Chọn tạo giống cây trồng bằng sinh học phân tử

Phan Đặng Thái PhươngTRƯỜNG ĐẠI HỌC NƠNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINHKHOA KHOA HỌC SINH HỌC Trang 2 DANH SÁCH THÀNH VIÊNVũ Đình Bình21126285Đỗ Ngọc Bảo Chân21126287Võ Uyên Chi21126292Nguy

Nhân

giống lúa thơm và

chịu hạn

Môn: Chọn tạo giống cây trồng bằng SHPT

Người thực hiện: Nhóm 1

Giảng viên: TS Phan Đặng Thái Phương

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ

CHÍ MINH KHOA KHOA HỌC SINH HỌC

TP Hồ Chí Minh, ngày 25 tháng 10 năm 2023

DANH SÁCH THÀNH VIÊN

Đỗ Ngọc Bảo Chân 21126287

Nguyễn Hùng Cường 21126295

Nguyễn Lan Anh 21126009

Nguyễn Thị Lan Anh 21126014

Phan Bá Quốc Anh 21126278

Phạm Nguyễn Vĩ Ân 21126270

Phạm Trương Chí Bảo 21126283

02 Sở thích của người tiêu dùng

gạo và hương thơm gạo

03 Dấu hiệu phân tử và tuyển

chọn giống lúa thơm

04 Những tiến bộ trong chọn tạo

giống lúa chịu hạn

05 Phát triển các giống lúa thơm

chịu hạn

06 Kết luận và đánh giá

3

1 Giới thiệu

- Gạo là loại lương thực tiêu thụ

rộng rãi nhất, đặc biệt là ở châu

Á.

- Cung cấp năng lượng và các

chất dinh dưỡng thiết yếu.

- Mùi thơm là một đặc điểm quan trọng mang lại lợi nhuận đáng kể cho nông dân trồng các giống lúa thơm trên toàn thế giới

4

Hình 1.2 Cánh đồng lúa

Hình 1.1 Gạo (Oryza sativa

L.)

Hình 1.3 Thu hoạch lúa

- Gần 90% lúa gạo trên thế giới

đoán cường độ hạn hán sẽ tiếp tục gia tăng

- Hạn hán là hạn chế lớn nhất và cấp bách nhất đối với sản xuất lúa gạo

1 Giới thiệu

2 Sở thích của người tiêu dùng gạo và hương thơm

gạo

6

2.1 Sở thích của người tiêu

dùng

Ảnh hưởng đáng kể đến sở thích của người tiêu dùng là hương

vị, mùi thơm, kết cấu và độ trắng của hạt sau khi xay xát.

 Cải thiện chuỗi sản xuất và sau thu hoạch

Hình 2.1

2 Sở thích của người tiêu dùng gạo và hương thơm

gạo

7

2.2 Hương thơm của gạo

- Chất lượng của gạo có thể được mô tả bằng giá trị thương

mại, giá trị dinh dưỡng của nó hoặc giá trị cảm quan của nó

- Hương thơm của lúa do một hỗn hợp phức tạp của hơn 500

hợp chất hóa học dễ bay hơi.

- Hợp chất 2-acetyl-1-pyrroline (2AP) tạo nên hương vị cho

gạo.

Hình 2.3 2-acetyl-1-pyrroline (2AP)

2 Sở thích của người tiêu dùng gạo và hương thơm

gạo

- Các kỹ thuật được sử dụng để phân lập và định lượng nồng

độ 2AP trong gạo.

+ Chiết xuất chưng cất đồng thời (SDE).

+ Chiết vi pha rắn (SPME).

+ Chiết chất lỏng siêu tới hạn (SFE).

2.2 Hương thơm của gạo

2 Sở thích của người tiêu dùng gạo và hương thơm gạo

9

Thuộc tính Các yếu tố ảnh hưởng đến thuộc tính (S)

Hương vị, mùi thơm và hương vị

thu hoạch

Hương vị, mùi thơm và hương vị thu hoạch

Hương vị, hương vị và mùi thơm Nhiệt độ và thời gian bảo quản gạo xay, mức độ

xay xát, phương pháp đánh giá, tập quán canh tác, thời gian đun nóng và nấu (rửa, ngâm, tỷ lệ nước và gạo)

Hương thơm/2AP Nhiệt độ tối ưu (20 đến 30 ºC) ở vùng trồng lúa

Độ cứng và hương vị của gel Vị trí phát triển

Hương thơm, hương vị, vị ngọt Màu sắc bề mặt gạo

Bảng 2.1 Các yếu tố ảnh hưởng đến hương vị và các đặc tính khác của

hạt gạo

2.2 Hương thơm của gạo

2 Sở thích của người tiêu dùng gạo và hương thơm

gạo

2.3 Cơ sở phân tử và di truyền của hương thơm gạo

a) VOCs và 2AP

VOCs(Volatile Organic Compounds)

Là các hợp chất hóa học có khả năng bay hơi

ở nhiệt độ phòng hoặc ở nhiệt độ thấp hơn

Vai trò quan trọng trong tạo ra mùi thơm đặc biệt của loại gạo thơm

Quan trọng nhất được tìm thấy trong gạo thơm là 2-acetyl-1-pyrroline (2AP)

1 Mùi thơm

đặc trưng

2 Nồng độ cao trong các loại gạo

thơm

3 Ảnh hưởng đến mùi thơm

và vị

4 Cơ chế sản xuất

2AP

2AP mang một

mùi thơm mô

phỏng hương vị

của hạt lúa gạo

khi nó được nấu

chín

2AP có nồng độ cao hơn trong loại gạo thơm so với loại gạo không

thơm

Ảnh hưởng đến vị

của gạo

Sản xuất trong quá trình tạo ra

gạo và được gia tăng qua

quá trình chế biến và nấu nước

2 Sở thích của người tiêu dùng gạo và hương thơm gạo

2.3 Cơ sở phân tử và di truyền của hương thơm gạo

b) Nghiên cứu di truyền

3 Điều kiện môi trường và di

truyền

4 Sự quan trọng của gene badh

Gene badh2 chịu

Sự khác biệt trong phân phối các alel của gene badh2 giữa các loại gạo thơm ở các quốc gia khác

nhau

Quan trọng trong việc tạo ra mùi thơm của gạo thơm bằng cách điều chỉnh sản

xuất 2AP

3 Ứng dụng trong việc kiểm tra sản phẩm gạo

4 Phát triển loại gạo thơm

Sự xóa bỏ 8 bp

trong exon 7 của

gene badh2

Khi phân tích gene badh2, nếu phát hiện sự xóa

bỏ 8 bp trong exon 7 thì loại gạo này có khả năng sản xuất 2AP và có mùi

thơm

Marker chức năng

sử dụng trong kiểm tra sản phẩm gạo giúp xác định mùi thơm và đảm bảo tính chất độc đáo của sản phẩm

Sự hiện diện hoặc vắng mặt của marker có thể hữu ích trong quá trình phát triển các loại gạo thơm

Hình 2.4 Người nông dân đang

gặt lúa

Phân biệt giữa các loại gạo thơm:

Bằng cách xác định tương quan giữa VOCs và

2AP.

Nghiên cứu cách hợp chất tương tác: Giúp hiểu cách các hợp chất hữu cơ khác nhau tương tác với 2AP

- Các bước trong kỹ thuật SSR:

Xây dựng

thư viện

SSR

Xác định locus SSR

Xác định vùng phù hợp để thiết

kế primer

PCR với các primer thiết

kế để đánh giá phân tích bằng mẫu băng.

- Ưu điểm: Nhiều allen trong

cùng một locus phân bố đều

trong genome.

- Nhược điểm: phải biết trước

trình tự genome.

Hình 3.1 Nguyên lý làm việc của SSR

3 Dấu hiệu phân tử và tuyển chọn giống lúa

Chuỗi DNA được

phân biệt bởi 1

3 Dấu hiệu phân tử và tuyển chọn giống lúa

- Ưu điểm: Kỹ thuật này có thể xác định được hệ biến đổi trong

chuỗi nucleotide của mẫu nghiên cứu và đối chứng SPN có số

lượng lớn.

- Nhược điểm: Tốn kém và khó khăn trong công nghệ.

3 Dấu hiệu phân tử và tuyển chọn giống lúa

3 Dấu hiệu phân tử và tuyển chọn giống lúa thơm

3.1 Điểm đánh dấu được sử dụng trong cải tiến cây trồng

AFLP Đáng tin cậy, mang tính hướng dẫn

nhiều hơn, có khả năng tái sản xuất cao Hiệu quả về chi phí, thông lượng cao

Chiếm ưu thế, đòi hỏi DNA chất lượng cao

 

DArT Đa hình, thông tin trình tự trước đó

không cần thiết, có khả năng tái sản xuất cao

Tính trạng trội,tốn kém để phát triển

ISSR Tính đa hình cao, đơn giản và dễ sử

dụng, thông tin trình tự trước không cần thiết

Khả năng tái sản xuất kém, đòi hỏi DNA chất lượng cao, các mảnh có kích thước khác nhau

RAPD Dễ dàng sử dụng, yêu cầu số lượng

DNA thấp hơn, đa hình

Ưu thế, đòi hỏi DNA chất lượng cao, kém có thể tái sản xuất, không đặc hiệu theo vị trí

SNP Hiệu quả về mặt chi phí, phân bố

rộng rãi trong bộ gene, thông tin trình tự trước đó không cần thiết,

có khả năng tái sản xuất cao, đồng trội

Cần nhiều tiền để phát triển

SRAP Đơn giản, đáng tin cậy, các dải

được tách biệt dễ dàng

Tỷ lệ thông lượng chiếm ưu thế,

từ trung bình đến cao

SSRs Đồng trội, đòi hỏi số lượng DNA

thấp hơn, có khả năng tái sản xuất cao

Cần nhiều chi phí để phát triển

và sự xuất hiện hiện tượng đồng hợp tử

3 Dấu hiệu phân tử và tuyển chọn giống lúa thơm

3.1 Điểm đánh dấu được sử dụng trong cải tiến cây trồng

- Phương pháp nghiên cứu chọn lọc các cá

thể con lai giữa mẹ giống lúa thơm và bố là

giống lúa không thơm.

- Các bước tiến hành:

1 Phát triển hệ F2 của các tổ hợp lai

2 Phương pháp PCR.

3 Phân tích mùi thơm.

3 Dấu hiệu phân tử và tuyển chọn giống lúa

thơm 3.2 Nhân giống để tạo mùi thơm cho lúa

Hình 3.2 Cánh đồng lúa

Hình 3.1 Cánh đồng lúa

3 Dấu hiệu phân tử và tuyển chọn giống lúa

thơm 3.2 Nhân giống để tạo mùi thơm cho lúa

3 Dấu hiệu phân tử và tuyển chọn giống lúa

thơm 3.2 Nhân giống để tạo mùi thơm cho lúa

2 Phản ứng PCR

3 Dấu hiệu phân tử và tuyển chọn giống lúa

thơm 3.2 Nhân giống để tạo mùi thơm cho lúa

2 Phản ứng PCR

3 Dấu hiệu phân tử và tuyển chọn giống lúa

thơm 3.2 Nhân giống để tạo mùi thơm cho lúa

3 Phân tích mùi thơm

3 Dấu hiệu phân tử và tuyển chọn giống lúa

thơm 3.2 Nhân giống để tạo mùi thơm cho lúa

Kết quả nghiên cứu cho thấy

gene đơn lặn fgr qui định tổng

hợp chất 2AP và độ chính xác

của chỉ thị badh2.

Hình 3.3 Cánh đồng lúa

4 Những tiến bộ trong chọn tạo giống lúa chịu

hạn 4.1 Ảnh hưởng của hạn hán đến sinh trưởng và sản

xuất

- Hạn hán là một trong những căng thẳng

phi sinh học có sức tàn phá mạnh nhất

- Căng thẳng hạn hán ảnh hưởng đến cây

lúa ở cấp độ hình thái, sinh lý, sinh hóa và

phân tử

Hình 4.1 Mặt đất nứt nẻ

Hình 4.2 Tình trạng hạn hán

- Tác động của nó với cây lúa bao gồm giảm khả năng nảy mầm, chiều cao cây, sinh khối cây, số nhánh, hàm lượng chất diệp lục, số lượng và kích thước lá

4 Những tiến bộ trong chọn tạo giống lúa chịu

hạn 4.1 Ảnh hưởng của hạn hán đến sinh trưởng và sản

xuất

Hạn hán làm tăng khả năng cuốn lá, làm khô lá và tích tụ các chất bảo vệ thẩm thấu, chẳng hạn như proline, đường, polyamines và chất chống oxy hóa

Hình 4.3 Hạn hán

4 Những tiến bộ trong chọn tạo giống lúa chịu

hạn 4.2 Cơ sở di truyền của cây lúa có khả năng chịu hạn

Sự thể hiện tính chống chịu khô hạn được quan sát thông qua những

tính trạng cụ thể như hình thái rễ cây, lá, chồi thân, phản ứng co

nguyên sinh, bao phấn, qúa trình trỗ bông

Hình 4.4 Tính chống chịu khô hạn

4 Những tiến bộ trong chọn tạo giống lúa chịu

hạn 4.2 Cơ sở di truyền của cây lúa có khả năng chịu hạn

Khả năng

của rễ cây phát

triển sâu

xuống tầng đất

bên dưới

Tính trạng phun râu

và tung phấn với thời gian

cách quãng được xác

định

Sự điều tiết áp suất thẩm thấu

Hiện tượng biến dưỡng ABA

Hiện tượng nông học

WUE

4 Những tiến bộ trong chọn tạo giống lúa chịu

hạn 4.2 Cơ sở di truyền của cây lúa có khả năng chịu hạn

Trong một nghiên cứu được thực

hiện, khả năng di truyền theo nghĩa rộng đạt tới 78%

đối với năng suất hạt khi bị hạn hán.

Một số locus tính trạng định lượng liên quan đến khả năng chịu hạn đã được báo cáo và số lượng của chúng khác nhau tùy theo tác giả tùy thuộc vào loại tính trạng

và điều kiện thí

nghiệm

4 Những tiến bộ trong chọn tạo giống lúa chịu

hạn 4.2 Cơ sở di truyền của cây lúa có khả năng chịu hạn

Sự hiện diện của qDTY12.1 ở 85% số dòng được đánh giá, tiếp theo là

qDTY4.1 ở 79% số dòng và qDTY1.1 ở 64% số dòng Những QTL này

phổ biến ở những cây cho có khả năng chịu hạn

Đã tìm thấy qDTY12.1 trên nhiễm sắc thể 12 trong quần thể Vandana/

Way Rarem giải thích được khoảng 51% phương sai di truyền đối với năng suất dưới áp lực hạn hán nghiêm trọng ở vùng cao.

qDTY1.1 là QTL chính cho năng suất hạt dưới áp lực hạn hán ở vùng đất thấp trong quần thể CT9993/IR62266 trên nhiễm sắc thể 1, giải thích 32% phương sai di truyền

4 Những tiến bộ trong chọn tạo giống lúa chịu

hạn 4.3 Nhân giống lúa chịu hạn

Việc nhân giống để chịu hạn rất phức tạp

Các kiểu gene chịu hạn có thể được chọn lọc trực tiếp dựa trên năng suất hạt của chúng trong điều kiện khô hạn

Một số locus tính trạng định lượng liên quan đến khả năng chịu hạn đã được báo cáo và

số lượng

Áp lực hạn hán ảnh hưởng đến cây lúa ở cấp độ hình thái, sinh lý, sinh hóa và phân

tử

4 Những tiến bộ trong chọn tạo giống lúa chịu

hạn 4.3 Nhân giống lúa chịu hạn

Hạn hán làm tăng khả năng cuốn lá, làm khô lá và tích tụ các chất bảo vệ thẩm thấu

Giảm khả năng nảy mầm, chiều cao cây, sinh khối cây,

số nhánh, hàm lượng chất diệp lục, số lượng và kích thước lá

Các phương pháp nhân giống thông thường bao gồm một quá trình tích hợp

và tuần tự chiến lược chọn lọc kiểu hình, kiểu gene và chọn lọc để sàng lọc nhiều kiểu gene

4 Những tiến bộ trong chọn tạo giống lúa chịu

hạn 4.3 Nhân giống lúa chịu hạn

Một số QTL có tác dụng đáng kể có thể được sử dụng để cải thiện giống về năng suất hạt.

Năng suất của các giống trồng có thể được đánh giá cao được cải thiện bằng cách xếp ba QTL chính trở lên với hiệu quả nhất quán

5 Phát triển các giống lúa thơm chịu

hạn Nhân giống theo định hướng thị

trường

Thường ở các quốc gia sẽ chọn các giống lúa

không thơm nhưng năng suất cao và chịu hạn

cao để sản xuất để đáp ứng nhu cầu lương

thực ở các quốc gia đó, việc áp dụng các giống

lúa thơm và chịu hạn vẫn còn rất hạn chế do

các giống lúa thơm và chịu hạn này thường

năng xuất rất thấp nên các quốc gia vẫn chưa

phổ biến rộng rãi cho nông dân cach tác.

36

6 Kết luận và đánh giá

•Mùi thơm là một trong những đặc tính chất lượng của hạt thu hút người

tiêu dùng trên toàn thế giới Tính trạng này chủ yếu được kiểm soát bởi gene

badh2 nhưng biểu hiện của nó bị ảnh hưởng mạnh mẽ bởi các yếu tố môi

trường.

•Các giống lúa thơm được báo cáo năng suất thấp và ít thích nghi với điều

kiện môi trường, bao gồm cả hạn hán.

6 Kết luận và đánh giá

•Đánh giá cảm quan kết hợp với việc sử dụng các chỉ thị chức năng

dường như là phương pháp tốt nhất để tuyển chọn thành công các

giống lúa thơm.

6 Kết luận và đánh giá

•Các nhà nghiên cứu đã cố gắng xác định các QTL chính cho khả năng

chịu hạn ở cây lúa và đưa chúng vào các giống có các tính trạng ưa

thích khác, chẳng hạn như năng suất cao và chất lượng hạt cao IRRI đã

khuyến nghị QTL để cải thiện khả năng chịu hạn ở các hệ sinh thái vùng

thấp và vùng cao.

6 Kết luận và đánh giá

•Hầu hết các nghiên cứu về khả năng chịu hạn đã được thực hiện ở châu Á

và có rất ít thông tin về việc chọn tạo giống lúa chịu hạn ở châu Phi Hầu hết

các nước châu Phi, bao gồm cả Burundi, không có báo cáo nào được công bố

về khả năng chịu hạn của cây lúa Tuy nhiên, ở Burundi, chương trình nhân

giống lúa nhằm mục đích cải thiện các giống lúa thơm có khả năng chịu hạn

để tiếp tục cung cấp cho nông dân.

6 Kết luận và đánh giá

•Người ta đã chứng minh rằng có thể kết hợp khả năng chịu hạn và mùi

thơm trong một giống Tuy nhiên, vẫn chưa có báo cáo nào được công bố

về việc đưa ra các giống lúa thơm chịu hạn Các chương trình nhân giống

trong tương lai có thể tập trung vào việc cải tiến các giống lúa thơm có khả

năng chịu hạn nhằm đáp ứng sở thích của cả nông dân và người tiêu dùng ở

Châu Phi.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1 Panda, D., Mishra, S S., & Behera, P K (2021) Drought Tolerance in Rice: Focus on Recent Mechanisms and Approaches Rice Science, 2, 119–132 https://doi.org/10.1016/ j.rsci.2021.01.002

2 Agronomy 2022, 12(7), 1726; https://doi.org/10.3390/agronomy12071726.

3 Zheng, Z., Zhang, C., Liu, K et al Volatile Organic Compounds, Evaluation Methods and Processing Properties for Cooked Rice Flavor Rice 15, 53 (2022)

https://doi.org/10.1186/s12284-022-00602-3.

4 Hinge, V.R., Patil, H.B & Nadaf, A.B Aroma volatile analyses and 2AP characterization at various developmental stages in Basmati and Non-Basmati scented rice (Oryza

sativa L.) cultivars Rice 9, 38 (2016) https://doi.org/10.1186/s12284-016-0113-6.

5 Ruan, S., Luo, H., Wu, F., He, L., Lai, R., & Tang, X (2023) Organic cultivation induced regulation in yield formation, grain quality attributes, and volatile organic compounds

of fragrant rice Food Chemistry, 134845 https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2022.134845.

6 Peng, B., Zuo, Y.-H., Hao, Y.-L., Peng, J., Kong, D.-Y., Peng, Y., Nassirou, T.-Y., He, L.-L., Sun, Y.-F., Liu, L., Pang, R.-H., Chen, Y.-X., Li, J.-T., Zhou, Q.-Y., Duan, B., Song, X.-H., Song, S.-Z., & Yuan, H.-Y (2018) Studies on Aroma Gene and its Application in Rice Genetics and Breeding Journal of Plant Studies, 2, 29 https://doi.org/10.5539/jps.v7n2p29.

7 J Sci & Devel 2014, Vol 12, No 4: 539-548 Tạp chí Khoa họcvà Phát triển 2014, tập 12, số 4: 539-548 www.hua.edu.vn Sử dụng chỉ thị phân tử adn xác định gen mùi

thơm trong chọn tạo giống lúa thơm.

8 Hoahoclachiase (2021, November 16) 2-Acetyl-1-pyrroline | HHLCS HHLCS; https://www.facebook.com/hoahoclachiase/

https://hhlcs.com/phan-tu-cua-tuan/2-acetyl-1-pyrroline

9 Nguyễn Thị Lang và Bùi Chí Bửu (2004) Xác định gen fgr điều khiển tính trạng mùi thơm bằng phương pháp Fine Mapping với microsatellites, Hội nghị quốc gia về chọn tạo giống lúa, trang 192.

10 Mã Thái Hòa và Lê Ngọc Thạch (2011) Phân tích mùi thơm của gạo jasmine 85, Tạp chí Khoa học, Trường Đại học Cần Thơ, 18a: 28 - 34.

11 Phan Hữu Tôn và Tống Văn Hải (2010) Sàng lọc các giống lúa có chứa gen thơm bằng chỉ thị phân tử, Tạp chí Khoa học và Phát triển, Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội, 8(4),646-652.

12 Sisang, B B., Kim, S., Lee, J., Sun, Y., & Lee, J.-I (2019) Factors Influencing Consumer Preference for Rice in the North West Region of Cameroon Journal of the Korean

Society of International Agricultue, 3, 214–225 https://doi.org/10.12719/ksia.2019.31.3.214.

13 Varatharajan, N., Chandra Sekaran, D., Murugan, K., & Chockalingam, V (2022) Rice Aroma: Biochemical, Genetics and Molecular Aspects and Its Extraction and

Quantification Methods In Integrative Advances in Rice Research IntechOpen http://dx.doi.org/10.5772/intechopen.98913.

43