gen trình chọn tạo giống trồng - Các marker chức (Functional marker) “Functional markers” – Chỉ thị chức dùng để mô tả thị phân tử thuộc loại → giúp loại bỏ mối nguy làm thay đổi mối quan hệ gen nhiễm sắc thể giảm đáng kể số lượng marker xác định kiểu gen Tuy nhiên, việc phát triển marker chức địi hỏi nhiều khó khăn tốn - Các thị phân tử việc phát lập đồ QTL - Triển vọng tương lai marker chọn tạo giống trồng: Kĩ thuật lai chéo giống thị phân tử kì vọng dự đốn tổ hợp chéo dị hợp, nhiên vấn đề nan giải Nếu giải vấn đề định dịng lai nhóm dị hợp tử thích hợp đặc điểm nhận dạng lucus ưu lai → dự đốn xác bị dị tật