Chọn tạo giống lúa tính trạng hàm lượng amylose thấp bằng chỉ thị phân tử SSR trên quần thể lai hồi giao

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ HỒ VĂN ĐƯỢC CHỌN TẠO GIỐNG LÚA HÀM LƯỢNG AMYLOSE THẤP BẰNG CHỈ THỊ PHÂN TỬ SSR TRÊN QUẦN THỂ LAI HỒI GIAO LUẬN ÁN TIẾN SĨ SINH HỌC CHUYÊN NGÀNH: CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÃ NGÀNH: 42 02 01 CẦN THƠ, 2018 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ HỒ VĂN ĐƯỢC CHỌN TẠO GIỐNG LÚA HÀM LƯỢNG AMYLOSE THẤP BẰNG CHỈ THỊ PHÂN TỬ SSR TRÊN QUẦN THỂ LAI HỒI GIAO LUẬN ÁN TIẾN SĨ SINH HỌC CHUYÊN NGÀNH: CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÃ NGÀNH: 42 02 01 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN KHOA HỌC GS.TS NGUYỄN THỊ LANG CẦN THƠ, 2018 i LỜI CẢM ƠN Tôi xin trân thành cảm ơn sâu sắc đến: Giáo viên hướng dẫn dành nhiều thời gian q báu, cơng sức tận tình dẫn thời gian thực luận án theo học trường Quý Thầy Viện NC&PT Công nghệ Sinh học tư vấn, động viên, hỗ trợ chuyên môn, giúp đỡ tạo điều kiện thuận lợi cho việc nghiên cứu học tập Viện Xin gửi lời biết ơn sâu sắc đến Ban Lãnh đạo, Quý thầy cô, anh chị em Bộ môn Di Truyền Chọn giống trồng Viện lúa Đồng Bằng Sông Cửu Long; Ban lãnh đạo Viện NC&PT Công nghệ Sinh học trường Đại học Cần Thơ; xếp công việc tạo điều kiện thuận lợi thời gian sở vật chất để tơi hồn thành chương trình học tập luận án tiến độ Cuối cùng, thành công luận án khơng thể khơng kể đến đóng góp khơng nhỏ thành viên gia đình, tạo điều kiện thuận lợi Lãnh đạo quan đồng nghiệp quan, người ủng hộ, động viên giúp tơi vượt qua nhiều khó khăn thời gian học tập Chân thành cám ơn./ ii TÓM TẮT Gạo chất lượng cao nhu cầu cấp thiết cho nội tiêu xuất vùng đồng Sông Cửu Long Hàm lượng amylose tính trạng quan trọng liên quan trực tiếp đến phẩm chất hạt gạo Nghiên cứu giống lúa có hàm lượng amylose thấp thông qua kết hợp phương pháp lai tạo truyền thống chọn lọc đại thị phân tử cho phép rút ngắn thời gian tăng hiệu tạo chọn giống lúa có chất lượng ngon dẻo Trong nghiên cứu này, vật liệu bố mẹ đánh giá sử dụng phương pháp phân tích kiểu hình dựa hàm lượng amylose suất kết hợp đánh giá kiểu gen với gen mục tiêu waxy Các quần thể lai hồi giao tạo từ bố mẹ lựa chọn Chọn giống nhờ thị phân tử (MAS) ứng dụng chọn lọc tổ hợp lai với thị Wx cho gen mục tiêu, RM240, RM162, RM256 RM257 cho gen đánh dấu cá thể mẹ (gen tái tổ hợp) Các cá thể/dòng phù hợp chọn cho tự thụ đến hệ thứ hai (F2) Ở hệ này, đồ GGT thiết lập 12 nhiễm sắc thể để đánh giá mối quan hệ di truyền cá thể chọn qua tuyển lựa cá thể có tảng di truyền thích hợp với mục tiêu chọn giống Các cá thể triển vọng cuối chọn lọc dựa vào hàm lượng amylose thấp (~20%) suất cao (~7,0 tấn/ha) đồng ruộng Kết chọn lọc vật liêu lai cho thấy giống bố cho gen (donor) thích hợp Jasmine85, KDML105 OM7347, giống mẹ nhận gen (recipient) bao gồm OM6976, OM5930 OM6073 Khi phân tích hệ số di truyền (h2BS) hiệu chọn lọc (GA) hệ F2, có tổ hợp lai OM6976/Jasmine85, OM6976/KDML105 OM5930/OM7347 đánh giá có tiềm để tiếp tục phát triển Ba tổ hợp lai hồi giao (OM6976/Jasmine85//OM6976, OM6976/KDML105//OM6976 OM5930/OM7347//OM5930) chọn lọc đến hệ BC4 Ở hệ BC4F1, 10 cá thể tổ hợp OM6976/Jasmine85//OM6976, cá thể tổ hợp OM6976/KDML105//OM6976 cá thể tổ hợp OM5930/OM7347//OM5930 chọn dòng vừa mang gen waxy dị hợp tử vừa mang gen tái tổ hợp đồng hợp tử Phân tích đồ GGT hệ BC4F2 cho thấy tổ hợp OM6976/Jasmine85//OM6976 có dòng (BC4F2-1, BC4F2-3, BC4F2-20 BC4F2-25), tổ hợp OM6976/KDML105//OM6976 có dòng (BC4F2-44) tổ hợp OM5930/OM7347//OM5930 có dòng (BC4F2-16 BC4F2-40) mang gen waxy đồng hợp 100% đồng hợp tử gen tái tổ hợp 12 nhiễm sắc thể Ở hệ BC4F3, dòng lúa tiếp tục lựa chọn đồng ruộng, iii đó, dòng lúa D75, D131, D142, D150, D296, D233, D230 D397 triển vọng Các dòng có tiềm phát triển vùng đồng Sông Cửu Long nguồn vật liệu quý cho nghiên cứu Từ khóa: quần thể lai hồi giao, chọn giống nhờ thị phân tử (MAS), gen waxy, hàm lượng amylose, suất iv SUMMARY High quality rice is an imperative demand for domestic consumption and export of the Mekong Delta Amylose content is an important trait that directly relates to the quality of rice grains Research on the low amylose content in rice through a combination of traditional crossing and modern selection methods by molecular markers to shorten the time and increase the efficiency of selecting good quality rice varieties In this study, parent materials were firstly evaluated through phenotypic analysis based on amylose content and yield combined with genotypic analysis of the target gene “waxy” Backcross populations were generated from selected parents Marker-assisted selection (MAS) was applied in choosing individuals with Wx marker for the waxy gene, and markers, RM240, RM162, RM256 and RM257, for recombinant genes Selected individuals were selfed to the second generation (F2) In this generation, the GGT map was established on 12 chromosomes to assess the genetic relationships among selected individuals, and thereby candidating individuals with the most genetic background to match the breeding objective Finally, the most elite individuals were selected based on low amylose content (~ 20%) and high yield (~ 7.0 tons/ha) in the field As a result, the suitable donor genotypes were Jasmine85, KDML105 and OM7347, and recipient genotypes included OM6976, OM5930 and OM6073 Based on heritability (h2BS) as well as genetic advance (GA) in the F2 generation, three hybridizations, OM6976/Jasmine85, OM6976/KDML105 and OM5930/OM7347, were most potential to grow The three backcross populations (OM6976/Jasmine85//OM6976, OM6976/KDML105//OM6976 and OM5930/OM7347//OM5930) were selected untill to BC4 generation In the BC4F1 generation, 10 individuals of OM6976/Jasmine85/OM6976, individuals of OM6976/KDML105//OM6976 and individual of OM5930/OM7347//OM5930 were selected because these lines carried the heterozygote waxy gene and four homozygous recombinant genes The analysis of the GGT map at BC4F2 showed that the population of OM6976/ Jasmine85//OM6976 with lines (BC4F2-1, BC4F2-3, BC4F2-20 and BC4F225), the population of OM6976/KDML105//OM6976 with line (BC4F2-44), and the population of OM5930/OM7347//OM5930 with (BC4F2-16 and BC4F2-40) carried both of the target gene and 100% homozygous recombinant genes in all 12 chromosomes In the BC4F3 generation, the rice lines were selected on the field, in which, the eight best lines were D75, D131, D142, D150, D296, D233, D230 and D397 These rice lines were considered to be v ability to develop in the Mekong Delta as well as a valuable resource for further research Key word: backcross population, MAS, waxy gene, amylose content, yield vi MỤC LỤC Trang LỜI CAM ĐOAN………………………………………………………… i LỜI CẢM ƠN……………………………………………………… ii TÓM TẮT…………………………………………………………… iii SUMMARY………………………………………………………… v MỤC LỤC…………………………………………………………… vii DANH SÁCH BẢNG……………………………………………… xii DANH SÁCH HÌNH………………………………………………… xiii DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT………………………………… xvi Chương 1: GIỚI THIỆU…………………………………………… 1.1 Đặt vấn đề ……………………………………………………………… 1.2 Mục tiêu nghiên cứu …………………………………………………… 1.2.1 Mục tiêu tổng quát ………………………………………………………… 1.2.2 Mục tiêu nghiên cứu cụ thể ……………………………………………… 1.3 Nội dung nghiên cứu …………………………………………………… 1.3.1 Nội dung 1: Đánh giá vật liệu bố mẹ sử dụng nghiên cứu chọn tạo giống lúa phẩm chất cao có hàm lượng amylose thấp…………………………………………………………………………………… 1.3.2 Nội dung 2: Đánh giá hiệu di truyền tổ hợp lai………… 1.3.3 Nội dung 3: Chọn tạo quần thể lai hồi giao có hàm lượng amylose thấp thông qua MAS……………………………………………………………… 1.3.4 Nội dung 4: Chọn lọc quần thể hồi giao BCnF2 thông qua lập đồ GGT……………………………………………………………………………… 1.3.5 Nội dung 5: Đánh giá chọn lọc cá thể có hàm lượng amylose suất cao quần thể lai hồi giao BCnF3 ……………… 1.4 Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài ……………………………… 1.4.1 Ý nghĩa khoa học …………………………………………… 1.4.2 Ý nghĩa thực tiễn …………………………………………… vii 1.5 Tính khoa học đề tài ………………………………………… 1.6 Những đóng góp đề tài ………………………………… 1.7 Tính ứng dụng đề tài ……………………………………………… 1.8 Đối tượng phạm vi nghiên cứu ……………………………………… Chương 2: TỔNG QUAN TÀI LIỆU ……………………………… 2.1 Các tiêu phẩm chất hạt gạo …………………………………… 2.1.1 Hàm lượng amylose (AC) ………………………………………………… 2.1.2 Độ bền gel (GC) …………………………………………………………… 2.1.3 Độ trở hồ (GT) ……………………………………………………………… 2.2 Sơ lược hàm lượng amylose ………………………………………… 2.2.1 Sự hình thành tinh bột lúa ………………………………………… 2.2.2 Amylose amylopectin……………………… ………………………… 2.2.3 Cơ sở di truyền tính trạng hàm lượng amylose ………………………… 11 2.3 Phương pháp lai hồi giao chọn tạo giống lúa…………………… 14 2.3.1 Một số khái niệm phương pháp lai hồi giao …………………… 14 .2.3.2 Ưu điểm phương pháp lai hồi giao ………………………… 16 2.3.3 Ưu điểm phương pháp lai hồi giao ………………………… 16 2.4 Ứng dụng thị phân tử chọn tạo giống lúa …………………… 17 2.4.1 Sơ lược phương pháp chọn lọc thị phân tử ………… 17 2.4.2 Một số thành tựu thị SSR chọn giống lúa …………… 18 2.5 Chọn tạo giống phương pháp lai hồi giao kết hợp với thị phân tử…………………………………………………………………………… 19 2.5.1 Các giả thuyết mơ hình MAS ……………………………………………… 19 2.5.2 Điều kiện để ứng dụng MAS ……………………………………………… 20 2.5.3 Đối với tính kháng sinh học 22 2.5.4 Đối với tính kháng phi sinh học 23 2.5.5 Đối với đặc tính nơng học 23 2.6 Các kết nghiên cứu giống phẩm chất cao nước 23 viii ...BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ HỒ VĂN ĐƯỢC CHỌN TẠO GIỐNG LÚA HÀM LƯỢNG AMYLOSE THẤP BẰNG CHỈ THỊ PHÂN TỬ SSR TRÊN QUẦN THỂ LAI HỒI GIAO LUẬN ÁN TIẾN SĨ SINH HỌC CHUYÊN... quần thể lai hồi giao có hàm lượng amylose thấp thơng qua MAS Lai tạo chọn lọc quần thể lai hồi giao nhờ thị phân tử (BC1F1- BCnF1) 1.3.4 Nội dung 4: Chọn lọc quần thể hồi giao BC nF2 thông qua... quần thể lai F2 ……………………………………………………………………… 51 4.3 Chọn tạo quần thể lai hồi giao có hàm lượng amylose thấp thơng qua MAS………………………………………………………………… 56 4.3.1 Kết lai tạo quần thể hồi giao