Nghiên cứu chọn tạo giống lúa thơm (oryza sativa l ) kháng rầy nâu (nilaparvata lugenesstal) bằng dấu phân tử SSR

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ NGUYỄN TRÍ YẾN CHI NGHIÊN CỨU CHỌN TẠO GIỐNG LÚA THƠM (Oryza sativa L.) KHÁNG RẦY NÂU (Nilaparvata lugens Stal.) BẰNG DẤU PHÂN TỬ SSR LUẬN ÁN TỐT NGHIỆP TIẾN SĨ NGÀNH CÔNG NGHỆ SINH HỌC 2018 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ NGUYỄN TRÍ YẾN CHI NGHIÊN CỨU CHỌN TẠO GIỐNG LÚA THƠM (Oryza sativa L.) KHÁNG RẦY NÂU (Nilaparvata lugens Stal.) BẰNG DẤU PHÂN TỬ SSR LUẬN ÁN TỐT NGHIỆP TIẾN SĨ NGÀNH CÔNG NGHỆ SINH HỌC CÁN BỘ HƯỚNG DẪN PGS.TS TRƯƠNG TRỌNG NGÔN 2018 XAC NHAN CUA HQI DONG CHAM LUAN AN TIEN SI CAP TRITCJNG Luan an “Nghien cuu chon tao giong lua thorn ( Oryza sativa L.) khang ray nau (Nilaparvata lugens Stal.) b3ng dau phan tu- SSR” nghien cuu sinh Nguyen Tri Yen Chi th\rc hien theo s\r hudng dan cua PGS.TS Truong Trong Ngon Luan an da bao cao va dirge Hgi dong cham luan an tien si cap truong thong qua 20/03/2018 Nghien cuu sinh da hoan chinh luan an theo Nghi quyet cua Hoi dong va duoc chu tich Hoi dong kiem tra phe duyet theo sir uy nhi$m cua Hoi dong cham luan an tien si cdp trucmg Can Thcr, 14 thang 06 nam 2018 NGHIEN CUTJ SINH NGUYEN TRI YEN CHI NGlTCH HIT6NG DAN KHOA HOC PGS.TS TRlTONG TRONG NGON CHU TICH HOI DONG I PGS.TS LE VIET DUNG i LỜI CẢM TẠ Tôi xin chân thành cảm ơn PGS.TS Trương Trọng Ngôn - người hướng dẫn đề tài, người Thầy tận tình hướng dẫn, động viên, giúp đỡ, cung cấp tài liệu, kiến thức quý báu tạo điều kiện tốt để thực đề tài Xin gửi lời cám ơn đến Ban Lãnh đạo Viện Nghiên cứu Phát triển Công nghệ Sinh học cho phép, ủng hộ, tạo hội cho tơi học tập, nghiên cứu hồn thành luận án nghiên cứu sinh Xin chân thành cảm ơn PGS.TS Trần Nhân Dũng tạo điều kiện hỗ trợ kinh phí cho q trình nghiên cứu Xin chân thành cảm ơn ThS Hồ Quang Cua cung cấp hai giống lúa thơm ST5 ST20 cho nghiên cứu Xin chân thành cảm ơn TS Trần Thị Xuân Mai giúp đỡ, chia kinh nghiệm cho góp ý chân thành q trình thực luận án Xin chân thành cảm ơn TS Nguyễn Thị Pha, TS Đỗ Tấn Khang, CN Trần Văn Bé Năm - cán phòng Thí nghiệm Sinh học Phân tử anh chị cán ph ng th nghiệm Viện Nghiên cứu Phát triển Công nghệ Sinh học dẫn tạo điều kiện thuận lợi để thực luận án Xin chân thành cám ơn bạn sinh viên anh chị nghiên cứu sinh làm phòng Thí nghiệm Sinh học Phân tử giúp đỡ, chia buồn vui q trình làm thí nghiệm Cuối cùng, xin gửi lời biết ơn đến gia đình, vơ biết ơn đến bố mẹ nuôi dạy bên con, động viên, hỗ trợ lúc khó khăn vất vả Cám ơn chồng yêu thương, thông cảm, chia sẽ, an ủi, khích lệ tơi lúc khó khăn thực luận án, giúp tơi có thêm động lực để hồn thành chương trình học thực luận án nghiên cứu Xin chân thành cảm ơn! Nguyễn Trí Yến Chi ii TĨM TẮT Đề tài “Nghiên cứu chọn tạo giống lúa thơm Oryza sativa L kháng rầy nâu (Nilaparvata lugens Stal.) dấu phân tử SSR” thực nhà lưới phòng thí nhiệm Sinh học Phân tử - Viện Nghiên cứu Phát triển Công nghệ Sinh học, Bộ môn Tài Nguyên Cây Trồng – Viện Nghiên cứu Phát triển Đồng Sông Cửu Long – Trường Đại học Cần Thơ, Bộ môn Bảo vệ Thực vật – Viện lúa Đồng Sông Cửu Long từ tháng năm 2013 đến tháng năm 2017 Đề tài ứng dụng phương pháp lai truyền thống lai hồi giao kết hợp với dấu phân tử để tạo nguồn vật liệu phục vụ công tác chọn tạo giống lúa thơm (Oryza sativa L.) kháng rầy nâu (Nilaparvata lugens Stal.) với mục tiêu (i) Tạo tổ hợp lúa lai mang gen thơm gen kháng rầy nâu, (ii) Chọn lọc dòng lúa mang gen thơm gen kháng rầy nâu dựa vào dấu phân tử, (iii) Chọn lọc hai dòng lúa mang gen thơm gen kháng rầy nâu có triển vọng để phát triển thành giống lúa thơm mang gen kháng rầy nâu, phục vụ cho sản xuất lúa vùng Đông Bằng Sông Cửu Long Các hệ lai F1 dòng lai hồi giao phát triển từ hai giống lúa mang gen kháng rầy OM4103 (bph4 Bph10), OM10043 (bph4 Bph18) ba giống lúa thơm ST5, ST20 VD20 phương pháp lai hồi giao Các giống bố mẹ, quần thể lai khảo sát mồi EAP, ESP, IFAP, INSP để xác định diện gene mùi thơm sáu cặp mồi RM225, RM586, RM17, RM260, RM7376, RM3331 để xác định diện gen kháng rầy nâu giống bố mẹ dòng phân ly hệ lai hồi giao Kết nghiên cứu tạo 2.573 cá thể từ tổ hợp lai đơn 18 tổ hợp lai hồi giao BC1, BC2, BC3 Các tổ hợp lai có mang gen thơm (fgr) gen kháng rầy nâu (bph4, Bph10 Bph18) Chọn tạo được12 dòng lai hồi giao BC3F2 mang gen thơm gen kháng rầy nâu, có dòng mang gen thơm hai gen kháng rầy nâu bph4, Bph10; dòng mang gen thơm hai gen kháng rầy nâu bph4, Bph18 Kết khảo nghiệm chọn hai dòng B2-21 D1-6 đáp ứng với mục tiêu đề ra, có thời gian sinh trưởng 97 ngày (dòng D1-6) 103 ngày (dòng B2-21), suất đạt 7,16 t/ha (dòng B2-21) 6,48 t/ha (dòng D1-6), hàm lượng amylose thấp 20% (16,42% 17,39% tương ứng với dòng B2-21 D1-6), có phản ứng kháng với rầy nâu Từ khóa: dấu phân tử, hồi giao, kháng rầy nâu, lúa thơm iii ABSTRACT The research entitled “Study and selection aromatic rice verieties Oryza sativa L with brown planthopper resistance (Nilaparvata lugens Stal.) based on SSR marker” was carried out at (1) the net house and the Laboratory of Molecular Biology, Biotechnology Research and Development Institute, (2) Department of Agricultural Systems, Cuu Long Delta Rice Research Insitute, (3) Department of Plant protection, Mekong Delta Development Research Institute from July 2013 to June 2017 This study aims to select introgression rice lines for development of aromatic varieties with resistance to brown planthopper (BPH) by using marker-assisted backcrossing with the objectives: (1) creating hybrid combinations with enhanced aromatic and brown planthopper resistance gene, (2) choosing hybrids bringing the BPH-resistance gene and aromatic gene based on molecular markers , (3) selection one or two dominant aromatic lines with brown planthopper to develop new varieties for production demand in the Mekong Delta F1 and backcross hybrids were derived from paternal (OM4103 and OM10043) and maternal (ST5, ST20 and VD20) varieties These rice varieties/lines were tested for the presence of aromatic gene using primers (EAP, ESP, IFAP and INSP) and of BPH-resistance gene by using six primer pairs (RM225, RM586, RM17, RM260, RM7376 and RM3331) These results of experiment created 2.573 lines from single-crosshybrid and 18 backcross hybrid combinations These carried fgr, bph4, Bph10 and Bph18 gene Based on phenotypic and genotypic characterizations, of the 12 lines showing good agronomic traits were further chosen for field evaluation Under field conditions, two lines including B2-21 D1-6 performing desirable characteristics, i.e., maturing in 97–103 days, grain yield of 6.48–7.16 tons/ha, amylose content of 16,42–17,39% and moderate resistance to BPH Keywords: aromatic rice, backcross, brown planthopper resistance, moclecular marker iv CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc Lập – Tự Do – Hạnh Phúc LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình “Nghiên cứu chọn tạo giống lúa thơm (Oryza sativa L.) kháng rầy nâu (Nilaparvata lugens Stal.) dấu phân tử SSR” thực thân nghiên cứu sinh Nguyễn Trí Yến Chi với hướng dẫn PGS.TS Trương Trọng Ngôn Các số liệu, kết nêu luận án trung thực chưa cơng bố cơng trình Tác giả luận án Nguyễn Trí Yến Chi v MỤC LỤC TRANG XÁC NHẬN CỦA HỘI ĐỒNG i LỜI CẢM TẠ ii TÓM TẮT iii ABSTRACT iv TRANG CAM ĐOAN KẾT QUẢ v MỤC LỤC vi DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT x DANH SÁCH BẢNG xii DANH SÁCH HÌNH xiv CHƢƠNG 1: GIỚI THIỆU 1.1 T nh cấp thiết đề tài 1.2 Mục tiêu 1.3 Ý nghĩa khoa học thực tiễn 1.3.1 Ý nghĩa khoa học 1.3.2 Ý nghĩa thực tiễn 1.4 Phạm vi nghiên cứu 1.5 Những đóng góp luận án CHƢƠNG 2:TỔNG QUAN TÀI LIỆU 2.1 Nguồn gốc, phân loại tiến hóa giống lúa 2.1.1 Nguồn gốc 2.1.2 Phân loại 2.1.3 Sự tiến hóa giống lúa 2.2 Giới thiệu giống lúa thơm 2.3 Chọn tạo giống phương pháp lai hồi giao kết hợp với dấu phân tử 10 2.3.1 Lai hồi giao 10 2.3.2 Phương pháp lai hồi giao có hỗ trợ dấu phân tử (Maker-Assisted Backcross Method – MABC) 12 2.3.3 Một số kết ứng dụng dấu phân tử chọn giống lúa thơm kháng bệnh 12 2.4 Tính trạng mùi thơm lúa 14 vi 2.4.1 Những hợp chất tạo mùi thơm biểu chúng phận lúa 14 2.4.2 Gen quy định t nh trạng mùi thơm lúa 18 2.4.3 Di truyền t nh trạng mùi thơm lúa 21 2.4.3.1 Mùi thơm lúa gen kiểm soát 21 2.4.3.2 Mùi thơm lúa đa gen kiểm soát 22 2.4.3.3 Phương pháp đánh giá mùi thơm từ phần khác lúa 24 a Định tính 24 b Kỹ thuật sinh học phân tử 24 2.5 Nghiên cứu gen kháng rầy nâu dấu phân tử liên kết với gen kháng rầy nâu lúa 28 2.5.1 Nguồn gốc phân loại 28 2.5.2 Các kiểu sinh học (biotype) rầy nâu 29 2.5.3 Đặc điểm truyền bệnh 30 2.5.4 Những nghiên cứu gen kháng rầy lúa 30 2.5.5 Những nghiên cứu giống lúa kháng rầy nâu 32 2.6 Năng suất lúa 36 2.6.1 Yếu tố cấu thành suất lúa 36 2.6.2 Sự tương quan suất yếu tố cấu thành suất lúa 38 2.7 Đặc tính số giống lúa làm nguyên liệu 40 2.7.1 Giống lúa ST5 40 2.7.1.1 Nguồn gốc 40 2.7.1.2 Những đặc tính chủ yếu 40 2.7.2 Giống lúa ST20 40 2.7.2.1 Nguồn gốc 40 2.7.2.2 Những đặc tính chủ yếu 40 2.7.3 Giống lúa VD20 40 2.7.3.1 Nguồn gốc 40 2.7.3.2 Những đặc tính chủ yếu 41 2.7.4 Giống lúa OM4103 41 2.7.4.1 Nguồn gốc 41 vii 2.7.4.2 Những đặc tính chủ yếu 41 2.7.5 Giống lúa OM10043 41 2.7.5.1 Nguồn gốc 41 2.7.5.2 Những đặc t nh chủ yếu 41 CHƢƠNG 3: PHƢƠNG TIỆN VÀ PHƢƠNG PHÁP 42 3.1 Địa điểm thời gian nghiên cứu 42 3.1.1 Địa điểm nghiên cứu 42 3.1.2 Thời gian nghiên cứu 42 3.2 Phương tiện nghiên cứu 42 3.2.1 Vật liệu 42 3.2.2 Dụng cụ 43 3.2.3 Hóa chất 43 3.3 Phương pháp nghiên cứu 43 3.3.1 Nội dung 1: Lai tổ hợp lai tạo d ng lúa theo mục tiêu 43 3.3.2 Nội dung 2: Sử dụng dấu phân tử để nhận diện gen thơm kháng rầy từ hệ phân ly kết hợp với đánh giá kiểu hình để chọn dòng lúa theo mục tiêu 44 3.3.2.1 Sử dụng dấu phân tử để nhận diện gen thơm kháng rầy từ hệ phân ly 45 3.3.2.2 Đánh giá kiểu hình 47 3.3.3 Nội dung 3: Khảo nghiệm d ng lai ưu tú điều kiện đồng ruộng 49 3.3.3.1 Bố trí thí nghiệm 49 3.3.3.2 Ghi nhận tiêu 49 3.3.3.3 Đánh giá khả kháng rầy nâu điều kiện nhân tạo 50 3.3.3.4 Xử lý số liệu 51 CHƢƠNG 4: KẾT QUẢ THẢO LUẬN 52 4.1 Kết lai tổ hợp lai chọn giống lúa thơm mang gen kháng rầy nâu 52 4.2 Sử dụng dấu phân tử để nhận diện gen thơm gen kháng rầy nâu dòng lai kết hợp với đánh giá kiểu hình 53 4.2.1 Kết ly trích ADN tổng số 53 viii ... thống lai hồi giao kết hợp với dấu phân tử để tạo nguồn vật liệu phục vụ công tác chọn tạo giống l a thơm (Oryza sativa L. ) kháng rầy nâu (Nilaparvata lugens Stal .) với mục tiêu (i) Tạo tổ hợp l a. .. GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ NGUYỄN TRÍ YẾN CHI NGHIÊN CỨU CHỌN TẠO GIỐNG L A THƠM (Oryza sativa L. ) KHÁNG RẦY NÂU (Nilaparvata lugens Stal .) BẰNG DẤU PHÂN TỬ SSR LUẬN ÁN TỐT NGHIỆP... dấu phân tử SSR thực 1.2 Mục tiêu - Tạo tổ hợp l a lai mang gen thơm gen kháng rầy nâu - Chọn l c dòng l a mang gen thơm gen kháng rầy nâu dựa vào dấu phân tử - Chọn l c hai dòng l a mang gen thơm