VIỆN KHOA HỌC NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM 170 NGHIÊN CỨU CHỌN TẠO GIỐNG LÚA CHỊU NÓNG BẰNG CHỈ THỊ PHÂN TỬ CHO CÁC TỈNH Ở PHÍA NAM Bùi Chí Bửu 1 , Trương Quốc Ánh 1 , Bùi Phú Nam Anh 1 , Nguyễn Nam 1 , Lương Thế Minh 1 , Chung Anh Dũng 1 , Nguyễn Thế Cường 1 , Hoàng Văn Bằng 1 , Trương Vĩnh Hải 3 , Lưu Văn Quỳnh 2 , Nguyễn Văn Hiếu 3 , Bùi Phước Tâm 3 , Phạm Thị Thanh Hà 3 , Châu Thanh Nhã 3 , Nguyễn Thị Lang 3 1 Viện KHKT Nông nghiệp miền Nam 2 Viện KHKT Nông nghiệp duyên hải Nam Trung Bộ 3 Viện Lúa đồng bằng sông Cửu Long SUMMARY Rice breeding for heat tolerance via marker - assisted backcrossing and QTL analysis Twenty two crosses were made by the IAS and CLRRI. F 4 , F 5 and BC 2 populations were developed to set up RIL and BC mapping populations. SSR technique combined with selective genotyping was used to map quantitative trait loci (QTLs) associated with heat tolerance in rice. 310 lines (BC 2 F 2 ) derived from the cross of OM5930/were evaluated for heat at flowering %. Grain filling rate, unfilled grain, 1000 - grain weight, and grain yield were phenotyped under heat stress. Genetic map was set up with 264 polymorphic SSRs to detect the linkage to the target traits. The map covers 2,741.63 cM with an average interval of 10.55 cM between marker loci. Markers associated with heat tolerance were located mostly on chromosomes 3, 4, 6, 8 , 10, 11. QTL mapping was used to determine effects of loci associated with heat tolerance traits. We also mapped QTLs for morphological attributes related to heat tolerance. Chi - square tests ( 2 ), single maker analysis (SMA), interval mapping (IM) were combined in the QTL analysis. The proportion of phenotypic variation explained by each QTL ranged from markers RM3586, RM 160 on chromsome 3 and RM3735 on chr. 4 from 36.2, 17.1 and 32.6%, respectively. One more RM310 on chromosome 8 was recognized for morphological character related to heat tolerance. Four QTLs were detected for filled grains/panicle at the interval of RM468 - RM7076, RM241 -RM26212 on chromosome 4 and explaining 13.1% and 31.0% of the total phenotypic variance, respectively. Two QTLs controling unfilled grain percentage was detected at loci RM554, RM 3686 on chromosome 3 also showed minor effects explaining only 25.0% and 11.2% of the total phenotypic variance, which showed overdominance effect to increase heat toleance. One QTLs were detected for 1000 - grain weight located at the locus RM103 on chromosome 6, explaining 30.6% of the total phenotypic variance. One QTLs was detected for grain yield located at the locus RM5749 on chromosome 4 explaining 10.8% of the total phenotypic variance. Yield trials were conducted at 7 sites in Southern regions with 16 genotypes in 2012 dry season, via GxE interaction analysis. It revealed four promising lines as OM6707, TLR397, OM8108, TLR395, which must be paid more attention. Keywords: GxE interaction, heat tolerance, interval mapping (IM), single marker analysis (SMA), QTL. I. ĐẶT VẤN ĐỀ * Ảnh hưởng của stress do nhiệt độ cao được thấy rõ nhất ở giai đoạn lúa ra hoa khi nhiệt độ môi trường trên 35 o C. Sự ra hoa, thụ phấn và sự phát triển ống phấn sẽ bị kìm hãm dẫn đến việc gây ảnh hưởng đến khả năng phát triển của hạt (Morita và ctv. 2005; Peng và ctv., 2004; Zhu và ctv., 2005). Nếu nhiệt độ môi trường liên tục cao hơn 35 o C trong 5 ngày sẽ dẫn đến bất thụ ở hoa và không có hạt. Ngược lại, stress do nhiệt độ cao xảy ra ở giai đoạn đầy hạt (grain filling) sẽ dẫn đến thiệt hại về mặt kinh tế qua giảm sút sản lượng và chất lượng hạt (Zhu và ctv., 2005). Chất lượng Người phản biện: PGS.TS. Phan Thanh Kiếm. hạt giảm thể hiện qua cảm quan bên ngoài của hạt trước và sau khi xay và nấu do cấu trúc amylopectin, độ đàn hồi và dẻo của hạt bị biến đổi (Asaoka và ctv. 1985; Cheng và ctv., 2003). Giai đoạn chín của hạt thóc dưới điều kiện nhiệt độ cao sẽ làm cho hạt bị bạc bụng và khối lượng hạt sẽ giảm. Điều này đã được bà Melissa Fritzland (IRRI) đã cảnh báo từ đầu năm 2007 trong hội thảo khoa học về thay đổi khí hậu ảnh hưởng đến phẩm chất gạo tại IRRI. Zhu và ctv. (2005) đã tiến hành nghiên cứu ở giai đoạn làm đầy hạt trên cây lúa với quần thể BIL (backcross inbred lines) từ tổ hợp lai Nipponbare/Kasalth. Kết quả cho thấy có 3 QTL nằm trên nhiễm sắc thể số 1, 4, 7 kiểm soát tính Hội thảo Quốc gia về Khoa học Cây trồng lần thứ nhất 171 trạng chống chịu stress do nhiệt độ cao. QTL định vị tại quãng giữa hai marker C1100 - R1783 trên nhiễm sắc thể số 4 cho thấy: Không bị sự tác động của môi truờng (tương tác QTL môi trường) và không có ảnh hưởng tương tác không alen (epistasis). Zhang và ctv. (2009) cho thấy các chỉ thị phân tử SSR (simple sequence reapeat) như RM3735 trên nhiễm sắc thể số 4 và RM3586 trên nhiễm sắc thể số 3 tương tác chặt chẽ với tính trạng chống chịu stress do nhiệt độ cao. Hai chỉ thị phân tử được khuyến cáo sử dụng trong tạo chọn giống lúa có kiểu hình chống chịu nhiệt độ cao. Ko và ctv. (2007) phân lập gen kháng nóng (thermo - tolerance genes: TTOs) trong hạt ngô, rồi tiến hành dòng hóa thành TTO6 (cDNA). Nó mã hóa một protein có kích thước phân tử 11 - kDa, có chuỗi trình tự amino acid tương đồng với protein của gen GASA4 trong cây mô hình Arabidopsis. Họ lập kế hoạch chuyển gen này vào cây lúa để cải tiến tính chống chịu n óng. Wu và ctv. (2009) thành công trong thực hiện chuyển gen OsWRKY11 vào cây lúa, nó thể hiện trên giai đoạn mạ, trong điều kiện promoter là HSP101, điều khiển được cả hai loại hình stress do khô hạn và do nóng. Yokotani và ctv. (2008) cũng thành công trong việc chuyển gen OsHsfA2e của cây mô hình Arabidopsis vào cây lúa; thể hiện được gen ở mức độ RNA trong điều kiện bị stress do nhiệt độ cao. Jagadish và ctv. (2008) đánh giá kiểu hình của giống cho nguồn gen k háng CG14 (O. glaberrima) có nguồn gốc châu Phi, ở 2 điều kiện nhiệt độ 30 o C và 38 o C; vào lúa 1,5 giờ trước lúc rạng sáng và 3 giờ sau khi đó, để khảo sát sự thụ phấn. Giống N22 (chuẩn kháng) biểu thị thang điểm chống chịu cao nhất (64 - 86% tỷ lệ hữu thụ ở 38°C) và giống Azucena, Moroberekan nhạy cảm nhất (tỷ lệ hữu thụ < 8%). Jagadish và ctv. (2007) đã xây dựng các tiêu chuẩn để đánh giá kiểu hình giống lúa chịu nóng ở các nghiệm thức nhiệt độ khác nhau II. VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1. Vật liệu - 146 giống được thu thập, chọn lọc đánh giá tính trạng chịu nóng, 7 giống thuộc loài phụ Japonica và 139 giống thuộc Indica; bao gồm 50 giống lúa thuộc nhóm cải tiến và 96 giống bản địa. - Giống cho gen chông chịu nóng: N22, Dular. - Giống chuẩn nhiễm: Moroberekan. - Vật liệu mẹ (giống tái tục): OM5930, AS996. 2.2. Phương pháp nghiên cứu - Đánh giá đa dạng di truyền các vật liệu nghiên cứu bằng SSR, sử dụng phần mềm NTSYSpc. - Trên cơ sở phân tích QTL, với giá trị LOD ≥ 3,0, tập trung xem xét năng suất, sự vào chắc của hạt (grain filling) dưới điều kiện nhiệt độ nóng khác nhau (MapMarker và Pop). Sau đó, tiến hành thực hiện các bước trong qui trình MAS, để tạo ra dòng lúa triển vọng theo mục tiêu. Sử dụng công cụ của NCBI, Gramene, DDJB để thực hiện kỹ thuật lập bản đồ phân giải cao. - Xây dựng quần thể bản đồ trên cơ sở quần thể hồi giao cải tiến - Đánh giá k iểu hình trong phytotron ở giai đoạn trổ bông 2.2.1. Phương pháp đánh giá kiểu hình Các mẫu lúa ở giai đoạn làm đòng được thu về để ngoài trời trong 24 - 48 giờ trước khi cho vào buồng sinh trưởng thực vật (growth chamber) với quy trình nhiệt độ như sau: - 7 - 8 giờ sáng: Thiết lập 29 o C trong phytotron. - 8 - 10 giờ sáng: 34 o C - 10 - 12 giờ sáng: 37 o C - 12 - 14 giờ trưa: 39 o C - 14 - 15 giờ trưa: 37 o C - 15 - 16 giờ chiều: 34 o C - 16 - 18 giờ tối: 30 o C - 20 - 7 giờ hôm sau: 24 o C (không chiếu sáng) Độ ẩm duy trì 75%. Thu bông lúa vào giai đoạn làm đòng (40 ngày). Mỗi cây thu 1 mẫu, thu 3 mẫu mỗi dòng. Mẫu bông lúa được ngâm trong cồn 70 o cho đến khi quan sát. 2.2.2. Quan sát hạt phấn - Khảo sát bất dục/ hữu dục Các bao phấn của 1 - 2 hoa được tách và nghiền nhẹ bằng đầu kim để tách hạt phấn. Hạt phấn được nhuộm bằng dung dịch 1% iodine potassium iodide (IKI) và quan sát dưới kính hiển vi quang học với độ phóng đại 10x. VIỆN KHOA HỌC NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM 172 Các hạt phấn bình thường có dạng tròn đều và bắt màu hoàn toàn trong khi các hạt phấn lép, tròn không bắt màu hay bắt màu một phần được ghi nhận là bất thường. Hạt phấn được đếm trong 3 - 5 khoanh vùng ngẫu nhiên. Phần trăm bất dục được tính như sau: Số hạt phấn bất thường (lép, tròn không bắt màu hoàn toàn) Phần trăm (%) bất dục = Tổng số hạt phấn 100 Thang điểm đánh giá tính chịu nóng trên cơ sở % hạt bất thụ: Cấp 0 Cấp 1 Cấp 3 Cấp 5 Cấp 7 Cấp 9 0 - 10% 10 - 15% 15 - 20% 20 - 25% 25 - 30% > 30% III. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1. Nghiên cứu vật liệu lai tạo Giống N22 có tỉ lệ hạt lép thấp nhất (5%), kế đến là Dular, Gayabyeo. Nguồn vật liệu là giống bản địa ở ĐBSCL cũng được quan sát, nhìn chung đa số các giống có tính chống chịu nóng ở giai đoạn trổ cấp 0 (tỷ lệ lép biến động rất thấp 0 - 10%). Những giống chống chịu kém đối với nhiệt độ nóng trong giai đoạn trổ, tỷ lệ lép rất cao gần 40%, đó là Lúa Hương, Nàng Hương Chợ Đào, Rẽ Hành, Nàng Tây Đỏ, Tàu Hương, Tiêu Chệt, Sọc Rằn, Nhỏ Thơm. Một số giống nằm ở ranh giới giữa chống chịu và nhạy cảm (cấp 5): Chệt Xanh, Tàu Hương, Nhỏ Thơm, Nanh Chồn, Sơri đỏ, Nàng Hương Chợ Đào với tỷ lệ lép 21 - 25%. Giống lúa Móng chim rơi và Tài nguyên thể hiện mức chống chịu k há, tỷ lệ lép 8,3 - 8,8%, điểm chống chịu cấp 1. 3.2. Phân tích đa dạng di truyền nguồn vật liệu nghiên cứu Sử dụng 45/70 chỉ thị phân tử SSR biểu thị đa hình (polymorphic) để phân tích đa dạng di truyền của 218 giống lúa (bao gồm 168 giống bản địa và 50 giống cao sản). Sản phẩm PCR từ những primer này được quan sát trên gel agarose 5%. Kết quả quan sát cho thấy chỉ c ó 45 primer cho sản phẩm khuếch đại. Phân tích đa dạng di truyền tại mỗi locus SSR cho thấy số alen được khuếch đại dao động từ 0 đến 6 alen với giá trị trung bình là 3,09 alen trên mỗi locus. Bảng 1. Thanh lọc nóng - nguồn vật liệu tại nhà lưới CLRRI, vụ Xuân Hè 2012, lúa trổ vào những ngày có nhiệt độ cao đến 38 0 - 40 o C TT Tên giống TGST (ngày) Chiều cao (cm) Số chồi Số hạt/bông % hạt lép Khối lượng 1000 hạt (g) Năng suất (g/khóm lúa) Điểm chống chịu nóng 1 GAYABYEO 89 f 50h 6 f 18i 10 f 22,0 f 2,1 d 1 2 HANAREUMBYEO 85g 115 d 6 f 20i 12 e 23,0 def 1,2 e 3 3 JINMIBYEO 85g 100 f 9 e 18i 12 e 22,3 ef 1,3 e 3 4 JUNAMBYEO 85g 75g 8 e 20i 14 d 24,2 bcd 1,2 e 5 5 DONGJIN 1 85g 52h 8 e 35g 20 c 23,5 cde 1,4 e 5 6 IR66 100 d 112 de 12 d 90 e 12 e 26,5 a 3,2 c 7 7 RD6 120 a 150 b 12 d 85 f 20 c 24,5 bc 4,2 b 5 8 NIPPONBARE 80h 52h 5 f 25h 15 d 23,5 cde 2,3 d 3 9 IR64 90 f 110 e 14 c 148 b 19 c 25,6 ab 5,6 a 5 10 IR68 90 f 110 e 15 c 187 a 30 a 26,4 a 5,2 a 5 11 N22 95 e 162 a 8 e 98 d 5g 25,3 ab 2,3 d 1 12 DULAR 115 b 120 c 25 a 112 c 10 f 24,5 bc 3,2 c 1 13 KDML 105 110 c 115 d 18 b 87 f 23 b 26,4 a 2,5 d 3 CV (%) 1,66 1,72 7,06 2,29 4,92 3,11 9,75 Ghi chú: Những số trong cùng một cột có cùng một chữ cái giống nhau thì không có sự khác biệt có ý nghĩa thống kê ở mức 5% qua phép thử Duncan. Hội thảo Quốc gia về Khoa học Cây trồng lần thứ nhất 173 Bảng 2. Hệ số tương quan giữa tính trạng chống chịu nóng và tính trạng nông học quan trọng N = 168 TGST Cao cây Dài bông Bông/bụi Hạt/bông Hạt chắc/bông %Lép Năng suất Hệ số tương quan 0.2186 ns 0.1135 ns 0.1487 ns 0.0731 ns 0.0866 ns 0.1424 ns 0.9290 ** 0.1062 ns Bảng 3. Kết quả quan sát tính bất dục/hữu dục của 13 dòng lúa làm vật liệu bố mẹ TT Dòng lúa Phần trăm bất dục trung bình (%) Điểm Loại hình 1 OM6707 2.54 9 Hữu dục 2 DONGJIN1 49.6 9 Hữu dục 3 NIPPONBARE 40.4 9 Hữu dục 4 OM10347 19.9 9 Hữu dục 5 OM10375 2.44 9 Hữu dục 6 OM5992 2.08 9 Hữu dục 7 HANARUMBYEO 2.38 9 Hữu dục 8 IR66 6.16 9 Hữu dục 9 OM10041 8.94 9 Hữu dục 10 DULAR 5.25 9 Hữu dục 11 OM7364 2.70 9 Hữu dục 12 JUNAMBYEO 90.95 7 Bất dục một phần 13 OM10015 2.86 9 Hữu dục 14 OM6238 4.93 9 Hữu dục Các bao phấn của 1 - 2 hoa được tách và nghiền nhẹ bằng đầu kim để tách hạt phấn. Hạt phấn được nhuộm bằng dung dịch 1% iodine potassium iodide (IKI) và quan sát dưới kính hiển vi quang học với độ phóng đại 10 10. Các hạt phấn bình thường có dạng tròn đều và bắt màu hoàn toàn trong khi các hạt phấn lép, tròn không bắt màu hay bắt màu một phần được ghi nhận là bất thường. Hạt phấn được đếm trong 3 - 5 khoanh vùng ngẫu nhiên. Hình 1. Hạt phấn giống N22 chịu nóng (trái) và giống nhiễm IR64 (phải) cho xử lý trong phytotron, với tỷ lệ hạt bất dục ở hình phải nhiều hơn hình trái Bảng 4. Số alen thể hiện trên mỗi marker SSR ở các nhiễm sắc thể khác nhau Số alen trung bình/marker Nhiễm sắc thể Nhóm chính Nhóm phụ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Trung bình A 1 1.88 0.88 1.59 1.67 1.10 1.50 0.50 1.75 2.00 1.00 2.00 1.50 1.45 TB 1.88 0.88 1.59 1.67 1.10 1.50 0.50 1.75 2.00 1.00 2.00 1.50 1.45 B 1 1.03 0.78 0.81 1.07 1.18 0.83 1.50 1.58 1.44 1.50 1.00 1.17 1.16 TB 1.03 0.78 0.81 1.07 1.18 0.83 1.50 1.58 1.44 1.50 1.00 1.17 1.16 C 1 0.89 0.43 0.83 0.48 1.11 1.14 0.29 0.36 0.95 0.29 0.43 0.82 0.67 TB 0.89 0.43 0.83 0.48 1.11 1.14 0.29 0.36 0.95 0.29 0.43 0.82 0.67 D 1 1.08 0.50 0.67 0.11 0.80 1.00 1.00 0.75 1.33 0.50 1.00 1.00 0.81 2 1.25 0.97 0.70 0.89 0.76 0.62 1.18 0.98 0.78 0.83 0.98 0.74 0.89 TB 1.17 0.74 0.69 0.50 0.78 0.81 1.09 0.87 1.06 0.67 0.99 0.87 0.85 Trung bình 1.24 0.71 0.98 0.93 1.04 1.07 0.85 1.14 1.36 0.86 1.11 1.09 1.03 VIỆN KHOA HỌC NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM 174 3.3. Kết quả đánh giá kiểu hình chịu nóng Quần thể mapping của tổ hợp lai OM5930/N22 có 310 cá thể con lai được ly trích DNA và đánh giá kiểu hình, kiểu gen. Tính trạng % hạt lép biểu thị phân bố chuẩn (normal) (hình 2) Quần thể mapping của tổ hợp lai AS996/Dular có 1080 cá thể con lai được ly trích DNA và đánh giá kiểu hình, kiểu gen. Tính trạng % hạt lép biểu thị phân bố chuẩn (hình 3), có mức nghiêng lệch sang bố (donor) nhiều hơn mẹ (recurrent). Hình 2. Tỷ lệ hạt lép/bông có dạng phân bố chuẩn, biểu thị trong quần thể con lai BC 2 F 2 với 310 cá thể thuộc tổ hợp OM5930/N22 Hình 3. Tỷ lệ hạt lép/bông có dạng phân bố chuẩn, biểu thị trong quần thể con lai BC 2 F 2 với 1080 cá thể thuộc tổ hợp lai AS6996/Dular 3.4. Kết quả phân tích ảnh hưởng của marker RM3538 trên nhiễm sắc thể số 3 Bản đồ di truyền vùng QTL giả định kiểm soát tính chịu nóng liên kết với RM3586 trên nhiễm sắc thể số 3 được biểu thị trong hình 4. Tỷ lệ hạt lép tương quan thuận và chặt chẽ với tính trạng chống chịu nóng; tất nhiên năng suất cũng chịu ảnh hưởng do tính bất thụ và khả năng vận chuyển chất khô vào hạt kém. Marker RM3586 trên nhiễm sắc thể số 3 có thể được sử dụng để giúp cho việc hồi giao được cải tiến nhanh hơn, để có quần thể lập bản đồ thế hệ BC 4 . Bảng 5. Phân tích ANOVA ảnh hưởng đơn của RM3586 (quần thể BC 2 F 2 của AS996/Dular) Biến số MS ngh. thức Df MS sai số DF F - RATIO F - PROB X1 250.68 2 1.6825 307 148.99 0.000 X2 1558.5 2 689.81 307 2.26 0.104 X3 5337.4 2 197.62 307 27.01 0.000 X4 14.099 2 5.0692 307 2.78 0.062 X5 40.126 2 55.012 307 0.73 0.487 Ghi chú: X1: Điểm chống chịu nóng, X2: Chiều cao, X3: % hạt lép, X4: Khối lượng 1000 hạt, X5: Năng suất. Hội thảo Quốc gia về Khoa học Cây trồng lần thứ nhất 175 Hình 4. Bản đồ QTL điều khiển tính trạng chịu nóng liên kết với RM3586 trên nhiễm sắc thể số 3, LOD ≥ 3,0 Bảng 6. ANOVA phân tích ảnh hưởng đơn của RM3586 (quần thể BC 2 F 2 của AS996/Dular) Biến số MS ngh. thức Df MS sai số DF F - RATIO F - PROB X1 250.68 2 1.6825 307 148.99 0.000 X2 1558.5 2 689.81 307 2.26 0.104 X3 5337.4 2 197.62 307 27.01 0.000 X4 14.099 2 5.0692 307 2.78 0.062 X5 40.126 2 55.012 307 0.73 0.487 Ghi chú: X1: Điểm chống chịu nóng, X2: Chiều cao, X3: % hạt lép, X4: Khối lượng 1000 hạt, X5: Năng suất. Bảng 7. ANOVA phân tích ảnh hưởng đơn của RM3586 (quần thể BC 2 F 2 của OM5930/N22) Biến số MS ngh. thức Df MS sai số DF F - RATIO F - PROB X1 3646.4 2 3.4267 1077 1064.11 0.000 X2 0.10814E+06 2 980.43 1077 110.30 0.000 X3 47539. 2 116.26 1077 408.91 0.000 X4 11.434 2 5.5626 1077 2.06 0.126 X5 3035.4 2 90.361 1077 33.59 0.000 Ghi chú: X1: Điểm chống chịu nóng, X2: Chiều cao, X3: % hạt lép, X4: Khối lượng 1000 hạt, X5: Năng suất. 3.5. Phân tích QTL trên toàn bộ 12 nhiễm sắc thể Kết quả phân tích bước đầu trên quần thể phân ly BC 2 F 2 với số mẫu cá thể lớn cho thấy có 4 tính trạng nông học quan trọng: Năng suất, tỷ lệ hạt lép, chỉ số chống chịu, thời gian sinh trưởng liên quan đến tính chống chịu nóng ở giai đoạn lúa trổ. Nhiệt độ cực trọng ảnh hưởng đến năng suất VIỆN KHOA HỌC NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM 176 lúa là 36 o C. Tương quan giữa tỷ lệ hạt lép với điểm chống chịu nóng chặt chẽ và cùng chiều. Có 3 QTL qui định điểm chống chịu nóng liên kết chặt chẽ với những chỉ thị phân tử sau đây RM3586, RM160 (nhiễm sắc thể 3); RM3735 (nhiễm sắc thể 4) giải thích được biến thiên kiểu hình là 36,2; 17,1% và 32,6%, theo thứ tự. Một QTL liên kết với chỉ thị RM310 trên nhiễm sắc thể số 8 li ên quan với sự kiện chống chịu nóng khi lúa trỗ. Những QTLs được tìm thấy liên quan đến số hạt chắc/bông định vị ở quãng giữa RM468 - RM7076, RM241 - RM26212 trên nhiễm sắc thể số 4, giải thích được 13,11% và 31,0% biến thiên kiểu hình, theo thứ tự. Hai QTL liên quan đến tính trạng hạt lép định vị tại loci RM554, RM3686 của nhiễm sắc thể số 3, giải th ích được 25,0% và 11,2% biến thiên kiểu hình, theo thứ tự; biểu thị ảnh hưởng siêu trội làm tăng cường tính chống chịu nóng. Một QTL liên quan đến khối lượng 1.000 hạt định vị tại locus RM103 trên nhiễm sắc thể số 6, giải thích được 30,6% biến thiên kiểu hình. Một QTLs liên quan đến năng suất định vị tại locus RM5749 trên nhiễm sắc thể 4 giải thích được 10,8% biến thiên kiểu hì nh. Kết quả phân tích này là tiền đề giúp các nhà chọn tạo giống lúa chống chịu nóng ứng dụng có hiệu quả chỉ thị phân tử kết hợp với lai tạo truyền thống. Bảng 8. Bản đồ QTL điều khiển tính trạng chống chịu nóng trên 12 nhiễm sắc thể, quần thể BC 2 F 2 của OM5930/N22 Nhiễm sắc thể Số SSRs Chiều dài vùng bao phủ (cM) Trung bình (cM) 1 31 367.4 11.85 2 12 56.9 4.74 3 42 296.1 7.05 4 23 279.6 12.15 5 14 111.9 7.99 6 22 290.2 13.19 7 21 352.0 16.76 8 21 189.51 9.02 9 13 231.8 17.83 10 19 159.5 8.40 11 23 182.12 7.92 12 23 224.6 9.77 Tổng 264 2741.63 10.55 Tổng chiều dài được phủ bởi SSR là 2.741,63 cM, trung bình giữa hai chỉ thị phân tử là 10,55 cM (bảng 8). Hình 5. Các QTL giả định được thiết lập trên bản đồ, quần thể BC 2 F 2 thuộc tổ hợp lai OM5930/N22, trên 12 nhiễm sắc thể; nhiệt độ ngày và đêm lúc trổ là 37 - 40 o C và 27 - 29 o C, theo thứ tự. Hội thảo Quốc gia về Khoa học Cây trồng lần thứ nhất 177 Bảng 9. Phân tích QTL thông qua phương pháp SMA trong 310 cá thể của quần thể BC 2 F 2 trong OM5930/N22); LOD > 3,0 Marker NST Tính trạng Số alen trung bình/marker F P R 2 (%) DPE RM3586 3 4.150 ± 0.44 10,60 0.000 36,23 B RM3735 4 5.40 ± 0.44 9,16 0.000 32.6 B RM160 3 0.42 ± 0.44 4.25 0.004 17.1 A RM310 8 Điểm chịu nóng 5.40 ± 0.44 3.73 0.011 28.0 A RM25181 10 4.40 ± 0.44 3,80 0.014 15.33 A RM167 11 Hạt chắc/bông 5.40 ± 0.44 3,19 0,010 13,11 A RM554 3 4.40 ± 0.44 7,80 0,001 25,0 A RM3586 3 % hạt lép 6.40 ± 0.40 4,59 0,001 11,2 B RM103 6 K.L. 1.000 hạt 4.40 ± 0.44 7,80 0,001 30,6 A RM5749 4 4.80±0.44 7,80 0.005 10.8 A RM337 8 Năng suất hạt 5.8±0.47 2.95 0.005 21.72 A Ghi chú: NST: Nhiễm sắc thể, DPE: (Direction of phenotypic effect) A: OM 5930, B: N22. Bảng 10. Phân tích QTL thông qua phương pháp IMA trong 310 cá thể của quần thể BC 2 F 2 trong OM5930/N22); LOD > 3,0 Tính trạng Quãng giữa hai chỉ thị Nhiễm sắc thể P cM RM468 - RM7076 3 0.000 3.7 RM241 - RM2621 4 0.000 16.5 Hạt chắc/bông RM16686 - RM564 4 0.000 9.7 Năng suất hạt RM241 - RM26212 4 0.000 16.5 Điểm chịu nóng RM26212 - RM127 4 0.002 14.5 3.6. Tương tác kiểu gen môi trường Hình 6. Giản đồ BIPLOT - AMMI2 biểu thị tương tác GxE tại 7 địa điểm khảo nghiệm lúa chịu nóng (vụ Hè Thu 2012, tại Ninh Thuận 1, 2; Bình Định, Đồng Nai, Tây Ninh, Long An, Cần Thơ) VIỆN KHOA HỌC NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM 178 Bảng 11. Kết quả khảo nghiệm tại 6 điểm [Ninh Thuận 1, Ninh Thuận 2, Tây Ninh, Đồng Nai, Cần Thơ, Long An] trong vụ Hè Thu 2012, tương tác G E theo Eberhart - Russel (1966): 67,4%, năng suất (tấn/ha), nhiệt độ lúc trổ > 37 o C Giống Năng suất trung bình của 6 điểm Xếp hạng Hệ số thích nghi b i Chỉ số ổn định S 2 di OM8108 5,34 3 1,0078 1,0220 OM6707 5,68 1 0,8957 0,1781 OM10040 4,98 7 1,0334 - 0,0030 OM10375 3,37 15 1,0730 0,3541 TLR390 3,97 14 0,9630 0,4407 TLR391 5,20 5 1,1852 0,0400 OM10030 4, 03 10 1,3127 0,2597 TLR392 4,90 8 0,9455 0,1413 OM10037 - 3 4,99 6 0,8844 0,7961 OM10029 4,49 12 0,9550 0,1623 TLR393 4,65 11 1,1145 0,3558 TLR394 4,76 9 0,8845 0,3455 TLR395 5,25 4 0,8660 0,1654 TLR396 4,46 13 0,9788 0,1834 TLR397 5,56 2 0,9005 0,1561 F ** SE = 0.0603 SE = 0.0220 Kết quả phân tích tương tác G E tại 7 địa điểm khảo nghiệm lúa chịu nóng (vụ Hè Thu 2012, tại Ninh Thuận 1, 2; Bình Định, Đồng Nai, Tây Ninh, Long An, Cần Thơ) cho thấy, nhiệt độ khi lúa trổ > 37 o C cho năng suất khác biệt nhau có ý nghĩa (bảng 11). OM6707, TLR397, OM8108, TLR395 cho kết quả nổi bật. Trong đó, OM6707, TLR397 có tính ổn định và thích nghi rộng. Các dòng này đang được phân tích HSP (heat shock protein) để so sánh với bố mẹ. IV. KẾT LUẬN - Tỷ lệ hạt lép tương quan thuận và chặt chẽ với tính trạng chống chịu nóng; năng suất cũng chịu ảnh hưởng do tính bất thụ và khả năng vận chuyển chất khô vào hạt kém. - Có 3 QTL quy định điểm chống chịu nóng liên kết chặt chẽ với những chỉ thị phân tử sau đây RM3586, RM160 (nhiễm sắc thể 3); RM3735 (nhiễm sắc thể 4) giải thích được biến thiên kiểu hìn h là 36,2; 17.1% và 32,6%, theo thứ tự. Một QTL liên kết với chỉ thị RM310 trên nhiễm sắc thể số 8 liên quan với sự kiện chống chịu nóng khi lúa trỗ. Những QTLs được tìm thấy liên quan đến số hạt chắc/bông định vị ở quãng giữa RM468 - RM7076, RM241 - RM26212 trên nhiễm sắc thể số 4, giải thích được 13,11%,và 31,0% biến thiên kiểu hình, theo thứ tự. Hai QTL liên quan đến tính trạng hạt lép định vị tại loci RM554, RM3686 của nhiễm sắc thể số 3, giải thích được 25,0% và 11,2% biến thiên kiểu hình, theo thứ tự; biểu thị ảnh hưởng siêu trội làm tăng cường tính chống chịu nóng. Một QTL liên quan đến khối lượng 1.000 hạt định vị tại locus RM103 trên nhiễm sắc thể số 6, giải thích được 30,6% biến thiên kiểu hình. Một QTLs liên quan đến năng suất định vị tại locus RM57 49 trên nhiễm sắc thể 4 giải thích được 10,8% biến thiên kiểu hình - Các giống OM6707, TLR397, OM8108, TLR395 có năng suất cao và chống chịu nóng tốt, năng suất ổn định, trừ OM8108; cần được tiếp tục theo dõi. TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Asaoka M, O Kazutoshi, H Fuwa (1985). Effect of environmental temperature at the milky stage on amylose content and fine structure of amylose of rice (Oryza sativa L.). Agric Biol Chem, 49: 373 - 379. 2. Cục Trồng trọt (2008). Báo cáo kết quả thực hiện kế hoạch phát triển trồng trọt năm 2008 và nhiệm vụ năm 2009. Hội nghị tổng kết ngành nông nghiệp năm 2008, Hà Nội,15 trang. 3. Ehlers JD, AE Hall (1998). Heat tolerance of cowpea lines in short and long days. Filed Crops Res.55.11 - 21. Hội thảo Quốc gia về Khoa học Cây trồng lần thứ nhất 179 4. Foolad MR. (2005). Breeding for abiotic stress tolerances in tomato. In: Ashraf, M., Harris, P.J.C. (Eds.), Abiotic Stresses: Plant Resistance Through Breeding and Molecular Approaches. The Haworth Press Inc., New York, USA, pp. 613 - 684. 5. Gammulla CPD, B Atwell B, P Haynes (2010). Differential metabolic response of cultured rice (Oryza sativa) cells exposed to high - and low - temperature stress. Proteomics 10:3001 - 3019. 6. Hall AE. (2001). Crop Responses to Enviroment. CRC Press LLC. Boca Ration, Florida. 7. Howarth CJ. (2005). Gentic improvements of tolerance to high temperature. In: Ashraf, M., Harris, P.J.C. (Eds.), Abiotic Stresses: Plant Resistance Through Breeding and Molecular Approaches. Howarth Press Inc., New York 8. Jagadish S.V.K., P.Q. Craufurd, and T.R. Wheeler (2008). Phenotyping Parents of mapping population of rice for heat tolerance during anthesis. Crop Sci. 48:1140 - 1146 9. Jagadish SVK, PQ Craufurd and TR Wheeler (2007). High temperature stress and spikelet fertility in rice (Oryza sativa L.). Journal of Experimental Botany, 58(7): 1627 - 1635 10. Jones PD, M New, DE Parker, S Mortin, IG Rigor. (1999). Surface area temperature and its change over the past 150 years. Rev. Geophys. 37, 173 - 199. 11. Kim HJ, NR Hwang, KJ Lee. 2007. Heat shock responses for understanding diseases of protein denaturation. Mol Cells 23:123 - 131. 12. Ko CB, YM Woo, DJ Lee, MC Lee, CS Kim (2007). Enhanced tolerance to heat stress in transgenic plants expressingthe GASA4 gene. Plant Physiology and Biochemistry 45 (2007) 722 - 728 13. Lee DG, N Ahsan, SH Lee, KY Kang, JD Bahk, IJ Lee, BH Lee. (2007). A proteomic approach in analyzing heat - responsive proteins in rice leaves. PROTEOMICS 7(18):3369 - 3383. 14. Lin SK, mc Chang, YG Tsai, HS Lur. (2005). Proteomic analysis of the expression of proteins related to rice quality during caryopsis development and the effect of high temperature on expression. PROTEOMICS 5(8):2140 - 2156. 15. Lin CJ, CY Li, SK Lin, FH Yang, JJ Huang, YH Liu, HS Lur. (2010). Influence of High Temperature during Grain Filling on the Accumulation of Storage Proteins and Grain Quality in Rice (Oryza sativa L.). Journal of Agricultural and Food Chemistry 58(19):10545 - 10552. 16. Maestri E, N Klueva, C Perrotta, M Gulli, HT Nguyen, N Marmiroli (2002). Molecular gentics of heat tolerance and heat shock proteins in cereals. Plant Mol. Biol. 48, 667 - 681. 17. Morita S, JI Yonemaru, JI Takanashi (2005). Grain growth and endosperm cell size under high night temperatures in rice (Oryza sativa L.). Annals of Botany, 95, 695 - 701. 18. Parsell DA, S Lindquist (1993). The Function of Heat - Shock Proteins in Stress Tolerance: Degradation and Reactivation of Damaged Proteins. Annual Review of Genetics 27(1):437 - 496. 19. Peng SB, JL Huang, JE Sheehy, RC Laza, RM Visperas, XH Zhong, GS Centeno, GS Khush, KG Cassman (2004). Rice yields decline with high temperature from global warming. Proceedings of the National Academy of Sciences of the USA, 101, 9971 - 9975. 20. Pratt WB, DO Toft. (2003). Regulation of signaling protein function and trafficking by the hsp90/hsp70 - based chaperone machinery. Exp Biol Med 2003, 228:111 - 133. 21. Schoffl F, R Prandl, A Rei ndl (1999). Molecular responses to heat stress. In: Shinozaki, K., Yamaguchi - Shinozaki, K. (Eds.), Molecular Responses to Cold, Drought, Heat and Salt Stress in Higher Plants. R.G. Landes Co., Austin, Texas, pp. 81 - 98. 22. Song HY, JJ Lei, CQ Li (1998). Response of plant to heat stress and evaluation of heat resistance. China Vegetables, 1, 48 - 50. (in Chinese) 23. Su PH, HM Li (2008). Arabidopsis stromal 70 - kD heat shock proteins are essential for plant development and important for thermotolerance of germinating seeds. Plant Physiol 146:1231 - 1241. 24. Sun W, MV Motangu, N Verbruggen (2002). Small heat shock proteins and stress tolerance in plants. Biochim Biophys Acta 2002, 15771 - 9. 25. Sung DY, F Kaplan, CL Guy. (2001). Plant Hsp70 molecular chaperones: protein structure, gene family, expression and function. Physiol Plantarum 113:443 - 451. 26. Timperio AM, MG Egidi, L Zolla (2008). Proteomics applied on plant abiotic stresses: Role of heat shock proteins (HSP). Journal of Proteomics 2008, 71(4):391 - 411. 27. Trần Văn Đạt (2002). Tiến trình phát triển sản xuất lúa gạo tại Việt Nam từ thời nguyên thuỷ đến hiện đại. Nhà xuất bản Nông nghiệp TP. Hồ Chí Minh. 315 trang. 28. Wahid A, S Gelani, M Ashraf, MR Foolad. 2007. Heat tolerance in plants: An overview. Enviromental and Experimental Botany 61. 199 - 223. 29. Wang W, B Vinocur, O Shoseyov, A Altman (2004). Role of plant heat - shock proteins and molecular chaperones in the abiotic stress response. Trends in plant science 9(5):244 - 252. 30. Wu X, Y Shiroto, S Kishitani, Yukihiroto, Kinya Yoriyama (2009). Enhanced heat and drought tolerance in transgenic rice seedlings overexpressing OsWRKY11 under the control of HSP101 promoter. Plant Cell Rep (2009) 28:21 - 30. . NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM 170 NGHIÊN CỨU CHỌN TẠO GIỐNG LÚA CHỊU NÓNG BẰNG CHỈ THỊ PHÂN TỬ CHO CÁC TỈNH Ở PHÍA NAM Bùi Chí Bửu 1 , Trương Quốc Ánh 1 , Bùi Phú Nam Anh 1 , Nguyễn Nam 1 , Lương Thế. biến thiên kiểu hì nh. Kết quả phân tích này là tiền đề giúp các nhà chọn tạo giống lúa chống chịu nóng ứng dụng có hiệu quả chỉ thị phân tử kết hợp với lai tạo truyền thống. Bảng 8. Bản. chống chịu stress do nhiệt độ cao. Hai chỉ thị phân tử được khuyến cáo sử dụng trong tạo chọn giống lúa có kiểu hình chống chịu nhiệt độ cao. Ko và ctv. (2007) phân lập gen kháng nóng (thermo