sử dụng phương pháp chọn giống nhờ chỉ thị phân tử (mas) chọn lọc các dòng lúa triển vọng cho năng suất cao mang qtl gen quy định tính trạng tăng số hạt trên bông

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC    ĐỖ NGỌC TUYỀN SỬ DỤNG PHƢƠNG PHÁP CHỌN GIỐNG NHỜ CHỈ THỊ PHÂN TỬ (MAS) CHỌN LỌC CÁC DÒNG LÚA TRIỂN VỌNG CHO NĂNG SUẤT CAO MANG QTL/GEN QUY ĐỊNH TÍNH TRẠNG TĂNG SỐ HẠT TRÊN BÔNG LUẬN VĂN THẠC SĨ CÔNG NGHỆ SINH HỌC THÁI NGUYÊN - 2014 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC    ĐỖ NGỌC TUYỀN SỬ DỤNG PHƢƠNG PHÁP CHỌN GIỐNG NHỜ CHỈ THỊ PHÂN TỬ (MAS) CHỌN LỌC CÁC DÒNG LÚA TRIỂN VỌNG CHO NĂNG SUẤT CAO MANG QTL/GEN QUY ĐỊNH TÍNH TRẠNG TĂNG SỐ HẠT TRÊN BÔNG CHUYÊN NGÀNH : CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÃ SỐ : 60.42.02.01 NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. TRẦN ĐĂNG KHÁNH THÁI NGUYÊN - 2014 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đã trực tiếp thực hiện hầu hết các nghiên cứu trong luận văn này. Mọi kết quả thu được nguyên bản, không chỉnh sửa hoặc sao chép từ các nghiên cứu khác. Các số liệu, sơ đồ kết quả của luận văn này chưa từng được công bố. Tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm với những lời cam đoan trên! Tác giải luận văn Đỗ Ngọc Tuyền Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ ii LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành luận văn thạc sỹ công nghệ sinh học này, tôi xin bày tỏ sự biết ơn vô cùng sâu sắc tới TS.Trần Đăng Khánh – Phòng sinh học phân tử - Viện di truyên Nông Nghiệp về những hướng dẫn tận tình, chu đáo bên cạnh những kiến thức sinh học bổ ích khác. Bên cạnh đó, tôi cũng xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn, giúp đỡ quý báu, nhiệt tình của tập thể cán bộ thuộc: 1. Phòng thí nghiệm Sinh học phân tử - Viện Di truyền Nông nghiệp 2. Khoa Khoa học sự sống, Đại học Khoa học Thái Nguyên là những nơi tôi đã tiến hành luận văn thạc sỹ công nghệ sinh học của mình. Luận văn này được thực hiện với nguồn kinh phí từ Quỹ phát triển Khoa học và Công nghệ Quốc gia. Tác giả luận văn Đỗ Ngọc Tuyền Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ iii MỤC LỤC Trang Lời cam đoan i Lời cảm ơn ii Mục lục iii Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt iv Danh mục bảng v Danh mục hình vi MỞ ĐẦU 1 Chƣơng 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 4 1.1. Nguồn gốc, phân loại, ý nghĩa của cây lúa 4 1.2. Chỉ thị phân tử trong công tác chọn tạo giống 6 1.2.1. Chỉ thị phân tử 6 1.2.2. Ứng dụng chỉ thị phân tử trong công tác chọn tạo giống ( Phương pháp Marker assisted selection- MAS) 11 1.3. Tổng quan tình hình nghiên cứu 15 1.3.1. Tổng quan tình hình nghiên cứu quốc tế 15 1.3.2. Tình hình nghiên cứu trong nước 21 Chƣơng 2: VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 24 2.1. Vật liệu nghiên cứu 24 2.1.1.Giống lúa nghiên cứu 24 2.1.2.Các chỉ thị phân tử và hóa chất thí nghiệm 24 2.1.3. Địa điểm và thời gian nghiên cứu 25 2.2. Phương pháp nghiên cứu 25 2.2.1. Phương pháp thí nghiệm đồng ruộng 25 2.2.2. Các phương pháp thí nghiệm trong phòng 25 2.2.3. Phương pháp phân tích và xử lý số liệu. 30 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ iv Chƣơng 3: KẾT QỦA NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 31 3.1. Kết quả xác định chỉ thị phân tử đa hình tại vị trí QTL/gen Yd7 giữa giống Khang Dân 18 và giống KC25 31 3.1.1. Kết quả tách chiết DNA tổng số 31 3.1.2. Kết quả xác định các chỉ thị phân tử đa hình tại vị trí QTL/gen Yd7 31 3.2. Kết quả lai tạo thế hệ F1 của tổ hợp Khang Dân 18 và KC25 32 3.3. Kết quả xác định cá thể mang QTL/gen Yd7 trong quần thể F1 của tổ hợp lai Khang Dân 18 và KC25 33 3.4. Kết quả xác định cá thể mang QTL/gen Yd7 trong quần thể F2 của tổ hợp lai Khang Dân 18 và KC25 34 3.5. Kết quả xác định các cá thể trong quần thể F3 của tổ hợp Khang Dân 18 và KC25 mang QTL/gen quy định tính trạng tăng số hạt/bông 37 3.6. Kết quả xác định dòng lúa triển vọng mang QTL/gen Yd7 cho năng suất cao 40 Chƣơng 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 42 4.1. Kết luận 42 4.2. Kiến nghị 42 TÀI LIỆU THAM KHẢO 43 PHỤ LỤC Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ iv DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT DNA : Deoxyribonucleic Acid AFLP : Amplified Fragment Length Polymorphism - Đa hình chiều dài các đoạn được nhân bản chọn lọc Bp : Base pair – Cặp bazơ nitơ Cs : Cộng sự dNTP : Deoxynucleotide triphosphate MAS : Marker Assisted Selection – Chọn lọc nhờ chỉ thị phân tử PCR : Polymerase Chain Reaction - Phản ứng chuỗi trùng hợp QTL/QTLs : Quantitative Trait Loci(s) - Locus kiểm soát tính trạng số lượng RAPD : Random Amplification of Polymorphic DNA - Đa hình ADN được nhân bản ngẫu nhiên RFLP : Restriction Fragment Length Polymorphism – Đa hình chiều dài mảnh phân cắt giới hạn SSR : Simple Sequence Repeat - Sự lặp lại của trình tự đơn giản TBE : Tris-Boric Acid-EDTA Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ v DANH MỤC BẢNG Trang Bảng 2.1: Thông tin những cặp mồi được sử dụng trong nghiên cứu 24 Bảng 2.2: Thành phần phản ứng PCR 27 Bảng 2.3: Chu trình nhiệt của phản ứng PCR 27 Bảng 3.1: Bảng thống kê kết quả thí nghiệm 40 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ vi DANH MỤC HÌNH Trang Hình 2.1: Minh họa QTL/gen Yd7………….………………………………. 26 Hình 3.1: Kết quả tách DNA tổng số trên gel agarose 0,8% …… ….… . …31 Hình 3.2: Sản phẩm điện di với các chỉ thị trên gel agarose 2,5% … . …32 Hình 3.3: Kết quả lai tổ hợp Khang dân 18 và KC25……………….……… . 33 Hình 3.4: Kết quả điện di trên gel agarose 2,5% với chị thị RM500 33 Hình 3.5: Kết quả điện di trên gel agarose 2,5% với chị thị RM21615 34 Hình 3.6 : Kết quả điện di kiểm tra quần thể F2 với chỉ thị RM21615 35 Hình 3.7: Kết quả điện di kiểm tra quần thể F2 với chỉ thị RM500 36 Hình 3.8: Kết quả điện di kiểm tra quần thể F3 với chỉ thị RM500 38 Hình 3.9: Kết quả điện di kiểm tra quần thể F3 với chỉ thị RM445 39 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 1 MỞ ĐẦU 1. Đặt vấn đề Lúa (Oryza sativa) là cây lương thực quan trọng, với diện tích trồng khoảng 148,4 triệu hecta trên toàn thế giới (trong đó châu Á chiếm 135 triệu hecta). Lúa gạo là một trong những cây trồng cung cấp nguồn lương thực quan trọng nhất, lúa có ảnh hưởng đến đời sống của ít nhất 65% dân số thế giới. Châu Á chiếm 90% diện tích đất trồng lúa của thế giới với sản lượng 651 triệu tấn chiếm 92% tổng sản lượng lúa gạo thế giới (Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn, 2010), trong đó khoảng 75% diện tích lúa được trồng trong điều kiện ruộng ngập nước, 19% diện tích lúa trồng trong điều kiện ruộng thấp nhờ nước trời và khoảng 4% diện tích lúa trồng trong điều kiện ruộng cạn, không chủ động nước. Việt Nam có 4,36 triệu hecta trồng lúa, sản lượng đạt 34,4 triệu tấn, năng suất bình quân 4,67tấn/hecta, xuất khẩu 44 triệu tấn gạo.Ở Việt Nam lúa gạo là một trong những sản phẩm xuất khẩu chủ lực của nền nông nghiệp và cũng là nguồn lương thực chính của hơn 86 triệu dân trong nước. Do quá trình đô thị hóa, công nghiêp hóa diễn ra nhanh chóng, diện tích đất dành cho việc trồng lúa ngày càng bị thu hẹp, và chịu những ảnh hưởng tiêu cực từ biến đổi khí hậu làm năng suất lúa bị sụt giảm rõ rệt, cùng với áp lực dân số ngày càng tăng đòi hỏi nguồn cung lương thực ngày càng lớn. Vì vậy, đáp ứng sản lượng lương thực là rất cần thiết. Việc phát triển nguồn giống đã được cải tiến cho năng suất cao, chất lượng tốt là yếu tố quan trọng cho việc đảm bảo hệ thống sản lượng lúa. Chọn tạo giống lúa có khả năng năng suất cao là hết sức cần thiết, cấp bách và có ý nghĩa cho an toàn lương thực và tăng thu nhập của nông dân.Trong công tác chọn giống cây trồng, các tính trạng được khảo nghiệm là những tính trạng liên quan đến năng suất, phẩm chất của sản phẩm [...]... định tính trạng tăng số hạt trên bông với mục tiêu thông qua phương pháp MAS (Marker - Assisted Selection) xác định được các dòng lúa triển vọng cho năng suất cao 2 Mục đích nghiên cứu Chọn được cá thể mang QTL/ gen quy định tính trạng tăng số hạt trên bông ở thế hệ F1, F2, F3 của tổ hợp Khang Dân 18 và KC25 Ứng dụng phương pháp chọn giống nhờ chỉ thị phân tử chọn lọc dòng lúa mang QTL/ gen và cho năng suất. .. tử, các nhà chọn giống bắt đầu quan tâm nhiều hơn đến vấn đề chọn giống nhờ chỉ thị phân tử Trong chọn giống nhờ chỉ thị phân tử, quá trình chọn lọc được dựa trên cơ sở các chỉ thị phân tử liên kết với các gen quy định tính trạng cần quan tâm Chọn lọc nhờ chỉ thị phân tử trong chọn giống đã trở nên hữu hiệu không chỉ đối với các tính trạng được điều khiển bởi các gen chính mà đối với cả những tính trạng. .. Một QTL quy định tính trạng tổng số hạt trên bông được xác định tại vị trí chỉ thị phân tử RM422-RM215 bởi các tác giả [53], [59], [60], [70] Bốn QTLs quy định tính trạng hạt chắc trên bông được xác định bởi tác giả [53] tại vị trí RM215 Một QTL quy định tính trạng số bông trên khóm tại vị trí RG667-RM404 được xác định bởi các tác giả [30], [40], [59] Ba QTLs quy định tính trạng năng suất liên kết chỉ. .. chỉ thị phân tử RM239-RZ561 [59], C405-C371 trên vai dài [59] Một QTL quy định tính trạng tỷ lệ đậu hạt liên kết chỉ thị phân tử RM147 được xác định bởi các tác giả [53], [59] Hai QTLS quy định tính trạng số hạt chắc trên bông liên kết chỉ thị phân tử RZ892-RZ561 [59], C677-RG134 [40], [64] Hai QTLs quy định tính trạng độ dài hạt hạt liên kết chỉ thị phân tử RG257RG241 và RM228 [70] Nhiễm sắc thể số. .. Yd7 quy định tính trạng tăng số hạt trên bông Giống nhận QTL/ gen: Giống lúa Khang Dân 18là giống lúa trồng phổ biến ở miền Bắc Việt Nam có tính ổn định cao, thích ứng rộng 2.1.2 .Các chỉ thị phân tử và hóa chất thí nghiệm 06 chỉ thị phân tử liên kết với QTL/ gen Yd7 quy định tính trạng tăng số hạt/ bông nằm trên nhiễm sắc thể số 07 gồm chỉ thị RM445,RM418, RM500, RM21615, RM21560, RM2158 4sử dụng trong nghiên... Một QTLs quy định tính trạng số bông trên khóm liên kết chỉ thị phân tử RM210 [22], [59] Hai QTLs quy định tính trạng năng suất được xác định tại vị trí gần tâm động được xác định bởi các tác giả [59], [64], và một tại vị trí liên kết chỉ thị phân tử RZ66-RG598 [69] Nhiễm sắc thể số 9: Một QTL quy định tính trạng khối lượng nghìn hạt liên kết chỉ thị phân tử RM257-RG667 được xác định bởi các tác giả Số. .. những ứng dụng quan trọng của chỉ thị phân tử là xác định chỉ thị phân tử liên kết QTL/ gen và lập bản đồ QTL/ gen Với sự ra đời của hàng loạt các kỹ thuật chỉ thị phân tử đã cho phép xác định những QTL liên kết đến các tính trạng nông sinh học, yếu tố cấu thành năng suất Trong nghiên cứu xác định chỉ thị phân tử và lập bản đồ QTL/ gen điều khiển một tính trạng năng suất hay yếu tố cấu thành năng suất Đây... 11: Ba QTLs quy định tính trạng khối lượng nghìn hạt liên kết chỉ thị phân tử RM20B-RM167 trên vai ngắn nhiễm sắc thể số 11 được xác định bởi các tác giả [22], G44-G257 [29], [30], [32], [46], và RG103RZ536 [46], [64] Một QTL quy định tính trạng tỷ lệ đậu hạt liên kết chỉ thị phân tử RM224 được xác định bởi các tác giả [59], [62] Ba QTLs quy định tính trạng số hạt trên bông liên kết chỉ thị phân tử RM20-C104... [32] Ba QTLs quy định tính trạng số hạt trên bông được xác định tại vị trí trên vai ngắn của nhiễm sắc thể số 6, liên kết với chỉ thị phân tử R2869 [59], và RG138RM253 [41], [70], và G122-R2549 [44], [47] Xác định QTLs quy định tính trạng tỷ lệ đậu hạt được xác định liên kết chỉ thị phân tử OG32 [42] Trong khi đó, xác định QTL quy định tính trạng tỷ lệ đậu hạt tại vị trí RM276 [53] Ba QTLs số bông trên. .. năng suất triển vọng 3 Ý nghĩa của đề tài Xác định kiểu gen ở cả quần thể F1, F2, F3, khẳng định sự có mặt của QTL/ gen quy định tính trạng tăng số hạt trên bông trong quần thể Đánh giá nhanh và chính xác các dòng lúa mang QTL/ gen làm tăng năng suất Chọn giống nhờ chỉ thị phân tử làm giảm thời gian, công sức và vật chất nhiều lần so với chon giống bằng phương pháp truyền thống Tạo tiền đề cho các nghiên . tế trên tôi thực hiện đề tài: Sử dụng phương pháp chọn giống nhờ chỉ thị phân tử (MAS) chọn lọc các dòng lúa triển vọng cho năng suất caomang QTL/ gen quy định tính trạng tăng số hạt trên bông với. CHỈ THỊ PHÂN TỬ (MAS) CHỌN LỌC CÁC DÒNG LÚA TRIỂN VỌNG CHO NĂNG SUẤT CAO MANG QTL/ GEN QUY ĐỊNH TÍNH TRẠNG TĂNG SỐ HẠT TRÊN BÔNG CHUYÊN NGÀNH : CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÃ SỐ : 60.42.02.01. chỉ thị phân tử, các nhà chọn giống bắt đầu quan tâm nhiều hơn đến vấn đề chọn giống nhờ chỉ thị phân tử. Trong chọn giống nhờ chỉ thị phân tử, quá trình chọn lọc được dựa trên cơ sở các chỉ