ứng dụng chỉ thị phân tử trong chọn lọc cá thể mang gen tăng số hạt trên bông phục vụ công tác chọn tạo giống lúa cao sản

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PHÁT TRIỂN NÔNG THÔN HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VN VIỆN KHOA HỌC NÔNG NGHIỆP VN LÊ THỊ THÀNH ỨNG DỤNG CHỈ THỊ PHÂN TỬ TRONG CHỌN LỌC CÁ THỂ MANG GEN TĂNG SỐ HẠT TRÊN BÔNG PHỤC VỤ CÔNG TÁC CHỌN TẠO GIỐNG LÚA CAO SẢN LUẬN VĂN THẠC SĨ NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI, 2015 BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PHÁT TRIỂN NÔNG THÔN HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VN VIỆN KHOA HỌC NÔNG NGHIỆP VN LÊ THỊ THÀNH ỨNG DỤNG CHỈ THỊ PHÂN TỬ TRONG CHỌN LỌC CÁ THỂ MANG GEN TĂNG SỐ HẠT TRÊN BÔNG PHỤC VỤ CÔNG TÁC CHỌN TẠO GIỐNG LÚA CAO SẢN Chuyên ngành : Khoa học trồng Mã số : 60620110 LUẬN VĂN THẠC SĨ NÔNG NGHIỆP NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC : TS TRẦN ĐĂNG KHÁNH HÀ NỘI, 2015 LỜI CẢM ƠN Trong suốt trình thực đề tài hoàn thành luận văn này, nhận giúp đỡ tận tình quan, thầy hướng dẫn, thầy cô Ban Đào tạo sau Đại học Trước tiên xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến TS Trần Đăng Khánh (Viện Di truyền Nông nghiệp) tận tình hướng dẫn, giúp đỡ tạo điều kiện thuận lợi để hoàn thành công trình nghiên cứu Tôi xin chân thành cảm ơn ban lãnh đạo Viện Di truyền ban lãnh đạo Trung tâm Chuyển giao công nghệ Khuyến nông tạo điều kiện cho thực tốt đề tài nghiên cứu năm qua Tôi xin chân thành cảm ơn tập thể cán Bộ môn Sinh học phân tử (Viện Di truyền Nông nghiệp) nơi thực nội dung phân tử thí nghiệm luận văn Tôi xin cảm ơn đề tài :“ Nghiên cứu ứng dụng thị phân tử liên kết với tính trạng cấu thành suất tạo giống lúa siêu suất”, mã số: KC.06.12/11-15 Bộ Khoa học Công nghệ quan chủ quản đề tài hỗ trợ kinh phí để thực đề tài Tôi xin chân thành cảm ơn tập thể bạn lớp cao học khóa K22, đồng nghiệp gia đình giúp đỡ suốt trình học tập, nghiên cứu hoàn thành luận văn Tôi xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày tháng năm 2015 Học viên Lê Thị Thành Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp Page ii LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan công trình nghiên cứu riêng Toàn số liệu kết nghiên cứu luận án trung thực chưa sử dụng để bảo vệ học vị khác Tôi xin cam đoan thông tin trích dẫn luận văn rõ nguồn gốc Hà Nội, ngày tháng năm 2015 Học viên Lê Thị Thành Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp Page iii MỤC LỤC Lời cảm ơn i Lời cam đoan iii Mục lục iv Danh mục ký hiệu, chữ viết tắt vi Danh mục bảng vii Danh mục hình viii MỞ ĐẦU 1 Tính cấp thiết đề tài Mục tiêu yêu cầu đề tài 2.1 Mục tiêu đề tài 2.2 Yêu cầu đề tài Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài 3.1 Ý nghĩa khoa học đề tài 3.2 Ý nghĩa thực tiễn đề tài Đối tượng phạm vi nghiên cứu đề tài 4.1 Đối tượng nghiên cứu 4.2 Phạm vi nghiên cứu CHƯƠNG I TỔNG QUAN TÀI LIỆU VÀ CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA ĐỀ TÀI 1.1 Cơ sở khoa học việc nghiên cứu 1.1.1 Chỉ thị phân tử ứng dụng nghiên cứu di truyền 1.1.2 Chọn giống nhờ thị phân tử 1.2 Một số kết nghiên cứu nước giới 15 1.2.1 Tình hình nghiên cứu chọn giống nhờ phương pháp MAS QTL/gen tăng số hạt/bông giới 15 1.2.2 Tình hình nghiên cứu số thành tựu nghiên cứu chọn giống nhờ phương pháp MAS QTL/gen tăng số hạt /bông nước 20 CHƯƠNG II VẬT LIỆU, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 23 Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp Page iv 2.1 Vật liệu nghiên cứu 23 2.3 Phương pháp nghiên cứu kỹ thuật sử dụng 24 2.3.1 Kỹ thuật sử dụng phòng thí nghiệm 24 2.3.2 Phương pháp nghiên cứu thí nghiệm đồng ruộng 28 CHƯƠNG III KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 31 3.1 Xác định cá thể tổ hợp Khang Dân 18 KC25 mang QTL/gen quy định tính trạng tăng số hạt 31 3.1.1 Tách chiết tinh DNA tổng số 31 3.1.2 Xác định cá thể F4 tổ hợp lai Khang Dân 18/KC25 mang QTL/gen quy định tính trạng tăng số hạt 32 3.2 Đánh giá cá thể tổ hợp Khang Dân 18 KC25 mang QTL/gen quy định tính trạng tăng số hạt trên đồng ruộng 34 3.2.1 Đặc điểm sinh trưởng giai đoạn mạ dòng lúa thí nghiệm 34 3.2.2 Thời gian qua giai đoạn sinh trưởng dòng, giống lúa thí nghiệm 36 3.2.3 Động thái sinh trưởng dòng, giống lúa thí nghiệm 39 3.2.4 Đặc điểm hình thái dòng giống lúa thí nghiệm 48 3.2.5 Sự xuất sâu bệnh tự nhiên đồng ruộng 50 3.2.6 Một số tính trạng số lượng giống lúa thí nghiệm 53 3.2.7 Năng suất yếu tố cấu thành suất 56 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 61 Kết luận 61 Đề nghị 62 TÀI LIỆU THAM KHẢO 63 DANH MỤC TÀI LIỆU ĐÃ CÔNG BỐ 67 PHỤ LỤC 68 Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp Page v DANH MỤC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT Chữ viết tắt Từ/ cụm từ ADN : Acid Deoxyribonucleoic Đ/C : Đối chứng IRRI : Viện nghiên cứu lúa quốc tế NSLT : Năng suất lý thuyết TGST : Thời gian sinh trưởng NSTT : Năng suất thực thu QTL : Tính trạng di truyền số lượng MARKER : Chỉ thị STT : Số thứ tự KD18 : Khang dân 18 Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp Page vi DANH MỤC BẢNG TT bảng Tên bảng Trang Bảng 2.1 Thông tin cặp mồi sử dụng 23 Bảng 2.2 Thành phần phản ứng PCR 25 Bảng 3.1 Đặc điểm sinh trưởng mạ vụ Xuân 2015 dòng, giống lúa thí nghiệm 35 Bảng 3.2 Thời gian giai đoạn sinh trưởng dòng lúa thí nghiệm Vụ Xuân 2015 37 Bảng 3.3 Tốc độ tăng trưởng chiều cao giống lúa thí nghiệm 41 Bảng 3.4 Động thái tăng trưởng số nhánh dòng giống vụ Xuân 2015 43 Bảng 3.5 Động thái giống lúa thí nghiệm vụ Xuân 2015 46 Bảng 3.6 Đặc điểm hình thái giống lúa thí nghiệm vụ Xuân 2015 49 Bảng 3.7 Tình hình xuất sâu bệnh giống lúa thí nghiệm vụ Xuân 2015 51 Bảng 3.8 Một số tính trạng số lượng giống lúa thí nghiệm vụ Xuân 2015 53 Bảng 3.9 Năng suất yếu tố cấu thành suất dòng, giống lúa vụ Xuân 2015 57 Bảng 3.10 Giới thiệu dòng lúa có triển vọng 60 Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp Page vii DANH MỤC HÌNH TT hình Tên hình Trang Hình 2.1 Sơ đồ chu trình phản ứng PCR 26 Hình 3.1 Hình ảnh kiểm tra ADN tổng số tách chiết theo phương pháp CTAB gel agarose 0,8% 31 Hình 3.2 Hình ảnh điện di kiểm tra quần thể F4 với mồi RM21615 32 Hình 3.3 Hình ảnh điện di kiểm tra quần thể F4 với mồi RM500 33 Hình 3.4 Đồ thị động thái tăng trưởng chiều cao dòng, giống vụ Xuân 2015 40 Hình 3.5 Đồ thị động thái tăng trưởng số nhánh dòng giống thí nghiệm vụ Xuân 2015 44 Hình 3.6 Đồ thị tốc độ dòng, giống vụ Xuân 2015 47 Hình 3.7 Đồ thị chiều cao dòng giống lúa thí nghiệm 54 Hình 3.8 Đồ thị số tính trạng số lượng dòng, giống lúa thí nghiệm 55 Hình 3.9 Đồ thị số hạt/bông dòng, giống lúa thí nghiệm 58 Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp Page viii MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Cây lúa (Oryza sativa L.) ba loại lương thực toàn giới (lúa mì, lúa nước ngô), khoảng 40% dân số giới coi lúa gạo nguồn lương thực 25% dân số sử dụng lúa gạo 1/2 phần lương thực hàng ngày (Bộ Nông nghiệp PTNT, 2009) [1] Ở châu Á khu vực Đông Nam Á (trong có Việt Nam) lúa gạo trồng truyền thống Việt Nam năm nước có diện tích trồng lúa lớn giới nước xuất gạo đứng hàng đầu giới, nguồn thu ngoại tệ lớn nông nghiệp xuất Theo số liệu thống kê năm 2014, Việt Nam với diện tích khoảng 7,81 triệu hecta sản xuất 44,98 triệu thóc, đảm bảo an ninh lương thực Quốc gia mà xuất 6,9 triệu gạo (Bộ Nông nghiệp PTNT, 2014) [2] Ngày nay, công nghệ sinh học tạo công cụ hỗ trợ to lớn hiệu cho công tác chọn tạo giống trồng Sử dụng thị phân tử ADN cho phép phân tích di truyền tính trạng nông học quan trọng Chọn giống trồng nhờ thị phân tử trở nên hữu hiệu, không tính trạng điều khiển gen mà tính trạng số lượng điều khiển gen phụ hay QTL Hiệu cải tiến suất trồng tăng gấp nhiều lần so với chọn giống cổ điển nhờ thực chọn lọc không cần trực tiếp tính trạng mong muốn, mà thông qua thị phân tử liên kết với kiểu gen quy định tính trạng Mặt khác, phương pháp cho phép lọc kiểu hình với khối lượng quần thể lớn, thông qua chọn lọc nhờ thị phân tử người ta xác định kiểu hình hệ phân ly F2, F3, góp phần tiết kiệm thời gian công sức cho trình nghiên cứu Bằng đường chọn giống nhờ thị phân tử nhiều gen kháng sâu bệnh gen quy định suất, chất lượng quy tụ thành công vào số giống lúa Trong năm gần đây, trình đô thị hóa, công nghiệp hóa diễn Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp Page RAPD and RFLP markers, Theor, Appl Genet 83, 1997, 495 – 499 III Webside 33 http://sonongnghiepkiengiang.gov.vn/news.php?id=1131 34 http://www.vaas.org.vn/images/caylua/10/051_nangsuat.htm 35.http://m.baobinhthuan.com.vn/vn/chi-tiet tin.apsx?news_id=15935&cat_id=510 36 http://www.khoahoc.com.vn/khampha/sinh-vat-hoc/thuc-vat/40228_gene-giup- tang-nang-suat-va-chat-luong-gao.aspx Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp Page 66 DANH MỤC TÀI LIỆU ĐÃ CÔNG BỐ 01 báo đăng tạp chí Khoa học công nghệ Nông nghiệp Việt Nam – số năm 2014 ( trang 58 -64): “ Ứng dụng thị phân tử chọn lọc cá thể mang QTL/gen (tăng số hạt bông) từ quần thể F2, F3 ( tổ hợp lai KC25/KD18) phục vụ công tác chọn tạo giống lúa cao sản” Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp Page 67 PHỤ LỤC Một số hình ảnh minh họa đề tài H1: Cấy lúa thí nghiệm nhà lưới H2: Lúa cấy nhà lưới H3: Tách mẫu H4: Ly tâm mẫu Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp Page 68 H5: Lúa thí nghiệm ruộng H6: Lúa giai đoạn chín vụ Xuân 2015 H7: Dòng số H8: Dòng số 10 Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp Page 69 H9: Giống đối chứng H10: Dòng số 10 H11: Dòng số H12: Dòng số giống Đ/c Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp Page 70 H13: Giống đối chứng H14: Dòng số 10 Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp Page 71 Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp Page 72 Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp Page 73 Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp Page 74 Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp Page 75 Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp Page 76 Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp Page 77 Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp Page 78 Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp Page 79 Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp Page 80 [...]... vào giống lúa trồng đại trà là một vấn đề cấp thiết Xuất phát từ những vấn đề trên chúng tôi tiến hành thực hiện đề tài: Ứng dụng chỉ thị phân tử trong chọn lọc cá thể mang gen tăng số hạt trên bông phục vụ công tác chọn tạo giống lúa cao sản 2 Mục tiêu và yêu cầu của đề tài 2.1 Mục tiêu của đề tài - Ứng dụng phương pháp chọn giống nhờ chỉ thị phân tử để kiểm tra, xác định các cá thể trong quần thể. .. quần thể F2 phân ly, sàng lọc các cá thể bằng các chỉ thị và thu các cá thể mang alen chỉ thị mong muốn - Trồng cây F2:3 và sàng lọc các cá thể bằng chỉ thị Số lượng lớn cá thể F3 trong phạm vi một hàng có thể được sử dụng cho việc sàng lọc chỉ thị nhằm xác định hơn nữa trong trường hợp cần thiết nếu thấy cây F2 trước là đồng hợp tử với chỉ thị Chọn lọc và thu các cá thể với alen chỉ thị và các tính trạng... hơn tới vấn đề chọn giống nhờ chỉ thị phân tử MAS (Marker-assisted selection) với ý đồ sử dụng các chỉ thị phân tử liên kết với các gen mong muốn trong chọn tạo giống mới 1.1.1.3 Ưu thế chỉ thị phân tử so với chỉ thị hình thái Tanksley (2009) [28] khi lập bản đồ đa gen đã nêu ra những ưu thế của chỉ thị phân tử so với chỉ thị hình thái như sau: a Kiểu gen của các locus chỉ thị phân tử có thể được xác... F4 mang QTL /gen tăng số hạt trên bông - Đánh giá, chọn lọc các cá thể mang QTL /gen tăng số hạt/ bông với các đặc điểm nông sinh học, thời gian sinh trưởng, phát triển, hình thái, năng suất phù hợp với các đặc tính mong muốn để phát triển giống mới mang QTL /gen quy định số hạt/ bông 2.2 Yêu cầu của đề tài Chọn, tạo được 1- 2 dòng /giống lúa trồng tại Đồng bằng Sông Hồng mang QTL /gen tăng số hạt trên bông. .. bởi một số lượng alen lớn trên locus 1.1.1.2 Ứng dụng chỉ thị phân tử trong nghiên cứu di truyền * Nghiên cứu đa dạng di truyền Một trong những ứng dụng của chỉ thị phân tử trong chọn giống là phân tích tính đa dạng di truyền Dựa vào chỉ thị phân tử có thể xác định tính đa dạng di truyền giữa các giống, các loài, giữa các cá thể trong cùng loài Những chỉ thị phân tử phản ánh những thay đổi có thể di... các hiệu ứng lấn át thường làm sai lệch việc đánh giá các cá thể phân ly ở trong cùng một quần thể phân ly, còn đối với chỉ thị phân tử, hiệu ứng lấn át hoặc cộng tính rất hiếm gặp (Bùi Chí Bửu, Nguyễn Thị Lang, 2004) [4] 1.1.2 Chọn giống nhờ chỉ thị phân tử 1.1.2.1 Khái niệm chọn giống nhờ chỉ thị phân tử Trong khi các ứng dụng kỹ thuật di truyền vào chọn giống đã dành được nhiều sự quan tâm trên thế... hiệu quả chọn giống ở các điểm: - Phân biệt kiểu gen đồng hợp tử và dị hợp tử: Để phân biệt các kiểu gen trong phương pháp chọn giống truyền thống là dựa trên chọn lọc kiểu hình Chọn lọc kiểu hình ít hiệu quả hơn trong việc phân biệt kiểu gen đồng hợp tử và dị hợp tử Khả năng xác định sự khác nhau là cần thiết tại một số bước trong các chương trình chọn giống - Phân biệt thế hệ đầu: Trong chọn giống truyền... tài Ứng dụng chọn giống nhờ chỉ thị phân tử là phương pháp thiết thực, hiệu quả trong việc chọn được dòng /giống mang locus gen quy định tính trạng di truyền số lượng (QTL) hay gen quan tâm giúp khắc phục được những hạn chế của chọn giống truyền thống đặc biệt là đối với các gen tăng số hạt trên bông, cho phép rút ngắn quá trình chọn lọc, giảm chi phí trong chọn giống Làm cơ sở cho chương trình chọn tạo. .. ưu hoá số cây cần chọn, số lần lai trở lại, hoặc loại bỏ các cá thể không liên quan đến những gen quan tâm, các chỉ thị phân tử có thể được áp dụng chọn giống nhằm phân biệt giữa các cá thể trong một Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp Page 11 quần thể phân ly và xác định giống Khi so sánh với chọn giống truyền thống, vai trò trợ giúp của chỉ thị phân tử có thể cải... học phục vụ công tác chọn giống cây trồng (Nguyễn Quang Thạch và CS, 2005)[10] Vậy chỉ thị phân tử là gì? Chỉ thị phân tử (chỉ thị DNA) có thể được định nghĩa như một đoạn DNA đặc hiệu, biểu hiện khác biệt ở mức độ phân tử trong hệ gen (genome) Chúng có thể có hoặc không tương quan tới biểu hiện kiểu hình của một tính trạng cụ thể Chỉ thị phân tử là những chỉ thị có bản chất là đa hình ADN Nó có thể