đánh giá đa dạng di truyền nguồn vật liệu ngô phục vụ công tác chọn tạo giống ngô lai chín sớm, chịu hạn

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM LÊ CÔNG TÙNG ĐÁNH GIÁ ĐA DẠNG DI TRUYỀN NGUỒN VẬT LIỆU NGÔ PHỤC VỤ CÔNG TÁC CHỌN TẠO GIỐNG NGÔ LAI CHÍN SỚM, CHỊU HẠN LUẬN VĂN THẠC SĨ HÀ NỘI, NĂM 2014 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM LÊ CÔNG TÙNG ĐÁNH GIÁ ĐA DẠNG DI TRUYỀN NGUỒN VẬT LIỆU NGÔ PHỤC VỤ CÔNG TÁC CHỌN TẠO GIỐNG NGÔ LAI CHÍN SỚM, CHỊU HẠN Chuyên ngành: CÔNG NGHỆ SINH HỌC Mã số: 60.42.02.01 Người hướng dẫn khoa học: TS NGUYỄN XUÂN THẮNG PGS.TS NGUYỄN THỊ PHƯƠNG THẢO HÀ NỘI, NĂM 2014 Lời cam đoan Tôi xin cam đoan, số liệu kết nghiên cứu luận văn trung thực chưa sử dụng để bảo vệ học vị Tác giả luận văn Lê Công Tùng Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp Page i Lời cảm ơn! Để hoàn thành luận văn tốt nghiệp này, xin chân thành bày tỏ lòng kính trọng biết ơn sâu sắc tới: - TS Nguyễn Xuân Thắng, PGS.TS Nguyễn Thị Phương Thảo tạo điều kiện, hướng dẫn tận tình cho suốt trình thực tập làm luận văn - Toàn thể cán bộ,Bộ môn Công nghệ sinh học-Viện Nghiên cứu Ngô; thầy cô Bộ môn Công nghệ sinh học thực vât-Khoa Công nghệ sinh học-Học viện nông nghiệp Việt Nam tạo điều kiện thuận lợi cho hoàn thành luận văn - Cuối xin cảm ơn gia đình bạn bè giúp đỡ, động viên suốt trình học tập thời gian thực tập làm luận văn Hà Nội, ngày 29 tháng 10 năm 2014 Tác giả luận văn Lê Công Tùng Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp Page ii MỤC LỤC Lời cam đoan i Lời cảm ơn ii Mục lục iii Chữ viết tắt vi Danh mục bảng, hình viii MỞ ĐẦU 1 Tính cấp thiết đề tài Mục đích, yêu cầu đề tài 2.1 Mục đích 2.2 Yêu cầu Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài Chương 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 Tổng quan ngô 1.1.1 Giới thiệu chung ngô 1.1.2 Giá trị ngô 1.2 Ảnh hưởng hạn đến sản xuất ngô 1.3 Nghiên cứu đa dạng di truyền 1.3.1 Đa dạng di truyền 1.3.2 Nghiên cứu đa dạng di truyền sử dụng liệu hình thái 1.3.3 Nghiên cứu đa dạng di truyền sử dụng thị hóa sinh 1.3.4 Nghiên cứu đa dạng di truyền sử dụng thị phân tử a) Chỉ thị phân tử RFLP b) Chỉ thị RAPD c) Chỉ thị AFLP 10 d) Chỉ thị SSR 11 1.4 Nghiên cứu đa dạng di truyền đối tượng ngô 11 1.4.1 Nghiên cứu đa dạng di truyền ngô sử dụng thị hình thái 12 Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp Page iii 1.4.2 Nghiên cứu đa dạng di truyền ngô sử dụng thị phân tử 13 1.5 Dòng sở khoa học ưu lai 16 1.5.1 Dòng 16 1.5.2 Cơ sở khoa học ưu lai 16 1.6 Khoảng cách di truyền ưu lai ngô 17 Chương 2: NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 19 2.1 Vật liệu nghiên cứu 19 2.2 Nội dung nghiên cứu 23 2.3 Phương pháp nghiên cứu 24 Chương 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 32 3.1 Kết đánh giá đặc điểm nông sinh học dòng ngô dùng phục vụ công tác chọn tạo giống ngô lai chín sớm, chịu hạn 32 3.1.1 So sánh khả chịu hạn dòng ngô dùng nghiên cứu giai đoạn 32 3.1.2 Đánh giá đặc điểm nông sinh học dòng ngô 34 a) Thời gian sinh trưởng dòng ngô 35 b) Đặc điểm hình thái dòng ngô 38 c) Hình thái bắp, yếu tố cấu thành suất suất 40 d) Giá trị CV% tính trạng 42 e) Xác định dòng ngô có đặc điểm nông sinh học tốt cho bước nghiên cứu 42 3.2 Kết đánh giá đa dạng di truyền dòng ngô 42 3.2.1 Kết đánh giá đa dạng di truyền dòng ngô sử dụng đặc điểm nông sinh học 43 3.2.2 Kết đánh giá đa dạng di truyền dòng ngô sử dụng thị phân tử SSR 45 a) Kết tách chiết DNA tổng số 46 Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp Page iv b) Kết phân tích băng DNA đa hình mức độ đa hình locus SSR…… 47 c) Kết đánh giá độ di truyền dòng ngô tỷ lệ khuyết số liệu 52 d) Kết phân tích mối quan hệ di truyền 22 dòng ngô sử dụng thị phân tử SSR 54 e) So sánh kết đánh giá đa dạng di truyền dòng ngô sử dụng đặc điểm nông sinh học thị phân tử SSR 56 3.2.3 Định hướng lai tạo THL cho bước nghiên cứu 57 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 60 TÀI LIỆU THAM KHẢO 61 PHỤ LỤC 67 Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp Page v CHỮ VIẾT TẮT Cs : Cộng THL : Tổ hợp lai Gbp : Giga base pairs ABIONET-CIMMYT : International Maize and Wheat Improvement Center TGST : Thời gian sinh trưởng DNA : Deoxyribonucleic acid RNA : Axit ribonucleic MAS : Marker assisted selection RFLP : Restriction fragment length polymorphisms RAPD : Random amplified polymorphic DNA AFLP : Amplified fragment length polymorphisms SSR : Simple sequence repeats PCR : Polymerase Chain Reaction SSLPs : Single sequennce length polymorphisms STRs : Simple Tandem Repeats PIC : Polymorphic information content NST : Nhiễm sắc thể UPMGA : Unweighted Pair Group Method with Arithmetic Mean CTAB : Cetyl Trimethyl Ammonium Bromide dNTP : Deoxyribonucleotide Triphotphate Rnase : Ribonuclease APS : Ammonium persulfate TEMET : Tetramethylethylenediamine GD : Genetic distance GS : Genetic similarity Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp Page vi ASI : Anthesis-Silking Interval CV% : Coefficient of variation TBE : Tris-Boric-EDTA TE : Tris- EDTA Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp Page vii DANH MỤC BẢNG, HÌNH DANH MỤC BẢNG: Bảng 1: Danh sách dòng ngô sử dụng nghiên cứu 20 Bảng 2: Danh sách mồi SSR 21 Bảng (tiếp): Danh sách mồi SSR 22 Bảng 3: Thành phần phản ứng PCR 29 Bảng 4: Chu trình PCR 29 Bảng 5: Khả chịu hạn dòng ngô vụ Đông 2013 Viện Nghiên cứu Ngô 33 Bảng 6: Đặc điểm nông sinh học dòng ngô vụ Xuân 2014 Viện Nghiên cứu Ngô 36 Bảng (tiếp): Đặc điểm nông sinh học dòng ngô vụ Xuân 2014 Viện Nghiên cứu Ngô 37 Bảng 7: Kết hệ số tương đồng di truyền đề tài số nghiên cứu khác 44 Bảng 8: Nồng độ độ tinh DNA tổng số 28 dòng ngô 47 Bảng 9: Thống kê số alen hệ số PIC 27 mồi SSR 50 Bảng 10: So sánh kết số allen/mồi SSR đề tài ABIONETCIMMYT 51 Bảng 11: Tỷ lệ dị hợp tử tỷ lệ khuyết số liệu 28 dòng ngô 53 Bảng 12: Hệ số tương đồng di truyền dòng ngô thông qua phân tích thị SSR 55 DANH MỤC HÌNH: Hình 1: Thí nghiệm so sánh khả chịu hạn dòng ngô vụ Đông 2013 Viện Nghiên cứu Ngô 32 Hình 2: Hình thái số nguồn dòng ngô vụ Xuân 2014 Viện Nghiên cứu Ngô 40 Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp Page viii Bảng 12: Hệ số tương đồng di truyền dòng ngô thông qua phân tích thị SSR C91 C104 C127 C140 C175 C182 C186 C194 C199 C252 C362 C575 C582 C604 C632 C649 C759 C771 C766 C769 C781 C91 1.00 C104 0.67 1.00 C127 0.48 0.42 1.00 C140 0.52 0.45 0.52 1.00 C175 0.56 0.60 0.44 0.52 1.00 C182 0.60 0.42 0.52 0.41 0.56 1.00 C186 0.48 0.49 0.41 0.44 0.59 0.44 1.00 C194 0.46 0.47 0.38 0.50 0.50 0.35 0.63 1.00 C199 0.36 0.43 0.38 0.63 0.46 0.29 0.44 0.67 1.00 C252 0.65 0.69 0.43 0.54 0.61 0.46 0.57 0.44 0.48 1.00 C362 0.44 0.53 0.48 0.33 0.59 0.33 0.48 0.42 0.42 0.46 1.00 C575 0.44 0.38 0.44 0.41 0.52 0.52 0.67 0.58 0.50 0.39 0.37 1.00 C582 0.75 0.63 0.42 0.53 0.60 0.57 0.49 0.43 0.43 0.73 0.42 0.42 1.00 C604 0.57 0.42 0.42 0.38 0.49 0.49 0.38 0.27 0.41 0.55 0.45 0.42 0.58 1.00 C632 0.55 0.48 0.47 0.40 0.51 0.55 0.62 0.57 0.45 0.49 0.40 0.58 0.52 0.52 1.00 C649 0.51 0.56 0.47 0.47 0.63 0.47 0.59 0.57 0.45 0.57 0.51 0.51 0.52 0.45 0.58 1.00 C759 0.46 0.43 0.42 0.38 0.42 0.42 0.48 0.54 0.46 0.48 0.38 0.58 0.43 0.47 0.58 0.49 1.00 C771 0.38 0.39 0.42 0.38 0.42 0.38 0.46 0.48 0.48 0.44 0.42 0.42 0.35 0.43 0.53 0.72 0.44 1.00 C766 0.55 0.69 0.45 0.49 0.64 0.42 0.68 0.59 0.64 0.62 0.75 0.49 0.54 0.42 0.54 0.61 0.44 0.52 1.00 C769 0.51 0.56 0.31 0.31 0.47 0.39 0.35 0.37 0.49 0.58 0.63 0.27 0.52 0.53 0.42 0.47 0.41 0.30 0.73 1.00 C781 0.58 0.55 0.58 0.61 0.58 0.47 0.51 0.49 0.53 0.56 0.54 0.58 0.52 0.55 0.50 0.48 0.46 0.50 0.59 0.40 1.00 C783 0.54 0.51 0.50 0.61 0.50 0.43 0.46 0.44 0.52 0.66 0.46 0.43 0.58 0.51 0.44 0.58 0.49 0.48 0.53 0.47 0.69 Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp C783 1.00 Page 56 Dựa vào giá trị tương đồng di truyền trung bình (0.5) sơ đồ phả hệ biểu diễn mối quan hệ di truyền dòng ngô chia 22 dòng ngô thành nhóm ưu lai: Nhóm gồm 11 dòng: C769, C766, C362, C783, C781, C140, C175, C252, C104, C582, C91 Nhóm có dòng C604 Nhóm gồm dòng: C186, C575, C632, C759, C194, C199, C649, C771 Nhóm gồm dòng: C127, C182 e) So sánh kết đánh giá đa dang di truyền dòng ngô sử dụng đặc điểm nông sinh học thị phân tử SSR Kết đánh giá đa dạng di truyền nguồn vật liệu ngô sử dụng đặc điểm nông sinh học thị phân tử SSR có khác lớn Hệ số tương đồng di truyền cặp dòng ngô tính dựa đặc điểm nông sinh học dao động từ 0.43-0.97, trung bình 0.68 cao nhiều sử dụng thị phân tử SSR (hệ số tương đồng di truyền dao dộng từ 0.27-0.75, trung bình 0.5) Biểu đồ so sánh kết thống kê hệ số tương đồng di truyền dòng ngô sử dụng hai phương pháp (hình 8) cho thấy có khác rõ rệt Hình 8: Thống kê hệ số tương đồng di truyền dòng ngô Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp Page 57 Kết thống kê hệ số tương đồng cặp dòng ngô phân tích thị phân tử SSR tập trung chủ yếu khoảng 0.4-0.6 Kết thống kê hệ số tương đồng di truyền cặp dòng ngô phân tích đặc điểm nông sinh học tập trung chủ yếu khoảng 0.6-0.8 Khi so sánh mối tương quan hai ma trận tương đồng di truyền dòng ngô tính dựa đặc điểm nông sinh học dựa thị phân tử SSR phương pháp normalized Mantel statistic Z Mantel 1967 cho kết hệ số tương quan R = 0.126 Điều cho thấy có tương quan hai phương pháp, sử dụng đặc điểm nông sinh học đánh giá đa dạng di truyền dòng ngô cho kết phản ánh chất di truyền dòng có ảnh hưởng điều kiện ngoại cảnh dẫn đến có tương quan yếu hai ma trận tương đương đồng di truyền Beyene phân tích mối tương quan kết đánh giá đa dạng di truyền 62 dòng ngô Ethiopian phương pháp: sử dụng đặc điểm hình thái, thị phân tử SSR, thị phân tử AFLP cho thấy mối tương quan kết đánh giá đa dạng di truyền phương pháp hình thái phương pháp SSR (R=0.43), AFLP (R=0.39) thấp mối tương quan phương pháp SSR AFLP với R=0.67 Tác giả kết luận sử dụng đặc điểm hình thái đáng tin cậy việc phân tích mối quan hệ di truyền dòng ngô (Beyene cs, 2005) Phương pháp đánh giá đa dạng di truyền thị phân tử SSR thực nhanh chóng, thực phòng thí nghiệm, không phụ thuộc vào điều kiện môi trường Tuy nhiên phương pháp hình thái đơn giản không tốn 3.2.3 Định hướng lai tạo THL cho bước nghiên cứu 40 dòng qua thí nghiệm so sánh khả chịu hạn giai đoạn điều kiện nhà lưới cho kết 28 dòng thích ứng tốt với điều kiện hạn nhân tạo 28 dòng tiếp tục đánh giá đặc điểm nông sinh học Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp Page 58 vụ xuân 2014 lựa chọn 12 dòng có đặc điểm nông sinh học tốt sử dụng lai tạo THL cho bước nghiên cứu Kết đánh giá đa dạng di truyền 28 dòng ngô sử dụng thị phân tử SSR cho thấy khác biệt mặt di truyền dòng ngô Từ nghiên cứu ưu lai, nhà khoa học khẳng định ưu lai chịu chi phối mạnh mẽ cách biệt di truyền hai dạng bố mẹ Do tiến hành lai tạo dòng khác nhóm cách biệt di truyền cho xác xuất thành công lớn nhanh so với lai ngẫu nhiên Đối với dòng nhóm lớn nên lai hai dòng có giá trị khoảng cách di truyền cao giá trị trung bình nhóm Qua phân tích 27 mồi SSR đề tài phân 28 dòng ngô thành nhóm ưu lai với mức tương đồng di truyền nhóm [...]... chín sớm, chịu hạn 2.2 Yêu cầu • Đánh giá đặc điểm nông sinh học các dòng ngô dùng phục vụ công tác chọn giống ngô lai chín sớm, chịu hạn • Đánh giá đa da dạng di truyền nguồn các dòng ngô phục vụ công tác chọn tạo giống ngô lai chín sớm, chịu hạn và định hướng lai tạo THL cho công tác chọn tạo giống tiếp theo 3 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài • Cung cấp thêm thông tin về đặc điểm di truyền của... bộ giống đáp ứng kịp thời nhu cầu sản xuất Vì vậy chúng tôi thực hiện đề tài: Đánh giá đa dạng di truyền nguồn vật liệu ngô phục vụ công tác chọn tạo giống ngô lai chín sớm, chịu hạn 2 Mục đích, yêu cầu của đề tài 2.1 Mục đích Đánh giá đa dạng di truyền của các dòng ngô thuần ở mức hình thái, và phân tử đồng thời thiết kế sơ đồ lai tạo các tổ hợp lai phục vụ công tác chọn tạo giống ngô lai chín sớm,. .. ngày, chịu hạn phù hợp với các vùng sinh thái khác nhau ở Việt Nam Trong công tác chọn tạo giống ngô lai, thông tin về đa dạng di truyền của nguồn vật liệu là hết sức cần thiết cho chương trình chọn tạo giống Những thông tin di truyền ở mức hình thái (kiểu hình) và mức phân tử (kiểu gen) sẽ giúp các nhà chọn giống đánh giá và chọn lọc nguồn vật liệu, thiết kế sơ đồ lai tạo, rút ngắn thời gian chọn tạo giống. .. truyền của các dòng ngô dùng trong nghiên cứu • Bổ sung thông tin hữu ích, có giá trị tham khảo trong phương pháp đánh giá đa dạng di truyền nguồn gene ngô và khả năng ứng dụng trong công tác chọn tạo giống ngô lai ở Việt Nam • Kết quả nghiên cứu của đề tài sẽ hỗ trợ công tác chọn tạo giống ngô chín sớm, chịu hạn, giúp giảm khối lượng công việc đánh giá vật liệu và rút ngắn thời gian tạo giống Học viện... nghiên cứu chỉ ra giá trị của đa dạng di truyền trong việc cung cấp hàng rào di truyền chống lại stress sinh học và phi sinh học (Adeyemo và cs, 2012) Nghiên cứu đa dạng di truyền là yếu tố quyết định thành công trong lai giống thực vật Đa dạng di truyền giúp nhận biết khả năng kết hợp có ý nghĩa của nguồn vật liệu cây bố mẹ trong lai giống để tạo ra con lai có tiềm năng di truyền tối đa (Aremu, 2011)... thích ứng với điều kiện hạn và 12 dòng còn lại được lựa chọn ngẫu nhiên từ tập đoàn dòng làm đối chứng trong thí nghiệm so sánh khả năng chịu hạn giữa các dòng ngô ở giai đoạn cây con Từ đó làm tăng thêm cơ sở trong việc xác định nguồn vật liệu dùng phục vụ công tác chọn tạo giống ngô lai chín sớm, chịu hạn -27 mồi SSR sử dụng để đánh giá đa dạng di truyền được chọn lọc từ cở sở dữ liệu mồi được phát triển... Dòng chịu hạn 26 C604 MONSATO Dòng chịu hạn 7 C127 CP4097 Dòng chịu hạn 27 C614 Trung Quốc Dòng chịu hạn 8 C140 TI8332 Dòng chịu hạn 28 C632 PAC339 Dòng chịu hạn 9 C157 TG8256 Dòng chịu hạn 29 C649 PAC339 Dòng chịu hạn 10 C174 30Y87 Dòng chịu hạn 30 C759 B163 Dòng chịu hạn 11 C175 NT6654 Dòng chịu hạn 31 C762 B164 Dòng chịu hạn 12 C182 NK54 Dòng chịu hạn 32 C771 DK6818 Dòng chịu hạn 13 C186 NK67 Dòng chịu. .. thị SSR trong đánh giá đa dạng di truyền và dự đoán ưu thế lai đang được Viện Nghiên cứu Ngô tiếp tục nghiên cứu và phát triển, hỗ trợ phương pháp truyền thống trong công tác chọn tạo giống ngô lai, góp phần nhanh chóng xác định được tổ hợp lai ưu tú phục vụ sản xuất Ngô Thị Minh Tâm và Bùi Mạnh Cường (2009) phân tích đa hình di truyền 8 dòng ngô có nguồn gốc khác nhau trong tập đoàn vật liệu của Viện... Nông nghiệp Page 22 2.2 Nội dung nghiên cứu Thí nghiệm so sánh khả năng chịu hạn ở giai đoạn cây con của các dòng ngô Thí nghiệm đánh giá đặc điểm nông sinh học của các dòng ngô Đánh giá đa dạng di truyền nguồn vật liệu ngô bằng đặc điểm hình thái Đánh giá đa dạng di truyền nguồn vật liệu ngô bằng chỉ thị phân tử SSR Định hướng lai tạo THL cho bước nghiên cứu tiếp theo Học viện Nông nghiệp Việt Nam –... giống ngô lai chịu hạn, ngắn ngày được các nhà khoa học trong nước tập trung nghiên cứu; một số giống ngô chịu hạn do Viện nghiên cứu Ngô tạo ra đã đưa vào sản xuất và thu được kết quả cao như: LVN4, LVN99, LVN145, LVN885, LVN25, VN5885 Tuy nhiên, kết quả chọn tạo giống ngô chín sớm, chịu hạn vẫn còn hạn chế Để phát triển sản xuất ngô ổn định cần phải đa dạng hóa bộ giống, chọn tạo những bộ giống ngô ngắn