Nghiên cứu quan hệ di truyền một số giống lúa đặc sản, chất lượng, trồng phổ biến ở việt nam bằng chỉ thị phân tử SSR

1 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM VIỆN SINH THÁI VÀ TÀI NGUYÊN SINH VẬT  TRẦN THỊ LƢƠNG NGHIÊN CỨU QUAN HỆ DI TRUYỀN MỘT SỐ GIỐNG LÚA ĐẶC SẢN, CHẤT LƢỢNG, TRỒNG PHỔ BIẾN Ở VIỆT NAM BẰNG CHỈ THỊ PHÂN TỬ SSR LUẬN VĂN THẠC SĨ SINH HỌC Hà Nội, Tháng 10-2013 2 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM VIỆN SINH THÁI VÀ TÀI NGUYÊN SINH VẬT  TRẦN THỊ LƢƠNG NGHIÊN CỨU QUAN HỆ DI TRUYỀN MỘT SỐ GIỐNG LÚA ĐẶC SẢN, CHẤT LƢỢNG, TRỒNG PHỔ BIẾN Ở VIỆT NAM BẰNG CHỈ THỊ PHÂN TỬ SSR NGÀNH: SINH HỌC THỰC NGHIỆM MÃ NGÀNH: 60 42 30 LUẬN VĂN THẠC SĨ SINH HỌC NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC PGS. TS. Nguyễn Đức Thành Hà Nội, Tháng 10-2013 3 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận án là trung thực và chƣa từng đƣợc ai công bố. Hà Nội, ngày tháng năm 2013 Tác giả Trần Thị Lƣơng 4 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ LỜI CẢM ƠN Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PGS. TS. Nguyễn Đức Thành đã tận tình hƣớng dẫn, chỉ bảo và tạo mọi điều kiện giúp đỡ tôi hoàn thành công trình nghiên cứu này. Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn đặc biệt đến TS. Lê Thị Bích Thủy và tập thể cán bộ Phòng Di truyền tế bào thực vật đã giúp đỡ tôi về mặt tinh thần, cũng nhƣ tạo mọi điều kiện về vật chất, các phƣơng tiện kỹ thuật cho tôi trong suốt quá trình thực hiện đề tài. Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong ban đào tạo Viện sinh thái Tài nguyên Sinh vật – Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam đã giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi để tôi hoàn thành chƣơng trình đào tạo. Cuối cùng tôi xin cảm ơn sự động viên, khích lệ của gia đình, bạn bè và đồng nghiệp trong suốt thời gian làm luận văn. Tác giả Trần Thị Lƣơng 5 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ DANH MỤC TỪ, CỤM TỪ VIẾT TẮT DNA : Deoxyribonucleic acid RNA : Axit ribonucleotide AFLP : Amplyfied Fragment Length Polymorphism Bp : Cặp base (base pair) CTAB : Cetyltrimethyl amoniumbromide dNTP : Deoxynucleosid triphosphat EDTA : Ethylene diamin tetra acetate EtBr : Ethidium bromide Kb : Kilo base NST : Nhiễm sắc thể PCR : Phản ứng chuỗi polymerase (Polymerase chain reaction) QTL : Locut tính trạng số lƣợng (Quantitative Trait Loci) Rnase : Ribonuclease RFLP : Đa hình độ dài các đoạn cắt hạn chế (Restriction Fragment Length Polymorphism) RAPD : Random Amplyfied Polymorphic DNA SSR : Các trình tự lặp lại đơn giản (Simple Sequence Repeats) Taq Polymerase: Thermus aquaticus Polymerase TBE : Tris base, Boric acid, EDTA. TE : Tris EDTA 6 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1. Phân loại gạo dựa vào hàm lƣợng amylose 10 Bảng 1.2. Tƣơng quan giữa nhiệt độ hóa hồ và độ tan rã của gạo trong môi trƣờng kiềm 11 Bảng 1.3. Phân loại gạo theo độ bền thể gel 12 Bảng 1.4. Phân loại các giống gạo tẻ (nonwaxy) ở các nƣớc Á châu dựa trên hàm lƣợng amylose, độ trở hồ - BEPT (kiểm định kiềm) và độ bền thể gel. .13 Bảng 1.5. Biến thiên các tính trạng phẩm chất hạt theo mùa vụ tại Cần Thơ .14 Bảng 2.1. Danh sách 60 giống lúa nghiên cứu 23 Bảng 3.1. Số alen thể hiện, số alen hiếm và hệ số PIC của 33 cặp mồi SSR. 33 Bảng 3.2. Các chỉ thị SSR cho alen đặc trƣng ở 12 giống lúa 36 Bảng 3.3. Tỉ lệ khuyết số liệu (M) và tỉ lệ dị hợp tử (H) của các giống lúa nghiên cứu 40 7 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 3.1. Kết quả điện di DNA genome của 25 mẫu lúa (số 1-25 trên ảnh tƣơng ứng với các giống theo thứ tự 1-25 ở bảng 2.1) 32 Hình 3.2. Ảnh điện di trên gel polyacrylamide của cặp mồi RM18 với các mẫu lúa D30 – DS55 tƣơng ứng với số 1-60 (bảng 2.1) 36 Hình 3.3. Ảnh điện di trên gel polyacrylamide của cặp mồi RM510 với các mẫu lúa DS1 - DS25 tƣơng ứng với số 1-25 (bảng 2.1) 37 Hình 3.4. Ảnh điện di trên gel polyacrylamide của cặp mồi RM20 với các mẫu lúa DS1 - DS25 tƣơng ứng với số 1-25 (bảng 2.1) 37 Hình 3.5. Ảnh điện di trên gel polyacrylamide của cặp mồi RM17 với các mẫu lúa DS1 – DS60 tƣơng ứng với số 1-60 (bảng 2.1) 37 Hình 3.6. Ảnh điện di trên gel polyacrylamide của cặp mồi RM223 với các mẫu lúa DS1 - DS25 tƣơng ứng với số 1-25 (bảng 2.1) 38 Hình 3.7. Ảnh điện di trên gel polyacrylamide của cặp mồi RM19 với các mẫu lúa DS30 – DS55 tƣơng ứng với số 1-25 (bảng 2.1) 38 Hình 3.8. Ảnh điện di trên gel polyacrylamide của cặp mồi RM72 với các mẫu lúa DS1 – DS60 tƣơng ứng với số 1-60 (bảng 2.1) 39 Hình 3.9. Sơ đồ quan hệ di truyền của 60 giống lúa dựa trên số liệu phân tích DNA với 33 chỉ thị phân tử SSR 44 8 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ MỤC LỤC MỞ ĐẦU 1 CHƢƠNG I :TỔNG QUAN TÀI LIỆU 3 1.1. Đại cƣơng về cây lúa 3 1.2. Lúa đặc sản 4 1.2.1. Khái niệm chung 4 1.2.2. Ý nghĩa khoa học và giá trị kinh tế 6 1.2.3. Tình hình nghiên cứu lúa đặc sản trong nƣớc và thế giới 6 1.3. Lúa chất lƣợng 8 1.3.1. Khái niệm chung và nhu cầu thị yếu sử dụng lúa gạo ở các quốc gia 8 1.3.2. Một số tính trạng chất lƣợng ở lúa 9 1.4. Tình hình nghiên cứu lúa chất lƣợng ở Việt Nam và trên thế giới 15 1.5. Đa dạng di truyền lúa Việt Nam 19 1.5.1. Khái niệm, vị trí và tầm quan trọng của đa dạng di truyền 19 1.5.2. Các phƣơng pháp nghiên cứu đa dạng di truyền. 20 1.6. Chỉ thị phân tử SSR 20 1.6.1. Khái niệm 20 1.6.2. Ứng dụng chỉ thị phân tử SSR trong nghiên cứu đa dạng di truyền 21 CHƢƠNG II: VẬT LIỆU - NỘI DUNG - PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU…23 2.1. Vật liệu 23 2.2. Phƣơng pháp nghiên cứu 26 2.2.1. Phƣơng pháp tách chiết DNA genome 26 2.2.2. Phƣơng pháp chạy PCR với các mồi SSR 28 2.2.3. Phƣơng pháp điện di trên gel agarose 28 2.2.4. Phƣơng pháp điện di sản phẩm PCR trên gel polyacrylamide 29 2.2.5. Phƣơng pháp phân tích số liệu 31 CHƢƠNG III: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 32 9 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 3.1. Kết quả tách DNA genome 32 3.2. Đa dạng di truyền các giống lúa bằng chỉ thị phân tử SSR 33 3.2.1. Số alen, hệ số PIC, tổng số băng thể hiện trên từng cặp mồi 33 3.2.2. Các alen hiếm và alen đặc trƣng 35 3.2.3. Tỉ lệ khuyết số liệu (M) và tỉ lệ dị hợp tử (H) của các giống lúa nghiên cứu 39 3.2.4. Quan hệ di truyền giữa các giống lúa nghiên cứu 42 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 45 TÀI LIỆU THAM KHẢO 47 CÁC CÔNG TRÌNH CÔNG BỐ……………………………………………55 1 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ MỞ ĐẦU 1. Đặt vấn đề Lúa đặc sản là loại lúa cho sản phẩm chất lƣợng cao và mang tính đặc thù của vùng. Lúa đặc sản bao gồm các giống lúa thơm, lúa nếp và một số lúa japonica đƣợc trồng ở các vùng sinh thái khác nhau của nƣớc ta. Trong các giống lúa thơm có Hƣơng cốm, Hƣơng chiêm, lúa Nàng nhen thơm. Các giống lúa nếp đặc sản có nếp Hoa vàng 1,2, nếp Cẩm đen, nếp Lá xanh v. v. Các giống lúa này cùng với một số giống đặc sản cải tiến đã góp phần vào sự phát triển lúa gạo nƣớc ta. Việc nghiên cứu đa dạng nguồn gen tập đoàn lúa đặc sản không chỉ có ý nghĩa trong việc bảo tồn các giống lúa đặc sản bản địa mà còn có ý nghĩa trong công tác chọn tạo giống lúa chất lƣợng cao. Bên cạnh những giống lúa đặc sản, những giống lúa chất lƣợng là một trong những giống đóng vai trò quan trọng nhất, tác động ảnh hƣởng đến giá cả thị trƣờng và ngƣời tiêu dùng. Nhu cầu về giống lúa chất lƣợng cao những năm gần đây thay đổi bởi sở thích của ngƣời tiêu dùng và yêu cầu thị trƣờng mạnh mẽ. Phát triển giống lúa chất lƣợng cao là một trong những hƣớng đi chính trong tiến trình cải biến giống cây trồng mới. Sự tăng trƣởng và phát triển các nguồn tài nguyên nông nghiệp chủ yếu phụ thuộc vào đa dạng di truyền giữa các giống cây trồng khác nhau. Các giống có cấu trúc di truyền khác biệt là nguồn nguyên liệu tốt để tạo ra các giống lúa cải tiến trong tƣơng lai. Nhƣ vậy, xác định kiểu gen và mối quan hệ giữa các các kiểu gen là vô cùng quan trọng. Sự phát triển của kỹ thuật công nghệ sinh học mới đã cung cấp công cụ hữu hiệu hỗ trợ đánh giá sự biến đổi di truyền ở cả hai cấp độ kiểu gen và kiểu hình. Chỉ thị phân tử là công cụ mạnh mẽ trong việc đánh giá các biến dị di truyền, giải thích mối quan hệ di [...]... hữu ích cho công tác chọn tạo giống lúa chất lƣợng cao chúng tôi thực hiện đề tài: Nghiên cứu quan hệ di truyền một số giống lúa đặc sản, chất lƣợng, trồng phổ biến ở Việt Nam bằng chỉ thị phân tử SSR 2 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài Nghiên cứu quan hệ di truyền của các giống lúa để phân loại và cung cấp các thông tin về lúa đặc sản, chất lƣợng, trồng phổ biến ở Việt Nam cho công tác bảo tồn, khai... http://www.lrc-tnu.edu.vn/ Chất lƣợng DS50 LC93-1 Việt Nam DS51 S103 Trung Quốc DS52 BM9820 Việt Nam DS53 NN4B Philippin Đặc sản DS54 LT3 Việt Nam Chất lƣợng Đặc sản DS55 ĐB6 Việt Nam Chất lƣợng DS56 Nam Định 1 Việt Nam DS57 BM9855 Việt Nam DS58 Bao thai Việt Nam DS59 Mộc tuyền Việt Nam DS60 DT122 Việt Nam Chất lƣợng Chất lƣợng Đặc sản Đặc sản Chất lƣợng Đặc sản Chất lƣợng Chất lƣợng Chất lƣợng Chất lƣợng Chất lƣợng Chất. .. chỉ thị phân tử đƣợc sử dụng phổ biến trong đánh giá đa dạng di truyền lúa là chỉ thị đẳng men và chỉ thị DNA Lợi thế của các chỉ thị phân tử dựa trên DNA là có thể xác định đƣợc những khác biệt nhỏ nhất ở mức DNA, có khả năng tạo ra hàng chục, hàng trăm locut và alen 1.6 Chỉ thị phân tử SSR 1.6.1 Khái niệm Simple sequence repeat (SSR) là một chỉ thị phân tử quan trọng trong nghiên cứu đa dạng di truyền. .. 50 chỉ thị SSR nghiên cứu đa dạng di truyền của 45 giống lúa nếp ở các tỉnh đồng bằng miền Bắc Việt Nam, kết quả cho thấy 45 chỉ thị cho các băng DNA đa hình tại 46 locus Trong đó 18 locus SSR cho nhận dạng đặc trƣng với 28 allele duy nhất của 16 giống trong số 45 giống lúa nếp nghiên cứu Hệ số tƣơng đồng di truyền giữa các giống lúa nếp dao động từ 0,10 - 0,98 Trong số 45 giống lúa đƣợc nghiên cứu, ... Phòng Việt Nam DS7 Nếp IRi352 Philippin DS8 Nếp rồng Hà Bắc Việt Nam DS9 Nếp 415 Việt Nam Số hóa bởi Trung tâm Học liệu Chú thích giống Đặc sản Đặc sản Đặc sản Đặc sản Đặc sản Đặc sản Đặc sản Đặc sản Đặc sản Chú thích giống Số ĐK Tên giống Nguồn gốc DS21 Khẩu tan hay Việt Nam DS22 Khẩu pe Việt Nam DS23 Tám đứng Hải Dƣơng Việt Nam DS24 Tám thơm ấp bẹ Việt Nam DS25 Tám xuân đài Việt Nam DS26 Tám cao cây Việt. .. Đoàn kết Việt Nam Chú thích giống Chất lƣợng Chất lƣợng Chất lƣợng Chất lƣợng Chất lƣợng Chất lƣợng Chất lƣợng Chất lƣợng Chất lƣợng 24 DS10 Nếp BM9603 Việt Nam DS11 Nếp Dầu Hƣơng Việt Nam DS12 Nếp ruộng 1 Việt Nam DS13 Nếp bò Việt Nam DS14 Nếp vải Việt Nam DS15 Nếp nõn tre Việt Nam DS16 Nếp hoa vàng 2 Việt Nam DS17 Nếp MTL668 Việt Nam DS18 Nếp lá xanh Việt Nam DS19 Nếp nƣơng dạng 1-2 Việt Nam DS20... nghiên cứu Có hai phƣơng pháp đƣợc sử dụng rộng rãi để nghiên cứu và đánh giá đa dạng di truyền là nghiên cứu, đánh giá đa dạng di truyền thông qua các tính trạng hình thái (kiểu hình) và thông qua các chỉ thị phân tử (kiểu gen) Nghiên cứu, đánh giá đa dạng di truyền thông qua các chỉ thị phân tử là nghiên cứu, đánh giá ở mức độ phân tử Các phân tử đƣợc sử dụng chủ yếu trong nghiên cứu là các phân tử protein... Khẩu nu na Việt Nam Số hóa bởi Trung tâm Học liệu Đặc sản DS30 Hƣơng cốm Việt Nam DS31 TL6 Việt Nam DS32 TĐB6 Việt Nam DS33 Hƣơng chiêm Việt Nam Đặc sản DS34 Basmati 370 Ấn Độ Đặc sản DS35 Nàng Hoa 9 Việt Nam DS36 Thái Bonet thơm Thái Lan DS37 OM4101 Việt Nam DS38 Lúa nàng nhen thơm Việt Nam DS39 IR64-Sub I Philippin DS40 FL478 Philippin Đặc sản Đặc sản Đặc sản Đặc sản Đặc sản Đặc sản Đặc sản Đặc sản... di truyền RG28 với gen fgr là 1,8 cM Năm 2010, Khuất Hữu Trung và cộng sự đã nghiên cứu đa dạng di truyền và nhận dạng một số giống trong tập đoàn lúa Tám đặc sản của Việt Nam bằng chỉ thị phân tử SSR Kết quả nghiên cứu cho thấy tập đoàn Tám nghiên cứu khá đa dạng Phân tích 36 cặp mồi SSR trên 26 giống lúa Tám thu đƣợc 938 băng DNA thuộc 88 loại allele khác nhau, trung bình 2,44 allele/cặp mồi Hệ số. .. nguyên di truyền lúa đa dạng và phong phú Theo Đào Thế Tuấn (1996), trên lãnh thổ Việt Nam tồn tại ba nhóm giống lúa cổ truyền có các đặc tính di truyền khác nhau là nhóm giống lúa Việt - Thái, nhóm giống lúa Việt mang đặc tính thâm canh ở vùng đồng bằng sông Hồng, nhóm lúa Việt - Kh’mer mang đặc tính quảng canh ở vùng đồng bằng sông Cửu Long 1.5.1 Khái niệm, vị trí và tầm quan trọng của đa dạng di truyền . giống lúa chất lƣợng cao chúng tôi thực hiện đề tài: Nghiên cứu quan hệ di truyền một số giống lúa đặc sản, chất lƣợng, trồng phổ biến ở Việt Nam bằng chỉ thị phân tử SSR . 2. Mục tiêu nghiên. NGHỆ VIỆT NAM VIỆN SINH THÁI VÀ TÀI NGUYÊN SINH VẬT  TRẦN THỊ LƢƠNG NGHIÊN CỨU QUAN HỆ DI TRUYỀN MỘT SỐ GIỐNG LÚA ĐẶC SẢN, CHẤT LƢỢNG, TRỒNG PHỔ BIẾN Ở VIỆT NAM BẰNG CHỈ THỊ PHÂN. HỆ DI TRUYỀN MỘT SỐ GIỐNG LÚA ĐẶC SẢN, CHẤT LƢỢNG, TRỒNG PHỔ BIẾN Ở VIỆT NAM BẰNG CHỈ THỊ PHÂN TỬ SSR LUẬN VĂN THẠC SĨ SINH HỌC Hà Nội, Tháng 10-2013 2 Số hóa bởi