Ứng dụng chỉ thị phân tử chọn tạo các dòng đậu tương kháng bệnh gỉ sắt (Phakopsora pachyrhizi Sydow) (Luận án tiến sĩ)Ứng dụng chỉ thị phân tử chọn tạo các dòng đậu tương kháng bệnh gỉ sắt (Phakopsora pachyrhizi Sydow) (Luận án tiến sĩ)Ứng dụng chỉ thị phân tử chọn tạo các dòng đậu tương kháng bệnh gỉ sắt (Phakopsora pachyrhizi Sydow) (Luận án tiến sĩ)Ứng dụng chỉ thị phân tử chọn tạo các dòng đậu tương kháng bệnh gỉ sắt (Phakopsora pachyrhizi Sydow) (Luận án tiến sĩ)Ứng dụng chỉ thị phân tử chọn tạo các dòng đậu tương kháng bệnh gỉ sắt (Phakopsora pachyrhizi Sydow) (Luận án tiến sĩ)Ứng dụng chỉ thị phân tử chọn tạo các dòng đậu tương kháng bệnh gỉ sắt (Phakopsora pachyrhizi Sydow) (Luận án tiến sĩ)Ứng dụng chỉ thị phân tử chọn tạo các dòng đậu tương kháng bệnh gỉ sắt (Phakopsora pachyrhizi Sydow) (Luận án tiến sĩ)Ứng dụng chỉ thị phân tử chọn tạo các dòng đậu tương kháng bệnh gỉ sắt (Phakopsora pachyrhizi Sydow) (Luận án tiến sĩ)
HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM NGUYỄN VĂN KHỞI ỨNG DỤNG CHỈ THỊ PHÂN TỬ CHỌN TẠO CÁC DÒNG ĐẬU TƯƠNG KHÁNG BỆNH GỈ SẮT (Phakopsora pachyrhizi Sydow) NHÀ XUẤT BẢN ĐẠI HỌC NÔNG NGHIỆP – 2018 HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM NGUYỄN VĂN KHỞI ỨNG DỤNG CHỈ THỊ PHÂN TỬ CHỌN TẠO CÁC DÒNG ĐẬU TƯƠNG KHÁNG BỆNH GỈ SẮT (Phakopsora pachyrhizi Sydow) Chuyên ngành: Di truyền chọn giống trồng Mã số: 62 01 11 Người hướng dẫn khoa học: GS.TS Phan Hữu Tôn TS Nguyễn Thanh Tuấn HÀ NỘI – 2018 LỜI CAM ĐOAN Tơi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi, kết nghiên cứu đƣợc trình bày luận án trung thực, khách quan chƣa sử dụng bảo vệ để lấy học vị Tôi xin cam đoan giúp đỡ cho việc thực luận án đƣợc cám ơn, thơng tin trích dẫn luận án đƣợc ghi rõ nguồn gốc Hà Nội, ngày tháng .năm 2018 Tác giả luận án Nguyễn Văn Khởi i LỜI CẢM ƠN Trong suốt thời gian học tập, nghiên cứu hồn thành luận án, tơi nhận đƣợc hƣớng dẫn, bảo tận tình thầy cô giáo, giúp đỡ, động viên bạn bè, đồng nghiệp gia đình Nhân dịp hồn thành luận án, cho phép tơi đƣợc bày tỏ lòng kính trọng biết ơn sâu sắc tới GS.TS Phan Hữu Tơn TS Nguyễn Thanh Tuấn tận tình hƣớng dẫn, dành nhiều công sức, thời gian tạo điều kiện cho tơi suốt q trình học tập, nghiên cứu hồn thành luận án Tơi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới Ban Giám đốc, Ban Quản lý đào tạo, Bộ môn Di truyền chọn giống trồng, Khoa Nông học – Học viện Nơng nghiệp Việt Nam tận tình giúp đỡ tơi trình học tập, thực đề tài hồn thành luận án Tơi xin chân thành cảm ơn tập thể lãnh đạo Viện Cây lƣơng thực Cây thực phẩm, đồng nghiệp thuộc Bộ môn Công nghệ Sinh học, Viện Cây lƣơng thực Cây thực phẩm tạo điều kiện thuận lợi giúp đỡ q trình thực thí nghiệm luận án Xin chân thành cảm ơn gia đình, bạn bè tạo điều kiện thuận lợi, giúp đỡ động viên, khuyến khích tơi suốt q trình hồn thành luận án Tác giả luận án Nguyễn Văn Khởi ii MỤC LỤC Lời cam đoan i Lời cảm ơn ii Mục lục iii Danh mục chữ viết tắt vi Danh mục bảng vii Danh mục hình x Trích yếu luận án xi Thesis abstract xiii PHẦN MỞ ĐẦU 1.1 Tính cấp thiết đề tài 1.2 Mục tiêu nghiên cứu 1.3 Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu 1.4 Tính đóng góp luận án 1.5 Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài PHẦN TỔNG QUAN TÀI LIỆU NGHIÊN CỨU 2.1 Tình hình sản xuất đậu tƣơng 2.1.1 Tình hình sản xuất giới 2.1.2 Tình hình sản xuất đậu tƣơng Việt Nam 2.1.3 Một số yếu tố hạn chế sản xuất đậu tƣơng Việt Nam 2.2 Bệnh gỉ sắt, phân bố tầm quan trọng 2.2.1 Triệu chứng bệnh 2.2.2 Phạm vi tác hại bệnh gỉ sắt 2.2.3 Tƣơng tác ký chủ - thể gây bệnh 2.2.4 Đa dạng tính biến chủng nấm Phakopsora pachyrhizi Sydow 2.2.5 Các phƣơng pháp đánh giá bệnh 13 2.3 Đánh giá nguồn gen đậu tƣơng 15 2.4 Di truyền tính kháng bệnh gỉ sắt đậu tƣơng thị phân tử liên kết 18 2.4.1 Di truyền tính kháng hiệu lực kháng gen 18 2.4.2 Chỉ thị phân tử liên kết với gen kháng bệnh gỉ sắt đậu tƣơng 21 iii 2.5 Ứng dụng thị phân tử chọn tạo giống trồng 24 2.5.1 Chỉ thị phân tử ADN 24 2.5.2 Ứng dụng thị phân tử ADN chọn tạo giống trồng 26 2.6 Một số thành tựu chọn tạo giống đậu tƣơng kháng bệnh gỉ sắt 30 PHẦN VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 33 3.1 Địa điểm nghiên cứu 33 3.2 Thời gian nghiên cứu 33 3.3 Vật liệu nghiên cứu 33 3.4 Nội dung nghiên cứu 36 3.4.1 Nội dung Đánh giá vật liệu khởi đầu phục vụ công tác lai tạo chọn lọc dòng đậu tƣơng suất cao, kháng bệnh gỉ sắt 3.4.2 36 Nội dung Lựa chọn thị phân tử ADN liên kết chặt với gen kháng bệnh gỉ sắt đậu tƣơng 36 3.4.3 Nội dung Lai tạo chọn lọc dòng đậu tƣơng kháng bệnh gỉ sắt 36 3.5 Phƣơng pháp nghiên cứu 37 3.5.1 Đánh giá vật liệu khởi đầu phục vụ công tác lai tạo chọn lọc dòng đậu tƣơng suất cao, kháng bệnh gỉ sắt 37 3.5.2 Lựa chọn thị phân tử liên kết chặt với gen kháng bệnh gỉ sắt 42 3.5.3 Lai tạo chọn lọc dòng đậu tƣơng kháng bệnh gỉ sắt 43 3.5.4 Phƣơng pháp xử lý số liệu 46 PHẦN KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 4.1 47 Kết đánh giá vật liệu khởi đầu phục vụ công tác lai tạo chọn lọc dòng đậu tƣơng suất cao, kháng bệnh gỉ sắt 47 4.1.1 Đặc điểm hình thái, nơng sinh học suất mẫu giống đậu tƣơng 47 4.1.2 Phát nguồn gen đậu tƣơng kháng gỉ sắt thị phân tử ADN 59 4.1.3 Xác định gen kháng hữu hiệu với bệnh gỉ sắt đậu tƣơng Việt Nam 63 4.1.4 Lựa chọn bố mẹ định hƣớng lai tạo 66 4.2 Kết lựa chọn thị phân tử liên kết với gen quy định tính kháng 67 4.2.1 Đa hình mẫu giống đậu tƣơng sử dụng thị phân tử liên kết với gen quy định tính kháng bệnh gỉ sắt 68 4.2.2 Xác định độ liên kết thị phân tử ADN với gen kháng gỉ sắt 69 4.3 Lai tạo chọn lọc dòng đậu tƣơng theo mục tiêu 71 iv 4.3.1 Thiết lập tổ hợp lai đậu tƣơng theo mục tiêu 72 4.3.2 Kết chọn tạo dòng đậu tƣơng kháng bệnh gỉ sắt ứng dụng MAS 73 4.3.3 Kết lai backcross chọn lọc MABC 91 PHẦN KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 97 5.1 Kết luận 97 5.2 Đề nghị 98 Danh mục cơng trình cơng bố có liên quan đến luận án 99 Tài liệu tham khảo 100 Phụ lục 116 v DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT Chữ viết tắt Chữ viết đầy đủ ADN Axit desoxiribonucleic AFLP Amplified Fragments Length Polymorphism (Đa hình chiều dài đoạn ADN nhân chọn lọc) AUDPC Area Under Disease Progess Curve (Chỉ số nhiễm bệnh tích lũy theo thời gian) BNN&PTNT Bộ Nông nghiệp Phát triển Nông thôn bp Base pair (Cặp nucleotide) cM Centi Morgarn (Đơn vị chiều dài đồ di truyền) CTAB Cetyltrimethylammonium bromide CTP Cây thực phẩm dNTPs Deoxynucleotide Triphosphates Đ/c Đối chứng FAO Food and Agriculte Organization of the United Nations (Tổ chức Lƣơng thực Nông nghiệp Liên hiệp quốc) MABC Marker Assisted Backcrossing (Lai lại nhờ thị phân tử) MAS Marker Assisted Selection (Chọn lọc nhờ thị phân tử) NST Nhiễm sắc thể KL Khối lƣợng KKN Khảo kiểm nghiệm PCR Polymerase Chain Reaction (Phản ứng chuỗi trùng hợp) TCN Tiêu chuẩn ngành TGST Thời gian sinh trƣởng RAPD Random Amplified Polymophic DNA (Đa hình đoạn ADN khuếch đại ngẫu nhiên) RFLP Restriction Fragment Length Polymorphism (Đa hình chiều dài đoạn phân cắt giới hạn) SNP Single Nucleotide Polymorphism (Đa hình Nucleotide đơn) SSR Simple Sequence Repeats (Những trình tự lặp lại đơn giản) STS Sequence Tagged Site (Vị trí trình tự đƣợc đánh dấu) WVRDC World Vegetable Research Development Center (Trung tâm nghiên cứu phát triển rau màu giới) vi DANH MỤC CÁC BẢNG TT Tên bảng Trang 2.1 Tình hình sản xuất đậu tƣơng giới qua số năm 2.2 Tình hình sản xuất đậu tƣơng Việt Nam qua số năm 2.3 Chủng Phakopsora pachyrhizi phân lập đƣợc số quốc gia 11 2.4 Nguồn gen đậu tƣơng kháng bệnh gỉ sắt châu Á (ASR) đƣợc công bố 17 2.5 Chỉ thị phân tử liên kết với gen kháng bệnh gỉ sắt đậu tƣơng đƣợc công bố 22 3.1 Danh sách mẫu giống đậu tƣơng nghiên cứu 34 3.2 Danh sách thị phân tử liên kết gen kháng gỉ sắt đậu tƣơng 35 3.3 Danh sách mẫu nấm gỉ sắt phân lập sử dụng lây nhiễm nhân tạo 36 4.1 Phân nhóm theo đặc điểm hình thái mẫu giống đậu tƣơng Viện Cây lƣơng thực Cây thực phẩm 4.2 Phân nhóm theo tiêu sinh trƣởng phát triển mẫu giống đậu tƣơng vụ xuân 2013, Viện Cây lƣơng thực Cây thực phẩm 4.3 58 Kết phát gen kháng bệnh gỉ sắt ứng dụng thị phân tử ADN vụ Xuân 2013 Viện Cây lƣơng thực Cây thực phẩm 4.6 61 Kết đánh giá tính kháng/nhiễm bệnh gỉ sắt nhiễm bệnh nhân tạo năm 2013 Từ Liêm, Hà Nội 4.7 55 Chất lƣợng hạt mẫu giống đậu tƣơng vụ Xuân 2013 Viện Cây lƣơng thực Cây thực phẩm 4.5 50 Phân nhóm theo khối lƣợng 1000 hạt mẫu giống đậu tƣơng vụ Xuân 2013 Viện Cây lƣơng thực Cây thực phẩm 4.4 48 62 Phản ứng với bệnh gỉ sắt mẫu giống đậu tƣơng vật liệu mang gen kháng 64 4.8 Mẫu giống đậu tƣơng bố mẹ lai tạo có nơng sinh học tốt suất cao 66 4.9 Mẫu giống đậu tƣơng bố mẹ lai tạo kháng bệnh gỉ sắt 67 4.10 Phân ly kiểu gen kháng xác định thị phân tử hệ F2 70 4.11 Kết phân tích kiểu gen kháng thị phân tử kết hợp với đánh giá kiểu hình nhiễm bệnh nhân tạo quần thể phân ly F2 4.12 70 Một số kết xác định thị phân tử liên kết với gen kháng gỉ sắt đậu tƣơng đƣợc công bố 71 vii 4.13 Các tổ hợp lai đậu tƣơng đƣợc thiết lập vụ xuân 2013 xuân 2014 Viện Cây lƣơng thực Cây thực phẩm 4.14 Kết chọn cá thể F2 tốt mang gen kháng từ tổ hợp lai Viện Cây lƣơng thực Cây thực phẩm vụ Thu Đông 2013 4.15 77 Đặc điểm sinh trƣởng, phát triển chống chịu dòng chọn lọc Xuân 2015 Viện Cây lƣơng thực Cây thực phẩm 4.19 84 Đặc điểm nơng sinh học dòng đậu tƣơng triển vọng Hè 2015 Viện Cây lƣơng thực Cây thực phẩm 4.24 85 Năng suất yếu tố cấu thành dòng đậu tƣơng triển vọng Hè 2015 Viện Cây lƣơng thực Cây thực phẩm 4.26 84 Mức độ nhiễm sâu bệnh đồng ruộng dòng đậu tƣơng triển vọng Hè 2015 Viện Cây lƣơng thực Cây thực phẩm 4.25 82 Đặc điểm hình thái dòng đậu tƣơng triển vọng Hè 2015 Viện Cây lƣơng thực Cây thực phẩm 4.23 81 Đánh giá kiểu hình kháng bệnh gỉ sắt dòng đậu tƣơng triển vọng Hè 2015 Viện Cây lƣơng thực Cây thực phẩm 4.22 79 Kết kiểm tra lại gen mục tiêu dòng triển vọng hệ F7 vụ Hè 2015 Viện Cây lƣơng thực Cây thực phẩm 4.21 78 Năng suất yếu tố cấu thành dòng đậu tƣơng chọn lọc Xuân 2015 Viện Cây lƣơng thực Cây thực phẩm 4.20 75 Đặc điểm hình thái dòng đậu tƣơng chọn lọc vụ Xuân 2015 Viện Cây lƣơng thực Cây thực phẩm 4.18 74 Kết chọn lọc vƣờn dòng đậu tƣơng kháng bệnh gỉ sắt hệ F5 Viện Cây lƣơng thực Cây thực phẩm vụ Thu Đông 2014 4.17 73 Kết chọn lọc vƣờn dòng đậu tƣơng kháng bệnh gỉ sắt hệ F3, F4 Viện Cây lƣơng thực Cây thực phẩm vụ Xuân Hè 2014 4.16 72 86 Một số đặc điểm giống đậu tƣơng Đ9 Đ10 vụ Thu Đông 2015 Xuân 2016 Viện Cây lƣơng thực Cây thực phẩm 87 4.27 Một số đặc điểm hình thái giống đậu tƣơng khảo nghiệm 88 4.28 Đặc điểm sinh trƣởng phát triển giống đậu tƣơng khảo nghiệm vụ đông 2015 xuân 2016 88 viii ... 2.5 Ứng dụng thị phân tử chọn tạo giống trồng 24 2.5.1 Chỉ thị phân tử ADN 24 2.5.2 Ứng dụng thị phân tử ADN chọn tạo giống trồng 26 2.6 Một số thành tựu chọn tạo giống đậu tƣơng kháng bệnh gỉ sắt. .. đậu tƣơng 15 2.4 Di truyền tính kháng bệnh gỉ sắt đậu tƣơng thị phân tử liên kết 18 2.4.1 Di truyền tính kháng hiệu lực kháng gen 18 2.4.2 Chỉ thị phân tử liên kết với gen kháng bệnh gỉ sắt đậu. .. đƣợc mẫu giống đậu tƣơng kháng bệnh gỉ sắt Việt Nam thị phân tử ADN, tiến hành lai chọn tạo đƣợc số dòng đậu tƣơng tốt mang gen kháng bệnh hữu hiệu kháng tốt với chủng nấm gây bệnh gỉ sắt Việt Nam