nghiên cứu ứng dụng chỉ thị phân tử dna trong chọn tạo giống lúa thơm kháng bệnh bạc lá

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM DƯƠNG XUÂN TÚ NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CHỈ THỊ PHÂN TỬ DNA TRONG CHỌN TẠO GIỐNG LÚA THƠM KHÁNG BỆNH BẠC LÁ LUẬN ÁN TIẾN SỸ CHUYÊN NGÀNH: DI TRUYỀN VÀ CHỌN GIỐNG CÂY TRỒNG HÀ NỘI - 2015 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM DƯƠNG XUÂN TÚ NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CHỈ THỊ PHÂN TỬ DNA TRONG CHỌN TẠO GIỐNG LÚA THƠM KHÁNG BỆNH BẠC LÁ CHUYÊN NGÀNH: DI TRUYỀN VÀ CHỌN GIỐNG CÂY TRỒNG MÃ SỐ: 62 62 01 11 NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS.TS PHAN HỮU TÔN HÀ NỘI - 2015 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan công trình nghiên cứu riêng tôi, kết nghiên cứu trình bày luận án trung thực, khách quan chưa dùng bảo vệ lấy học vị Tôi xin cam đoan giúp đỡ cho việc thực luận án cám ơn, thông tin trích dẫn luận án rõ nguồn gốc Hải Dương, ngày 20 tháng năm 2015 Tác giả luận án Dương Xuân Tú i LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành luận án này, nhận quan tâm, giúp đỡ thầy, cô giáo, tập thể cá nhân bạn đồng nghiệp Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến PGS.TS Phan Hữu Tôn, Học Viện Nông nghiệp Việt Nam, người hướng dẫn khoa học, tận tình hướng dẫn giúp đỡ suốt trình thực đề tài hoàn chỉnh luận án Tôi xin chân thành cảm ơn Ban Quản lý Đào tạo, Học Viện Nông nghiệp Việt Nam; Các thầy cô giáo Bộ môn Di truyền chọn giống trồng, Khoa Nông học, Học Viện Nông nghiệp Việt Nam đào tạo, hướng dẫn, giúp đỡ tạo điều kiện thuận lợi để hoàn thành luận án Tôi xin chân thành cảm ơn lãnh đạo Viện Cây lương thực Cây thực phẩm, đồng nghiệp thuộc Bộ môn Công nghệ sinh học, Viện Cây lương thực Cây thực phẩm tạo điều kiện thuận lợi giúp đỡ cho tiến hành thực thí nghiệm luận án Sau gia đình bên cạnh động viên, tạo điều kiện thời gian kinh phí để hoàn thành luận án Tôi xin chân thành cảm ơn! Hải Dương, ngày 20 tháng năm 2015 Tác giả luận án Dương Xuân Tú ii MỤC LỤC Lời cam đoan i Lời cảm ơn ii Mục lục iii Danh mục ký hiệu, chữ viết tắt vi Danh mục bảng vii Danh mục hình x MỞ ĐẦU 1 Tính cấp thiết Mục tiêu đề tài Ý nghĩa khoa học thực tiễn 4 Những đóng góp đề tài Chương I: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 Chọn tạo phát triển lúa thơm chất lượng cao 1.2 Ứng dụng thị phân tử chọn tạo giống lúa 1.2.1 Một số thị phân tử ADN sử dụng phổ biến nghiên cứu di truyền chọn tạo giống lúa 1.2.2 Một số kết ứng dụng thị phân tử chọn tạo giống lúa 1.3 Nghiên cứu mùi thơm thị phân tử liên kết với gen qui định tính 13 15 trạng mùi thơm lúa 1.3.1 Chất tạo mùi thơm lúa 15 1.3.2 Di truyền tính trạng mùi thơm lúa 19 1.3.3 Chỉ thị phân tử liên kết với gen qui định tính trạng mùi thơm lúa 22 1.3.4 Kết ứng dụng thị phân tử chọn tạo giống lúa thơm 24 1.4 Nghiên cứu bệnh bạc thị phân tử liên kết với gen qui định 28 tính kháng bệnh bạc lúa 1.4.1 Vi khuẩn gây bệnh bạc lúa 28 1.4.2 Nguồn gen kháng thị phân tử liên kết với gen kháng 31 iii 1.4.3 Kết ứng dụng thị phân tử chọn tạo giống lúa kháng bệnh 36 bạc 1.5 Nghiên cứu đa dạng di truyền nguồn gen lúa 41 Chương PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 47 2.1 Vật liệu nghiên cứu 47 2.2 Nội dung nghiên cứu 50 2.3 Địa điểm thời gian nghiên cứu 51 2.4 Phương pháp nghiên cứu 52 2.4.1 Đánh giá đa dạng di truyền tập đoàn vật liệu lúa thơm kháng bệnh bạc 52 2.4.2 Lựa chọn thị phân tử liên kết với gen qui định mùi thơm tính 56 kháng với chủng vi khuẩn gây bệnh bạc lúa tỉnh phía Bắc 2.4.3 Lai tạo tổ hợp lai định hướng tạo vật liệu cho chọn lọc dòng lúa 58 theo mục tiêu 2.4.4 Sử dụng thị phân tử chọn cá thể mang kiểu gen thơm gen kháng 61 bệnh bạc từ hệ phân ly, kết hợp với đánh giá kiểu hình để chọn dòng lúa theo mục tiêu Chương KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 63 Lựa chọn thị phân tử liên kết với gen qui định mùi thơm tính 63 kháng với chủng vi khuẩn gây bệnh bạc lúa tỉnh phía Bắc 3.1.1 Lựa chọn thị phân tử liên kết với gen thơm lúa 63 3.1.2 Lựa chọn thị phân tử liên kết với gen kháng với số chủng vi 71 khuẩn gây bệnh bạc lúa phổ biến tỉnh phía Bắc Đánh giá đa dạng di truyền tập đoàn vật liệu lúa thơm kháng bệnh bạc 91 3.2.1 Đánh giá đặc điểm nông sinh học, mùi thơm khả kháng bệnh 91 3.2 bạc mẫu giống tập đoàn vật liệu 3.2.2 Đánh giá đa dạng di truyền mẫu giống lúa vật liệu sử dụng 106 thị phân tử DNA 3.2.3 Định hướng lựa chọn bố mẹ lai tạo giống lúa thơm kháng bệnh bạc iv 111 cho tỉnh phía Bắc 3.3 Lai tạo tổ hợp lai định hướng tạo vật liệu cho chọn lọc dòng lúa 113 theo mục tiêu 3.3.1 Mục tiêu chọn tạo giống lúa 113 3.3.2 Lựa chọn bố mẹ cho tổ hợp lai 113 3.3.3 Kết lai tạo 115 3.4 120 Sử dụng thị phân tử chọn cá thể mang kiểu gen thơm gen kháng bệnh bạc từ hệ phân ly, kết hợp với đánh giá kiểu hình để chọn dòng lúa theo mục tiêu 3.4.1 Sử dụng thị phân tử liên kết để chọn lọc thể mang gen mục tiêu 120 từ hệ sớm 3.4.2 Đánh giá chọn lọc theo mục tiêu các dòng lúa mang gen 124 mục tiêu KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 140 DANH MỤC NHỮNG KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CỦA TÁC GIẢ LIÊN 142 QUAN ĐẾN ĐỀ TÀI ĐÃ ĐƯỢC CÔNG BỐ TÀI LIỆU THAM KHẢO 143 PHỤ LỤC 155 v DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT Chữ viết tắt Nghĩa đầy đủ 2AP 2-acetyl-1-pyrroline ADN Acid Deribonucleic AFLP BAD Amplified Fragment Length Polymorphism Betain Aldehyde Dehydrogenase BC Backcross (lai lại) ĐBSCL Đồng sông Cửu long ĐBSH Đồng sông Hồng cM Centi Moocgarn HAU Hanoi Agricultural University IRRI International Rice Research Institute FAO Food and Agriculture Oganization MABC Molecular Assissted Backcrossing MAS Molecular Assissted Selection NSLT Năng suất lý thuyết NST Nhiễm sắc thể NSTT Năng suất thực thu PCR Polymerase Chain Reaction PIC Polymorphic Information Content QTLs Quantitative Trait Locus RAPD Random Amplified Polymorphic DNA RFLP Restriction Fragment Length Polymorphism SNP Single Nucleotide Polymorphisms SRFA Selective Restriction Fragment Amplication SSR Simple Sequence Repeates hay Microsatellite STS Sequence Tagged Sites TGST Thời gian sinh trưởng Xoo Xanthomonas oryzae pv oryzae Viện CLT - CTP Viện Cây lương thực Cây thực phẩm vi DANH MỤC CÁC BẢNG STT Tên bảng Trang 1.1 Một số chất tạo mùi thơm tìm lúa 16 1.2 Nguồn gốc chủng vi khuẩn gây bệnh bạc lúa phổ biến thu thập tỉnh phía Bắc 30 2.1 Danh sách dòng lúa vật liệu sử dụng nghiên cứu 47 2.2 Các chủng vi khuẩn gây bệnh bạc sử dụng nghiên cứu 49 2.3 Các thị liên kết với gen thơm fgr NST số sử dụng nghiên cứu 49 2.4 Các thị liên kết với gen kháng bệnh bạc Xa4, xa5 Xa7 sử dụng nghiên cứu 50 3.1 Nhận diện gen thơm fgr tập đoàn vật liệu lúa thơm thị liên kết 65 3.2 Tỷ lệ phân ly kiểu gen thơm fgr quần thể F2 tổ lai nhận diện sử dụng thị phân tử 68 Kết phân tích kiểu gen thơm fgr thị phân tử kết hợp vơi đánh giá mùi thơm hạt quần thể phân ly F2 69 3.4 Phản ứng mẫu giống lúa vật liệu với số chủng vi khuẩn gây bệnh bạc điều kiện lây nhiễm nhân tạo 72 3.5 Kiểu gen kháng mức kháng/nhiễm với chủng vi khuẩn gây bệnh bạc hệ F1 tổ hợp lai 82 3.6 Tỷ lệ phân ly kiểu gen kháng Xa4, xa5 Xa7 hệ F2 tổ lai nhận dạng thị phân tử 85 3.7 Kiểu gen kháng nhận diện thị phân tử mức kháng/nhiễm với vi khuẩn gây bệnh bạc hệ F2 tổ hợp lai 86 3.8 Kết kiểm tra gen kháng Xa4, xa5 Xa7 thị phân tử giống lúa vật liệu 89 3.9 Phân nhóm theo khả đẻ nhánh mẫu giống lúa vật liệu 93 3.3 3.10 Phân nhóm chiều cao mẫu giống lúa vật liệu 94 3.11 Phân nhóm mẫu giống lúa vật liệu theo tỷ lệ hạt 96 vii 3.12 Phân nhóm theo suất mẫu giống lúa vật liệu 98 3.13 Nguồn gen kháng bệnh bạc mẫu giống lúa vật liệu 102 3.14 Phân nhóm mẫu giống lúa vật liệu theo hàm lượng amylose gạo 105 3.15 Phân nhóm mẫu giống lúa vật liệu theo nhiệt hóa hồ 105 3.16 Hệ số PIC, số allele thể 31 thị 51 mẫu giống lúa vật liệu 107 3.17 Vật liệu lúa thơm, chất lượng cao lựa chọn làm vật liệu cho tổ hợp lai định hường 111 3.18 Vật liệu lúa kháng bệnh bệnh bạc (nguồn gen kháng) lựa chọn làm vật liệu cho tổ hợp lai định hướng 112 3.19 Các dòng giống lúa lựa chọn làm vật liệu lai tạo 114 3.20 Danh sách tổ hợp lai theo định hướng 115 3.21 Kiểm tra gen thơm fgr lai F1 tổ hợp lai 116 3.22 Quan sát lai hệ F1 tổ hợp lai 117 3.23 Kết lai tạo tổ hợp lai bố mẹ 118 3.24 Kết lai tạo tổ hợp lai BC5 vụ mùa 2013 đánh giá lai BC5F1 vụ xuân 2014 119 3.25 Kết chọn cá thể mang gen mục tiêu quần thể F3 tổ hợp lai vụ mùa 2012 123 3.26 Bảng ký hiệu dòng chọn 124 3.27 Kết chọn dòng lúa thơm kháng bệnh bạc hệ F4 vụ xuân 2013 124 3.28 Kết chọn dòng lúa thơm kháng bệnh bạc hệ F5 vụ mùa 2013 125 3.29 Danh sách dòng lúa thơm kháng bệnh bạc hệ F6 chọn vụ mùa 2013 126 3.30 Kết kiểm tra gen mục tiêu dòng lúa chọn hệ F6 127 3.31 Mức kháng/nhiễm dòng giống lúa chọn hệ F6 đối 129 viii ... trạng mùi thơm lúa 19 1.3.3 Chỉ thị phân tử liên kết với gen qui định tính trạng mùi thơm lúa 22 1.3.4 Kết ứng dụng thị phân tử chọn tạo giống lúa thơm 24 1.4 Nghiên cứu bệnh bạc thị phân tử liên... kháng bệnh bạc lúa 1.4.1 Vi khuẩn gây bệnh bạc lúa 28 1.4.2 Nguồn gen kháng thị phân tử liên kết với gen kháng 31 iii 1.4.3 Kết ứng dụng thị phân tử chọn tạo giống lúa kháng bệnh 36 bạc 1.5 Nghiên. .. TÀI LIỆU 1.1 Chọn tạo phát triển lúa thơm chất lượng cao 1.2 Ứng dụng thị phân tử chọn tạo giống lúa 1.2.1 Một số thị phân tử ADN sử dụng phổ biến nghiên cứu di truyền chọn tạo giống lúa 1.2.2 Một