Nghiên cứu đa dạng di truyền và khả năng kết hợp một số tổ hợp lai cà chua bằng chỉ thị phân tử DNA

Trường ðại Học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp i BỘ GIÁO DỤC VÀ ðÀO TẠO TRƯỜNG ðẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI          NGUYỄN NGỌC TUẤN NGHIÊN CỨU ðA DẠNG DI TRUYỀN VÀ KHẢ NĂNG KẾT HỢP MỘT SỐ TỔ HỢP LAI CÀ CHUA BẰNG CHỈ THỊ PHÂN TỬ DNA LUẬN VĂN THẠC SĨ Hà Nội - 2013 Trường ðại Học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp i BỘ GIÁO DỤC VÀ ðÀO TẠO TRƯỜNG ðẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI          NGUYỄN NGỌC TUẤN NGHIÊN CỨU ðA DẠNG DI TRUYỀN VÀ KHẢ NĂNG KẾT HỢP MỘT SỐ TỔ HỢP LAI CÀ CHUA BẰNG CHỈ THỊ PHÂN TỬ DNA CHUYÊN NGÀNH : CÔNG NGHỆ SINH HỌC Mà SỐ : 60.42.02.01 NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS. PHAN HỮU TÔN Hà Nội - 2013 Trường ðại Học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp i LỜI CAM ðOAN Tôi xin cam đoan tất cả số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn tốt nghiệp này là khách quan, trung thực và chưa từng được sử dụng để bảo vệ một học vị nào. Tôi xin cam đoan mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận văn tốt nghiệp này đã được cảm ơn, các thông tin trích dẫn trong khóa luận đều đã được chỉ rõ nguồn gốc. Hà Nội, ngày 4 tháng 11 năm 2013 Tác giả Nguyễn Ngọc Tuấn Trường ðại Học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ii LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành luận văn này tôi đã nhận được sự quan tâm, giúp đỡ rất tận tình của các thầy cô, bạn bè cũng như những người thân trong gia đình. Trước hết, tôi xin bày tỏ lòng biết sâu sắc tới thầy giáo PGS.TS Phan Hữu Tôn đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ và định hướng cho tôi trong suốt quá trình thực hiện đề tài. Tôi xin chân thành cảm ơn toàn thể cán bộ, nhân viên Bộ môn Sinh học phân tử và Công nghệ sinh học ứng dụng - Khoa công nghệ sinh học - ĐH Nông nghiệp Hà Nội đã nhiệt tình giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi cho tôi trong thời gian thực hiện đề tài tại bộ môn. Cuối cùng, tôi xin chân thành cảm ơn những người thân trong gia đình, anh em, bạn bè đã động viên, giúp đỡ và tạo điều kiện cho tôi hoàn thành luận văn này. Hà Nội, ngày 4 tháng 11 năm 2013 Tác giả Nguyễn Ngọc Tuấn Trường ðại Học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp iii MỤC LỤC Lời cam ñoan i Lời cảm ơn ii Mục lục iii Danh mục bảng v Danh mục hình vi PHẦN I. MỞ ðẦU 1 1.1. Đặt vấn đề 1 1.2. Mục đích và yêu cầu 2 1.2.1. Mục đích 2 1.2.2. Yêu cầu 2 PHẦN II. TỔNG QUAN TÀI LIỆU 3 2.1. Hệ thống phân loại và đặc điểm thực vật học 3 2.1.1. Phân loại 3 2.1.2. Đặc điểm thực vật học 4 2.2. Chọn tạo giống cà chua ưu thế lai ở Việt Nam 7 2.2.1. Khái niệm về ưu thế lai và ưu thế lai ở cà chua 7 2.2.2. Tạo giống ưu thế lai ở cây cà chua 7 2.2.3. Biểu hiện ưu thế lai của cà chua 8 2.2.4. Nghiên cứu khả năng kết hợp 8 2.3. Đa dạng di truyền và nghiên cứu về đa dạng di truyền. 9 2.3.1. Đa dạng di truyền 9 2.3.2. Nguyên nhân phát sinh đa dạng di truyền 10 2.3.3. Các mức độ đa dạng di truyền 10 2.3.4. Phương pháp đánh giá đa dạng di truyền 10 2.3.5. Ứng dụng chỉ thị phân tử SSR trong chọn giống cà chua. 12 2.4. Một số thành tựu về chọn tạo giống cà chua lai ở Việt Nam 13 PHẦN 3. VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 17 3.1. Vật liệu, địa điểm và thời gian nghiên cứu 17 Trường ðại Học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp iv 3.1.1. Vật liệu nghiên cứu 17 3.1.2. Địa điểm và thời gian nghiên cứu 18 3.2. Nội dung nghiên cứu 18 3.3. Phương pháp nghiên cứu 18 3.3.1. Đánh giá các đặc điểm hình thái, nông sinh học, năng suất, chất lượng quả 18 3.3.2. Đánh giá đa dạng di truyền bằng chỉ thị phân tử SSR 21 3.3.3. Đánh giá khả năng kết hợp của các tổ hợp lai 23 PHẦN 4. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 24 4.1. Đánh giá đa dạng di truyền các mẫu giống bằng chỉ thị hình thái 24 4.1.1. Đa dạng về một số đặc điểm sinh trưởng, đặc điểm hình thái và cấu trúc cây 24 4.1.2. Đa dạng về cấu trúc chùm hoa, đặc điểm nở hoa, năng suất và các yếu tố tạo thành năng suất 27 4.1.3. Đa dạng về hình thái và chất lượng quả 30 4.1.4. Xây dựng cây phả hệ phân nhóm các mẫu giống dựa trên dữ liệu kiểu hình 35 4.2. Kết quả nghiên cứu đa dạng di truyền bằng chỉ thị phân tử SSR 36 4.3. Nghiên cứu khả năng kết hợp của các tổ hợp lai 43 4.3.1. Kết quả đánh giá đặc điểm nông sinh học 43 4.3.2. Khả năng kết hợp của các dòng bố mẹ 53 4.3.3. Giới thiệu một số tổ hợp lai triển vọng 59 PHẦN 5. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 61 5.1. Kết luận 61 5.2. Kiến nghị 61 TÀI LIỆU THAM KHẢO 62 Trường ðại Học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp v DANH MỤC BẢNG STT TÊN BẢNG TRANG Bảng 3.1. Các mẫu giống cà chua sử dụng trong nghiên cứu đa dạng di truyền 17 Bảng 3.2. Các tổ hợp lai F1 sử dụng trong nghiên cứu khả năng kết hợp 18 Bảng 3.3. Trình tự và nhiệt độ gắn mồi các cặp mồi SSR sử dụng trong nghiên cứu đa dạng di truyền các mẫu giống cà chua nghiên cứu 22 Bảng 4.1. Một số đặc điểm sinh trưởng, đặc điểm hình thái 26 Bảng 4.1. Một số đặc điểm sinh trưởng, đặc điểm hình thái và cấu trúc cây các mẫu giống nghiên cứu 26 Bảng 4.2. Một số đặc điểm về cấu trúc chùm hoa, đặc điểm nở hoa, năng suất và các yếu tố tạo thành năng suất 29 Bảng 4.3. Hình thái quả của các mẫu giống cà chua nghiên cứu 31 Bảng 4.4. Một số chỉ tiêu chất lượng quả của các mẫu giống nghiên cứu 33 Bảng 4.5. Thống kê số băng DNA thu được trên các mẫu giống cà chua nghiên cứu với 5 mồi SSR đa hình 39 Bảng 4.6. Hệ số tương đồng di truyền giữa các mẫu giống cà chua nghiên cứu 42 Bảng 4.7. Thời gian sinh trưởng và một số đặc điểm hình thái của các tổ hợp lai trong vụ xuân hè 2013 44 Bảng 4.8. Cấu trúc chùm hoa, đặc điểm nở hoa và tỷ lệ đậu quả của các tổ hợp lai 46 Bảng 4.9. Năng suất và các yếu tố cấu thành năng suất của các tổ hợp lai 48 Bảng 4.10. Một số đặc điểm về hình thái quả của các tổ hợp lai 50 Bảng 4.11. Một số đặc điểm về chất lượng quả của các tổ hợp lai 52 Bảng 4.12. Ưu thế lai về tổng số quả/cây của các tổ hợp lai 54 Bảng 4.13. Ưu thế lai về khối lượng quả trung bình 56 Bảng 4.14. Ưu thế lai về năng suất cá thể của các tổ hợp lai 58 Bảng 4.15. Đặc điểm nông sinh học chính của các tổ hợp lai triển vọng so với đối chứng Savior 60 Trường ðại Học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp vi DANH MỤC HÌNH STT TÊN HÌNH TRANG Hình 4.1. Sơ đồ phả hệ của 26 mẫu giống cà chua nghiên cứu dựa trên các chỉ thị kiểu hình 35 Hình 4.2. Sản phẩm khuếch đại DNA hệ gen một số mẫu giống với mồi SSR 304 36 Hình 4.3. Sản phẩm khuếch đại DNA hệ gen một số mẫu giống với mồi SSR 108 37 Hình 4.4. Sản phẩm khuếch đại DNA hệ gen một số mẫu giống với mồi Tom 8-9A 37 Hình 4.5. Sản phẩm khuếch đại DNA hệ gen một số mẫu giống với mồi Tom 49-50 38 Hình 4.6. Sản phẩm khuếch đại DNA hệ gen một số mẫu giống với mồi Tom 322-323 38 Hình 4.7. Cây phả hệ xây dựng dựa trên dữ liệu phân tích bằng chỉ thị phân tử SSR 40 Hình 4.8. Hình ảnh một số tổ hợp lai cà chua triển vọng trong nghiên cứu 59 Trường ðại Học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp 1 PHẦN I. MỞ ðẦU 1.1. ðặt vấn ñề Cà chua là một loại rau quan trọng, có giá trị dinh dưỡng cao, được trồng ở nước ta từ rất lâu và luôn được xem là một trong những loại rau trồng chủ lực được nhà nước ưu tiên phát triển. Trong những năm gần đây, sử dụng giống cà chua lai đã giúp cải thiện rõ rệt về năng suất, chất lượng cũng như khả năng chống chịu và kháng các loài sâu bệnh hại. Do có nhiều đặc tính ưu việt nên diện tích trồng các giống cà chua lai đang phát triển một cách nhanh chóng. Đến nay, các nhà khoa học trong nước đã nghiên cứu và chọn tạo thành công nhiều giống cà chua lai có năng suất cao, chất lượng tốt để đưa vào sản xuất. Tuy nhiên, hàng năm nước ta vẫn phải nhập một lượng lớn hạt giống cà chua lai từ nước ngoài. Điều đó cho thấy bộ giống cà chua của nước ta vẫn chưa thực sự đáp ứng được yêu cầu tiêu thụ trong nước. Nhận thức được điều này, việc chọn tạo thêm các giống cà chua lai mới luôn được các nhà khoa học quan tâm. Để chọn tạo thành công giống cà chua lai thì cần xác định khả năng phối hợp cho ưu thế lai giữa các dòng bố mẹ. Theo phương pháp truyền thống ta phải lai thử sau đó đánh giá ưu thế lai để tìm được tổ hợp có ưu thế lai cao sau đó sản xuất hạt lai. Phương pháp này đòi hỏi nhiều công sức và thời gian trồng thử. Theo nguyên tắc tạo giống ưu thế lai, bố mẹ càng khác xa nhau và bổ sung cho nhau nhiều tính trạng, nhiều gen hay cụ thể là DNA thì khả năng cho ưu thế lai càng cao. Hiện nay nhờ sự phát triển của công nghệ sinh học và chỉ thị phân tử DNA, chúng ta có thể tìm ra sự đa dạng di truyền những vùng DNA có liên quan đến các gen qui định các tính trạng làm cơ sở tham khảo để tiến hành lai sẽ cho ưu thế lai cao, rút bớt được khối lượng công việc lai thử và xác định sớm được ưu thế lai giữa các tổ hợp. Chính vì những lý do trên, chúng tôi tiến hành đề tài “Nghiên cứu ña dạng di truyền và khả năng kết hợp một số tổ hợp lai cà chua bằng chỉ thị phân tử DNA”. Trường ðại Học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp 2 1.2. Mục ñích và yêu cầu 1.2.1. Mục ñích - Đánh giá đa dạng di truyền của các dòng bố mẹ bằng chỉ thị hình thái và chỉ thị phân tử DNA. - Đánh giá một số tổ hợp lai cà chua, từ đó chọn ra các tổ hợp lai triển vọng. 1.2.2. Yêu cầu - Đánh giá một số đặc điểm hình thái, nông sinh học, năng suất, chất lượng của các mẫu giống cà chua bố mẹ làm cơ sở xác định đa dạng di truyền. - Sử dụng chỉ thị phân tử SSR để đánh giá đa dạng di truyền giữa các mẫu giống. - Đánh giá được một số đặc điểm nông sinh học, năng suất và chất lượng của các tổ hợp lai từ đó chọn ra được các tổ hợp lai có đặc điểm tốt nhất, giới thiệu cho thử nghiệm. [...]... di truy n và m i quan h c a các gi ng cùng thu c chi Lycopersicon (Alvarez A.E và c ng s , 2001; E.Z và c ng s , 2002; Y.M và c ng s , 2003) ñánh giá và xác ñ nh m i quan h gi a các gi ng cà chua g c và các gi ng cà chua ñư c ch n l c, lai t o gi a các gi ng g c Các ch th phân t còn ñư c s d ng ñ xác ñ nh các ch th liên k t v i các tính tr ng quan tr ng, phân l p gen và thi t l p b n ñ gen cây cà chua. .. giá ña d ng di truy n 61 m u gi ng cà chua thu th p t Trung Qu c, ðài Loan, Nh t B n và Israel K t qu các c p m i s d ng ñ u cho các v ch ña hình, d a vào ñó tác gi ñã phân chia các gi ng nghiên c u thành 6 nhóm khác bi t v di truy n 2.4 M t s thành t u v ch n t o gi ng cà chua lai Vi t Nam Cà chua là ñ i tư ng chính trong nghiên c u gi ng rau Vi t Nam ñ u th p k 70 c a th k trư c Tham gia vào công tác... 2.1 (Rohlf, 2000) 3.3.3 ðánh giá kh năng k t h p c a các t h p lai – Kh năng k t h p c a các dòng b m ñư c xác ñ nh qua m c bi u hi n ưu th lai c a con lai F1 M c bi u hi n ưu th lai c a con lai càng cao thì các dòng b m càng có kh năng ph i h p cao Có 3 lo i ưu th lai: + Ưu th lai gi ñ nh: + Ưu th lai th c: + Ưu th lai tiêu chu n: Trong ñó: F1 là giá tr c a con lai; P1 là giá tr c a dòng b m 1; P2... H th ng phân lo i và ñ c ñi m th c v t h c 2.1.1 Phân lo i Cà chua (Lycopersicon esculentum Mill) thu c h cà (Solaneceae), chi (Lycopersicon) Có b nhi m s c th 2n=24 và g m có 12 loài Cà chua ñư c nghiên c u và l p thành h th ng phân lo i theo quan ñi m riêng c a nhi u tác gi : H.J.Muller (1940), Daskalov và Popov (1941), Luckwill (1943), Lehmann (1953), Brezhnev (1955, 1964) M thư ng dùng phân lo... kh năng ch ng ch u b nh virus, b nh héo xanh… + Ưu th lai tích lũy: là s tăng cư ng tích lũy vào các b ph n c a cây như hàm lư ng protein, ñ Brix… 2.2.4 Nghiên c u kh năng k t h p Trong quá trình nghiên c u ưu th lai ngô ñã n y sinh khái ni m kh năng k t h p c a các d ng b m và nh ng bi u hi n chính c a chúng Kh năng k t h p là m t thu c tính di truy n, ñư c truy n l i qua t ph i và qua lai Kh năng. .. (Lê Th Th y và c ng s , 2010) Trư ng ð i H c Nông Nghi p Hà N i – Lu n văn th c sĩ khoa h c nông nghi p 16 PH N 3 V T LI U VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN C U 3.1 V t li u, ñ a ñi m và th i gian nghiên c u 3.1.1 V t li u nghiên c u – Nghiên c u ña d ng di truy n 26 m u gi ng cà chua thu n ñư c thu th p và b o t n t i trung tâm b o t n và phát tri n ngu n gen cây tr ng (b ng 3.1) – Nghiên c u kh năng k t h p... thu các F1 t các t h p lai (t p ñoàn gi ng lai F1) ñánh giá, ch n l c các t h p lai có tri n v ng và chúng ñư c ñưa vào th nghi m khác nhau, t ñó ch n ra gi ng lai ph c v s n xu t theo các m c tiêu ñ ra 2.3 ða d ng di truy n và nghiên c u v ña d ng di truy n 2.3.1 ða d ng di truy n ða d ng di truy n là t p h p bi n ñ i c a các gen và các ki u gen trong n i b c a m t loài ða d ng di truy n là chìa khóa... Hàn Qu c và M ñã thu ñư c 150 alen, s lư ng alen trung bình c a m i locus là 4,3 H s PIC là 0,31, h s tương ñ ng di truy n là 0,85 và các dòng này ñư c chia thành 4 nhóm Liwang Liu và c ng s (2007) ñã s d ng ch th phân t RAPD, ISSR và SSR ñ ki m tra ñ tinh khi t di truy n gi ng lai c a hai gi ng cà chua thương m i là Hezuo 90 và Sufen s 8 v i 148 c p m i RAPD và ISSR, 49 m i SSR Pritesh Parmar và c ng... 3.1.2 ð a ñi m và th i gian nghiên c u – Các nghiên c u ñư c th c hi n t i phòng nghiên c u b môn Sinh h c phân t và Công ngh Sinh h c ng d ng và Trung tâm b o t n và Phát tri n ngu n gen Cây tr ng, Trư ng ð i h c nông nghi p HàN i – Th i gian th c hi n: t tháng 1/2013 ñ n 8/2013 3.2 N i dung nghiên c u – Nghiên c u ña d ng di truy n các m u gi ng s d ng các ch th hình thái và ch th phân t SSR – ðánh... a vào ñ dài và s lư ng c a các ño n l p l i DNA khác nhau gi a các ñ ng v t, th c v t và vi sinh v t ñ xác ñ nh ñư c m c ñ ña d ng di truy n c a các m u so sánh SSR là ch th ñ ng tr i (codominant) có kh năng phát hi n ña hình r t cao 2.3.5 ng d ng ch th phân t SSR trong ch n gi ng cà chua Ngày nay, v i công ngh sinh h c phát tri n, các ch th phân t ñã ñư c s d ng trong các nghiên c u ch n gi ng cà chua . Nghiên cứu khả năng kết hợp 8 2.3. Đa dạng di truyền và nghiên cứu về đa dạng di truyền. 9 2.3.1. Đa dạng di truyền 9 2.3.2. Nguyên nhân phát sinh đa dạng di truyền 10 2.3.3. Các mức độ đa dạng. NGUYỄN NGỌC TUẤN NGHIÊN CỨU ðA DẠNG DI TRUYỀN VÀ KHẢ NĂNG KẾT HỢP MỘT SỐ TỔ HỢP LAI CÀ CHUA BẰNG CHỈ THỊ PHÂN TỬ DNA CHUYÊN NGÀNH : CÔNG NGHỆ SINH HỌC Mà SỐ : 60.42.02.01 . giá đa dạng di truyền bằng chỉ thị phân tử SSR 21 3.3.3. Đánh giá khả năng kết hợp của các tổ hợp lai 23 PHẦN 4. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 24 4.1. Đánh giá đa dạng di truyền các mẫu giống bằng chỉ