Khai thác vật liệu khởi đầu cho công tác nghiên cứu chọn tạo giống lúa kháng rầy nâu

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PHÁT TRIỂN NÔNG THÔN VIỆN KHOA HỌC NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM PHẠM THỊ KIM VÀNG KHAI THÁC VẬT LIỆU KHỞI ĐẦU CHO CÔNG TÁC NGHIÊN CỨU CHỌN TẠO GIỐNG LÚA KHÁNG RẦY NÂU LUẬN ÁN TIẾN SĨ NÔNG NGHIỆP CẦN THƠ – 2019 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PHÁT TRIỂN NÔNG THÔN VIỆN KHOA HỌC NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM PHẠM THỊ KIM VÀNG KHAI THÁC VẬT LIỆU KHỞI ĐẦU CHO CÔNG TÁC NGHIÊN CỨU CHỌN TẠO GIỐNG LÚA KHÁNG RẦY NÂU Chuyên ngành: Công nghệ sinh học Mã số: 9420201 LUẬN ÁN TIẾN SĨ NÔNG NGHIỆP NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC GS TS NGUYỄN THỊ LANG TS LƢƠNG MINH CHÂU CẦN THƠ – 2019 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 tơi, số liệu, kết nêu luận án trung thực chƣa đƣợc sử dụng để bảo vệ luận án hay cơng trình khoa học Tơi xin cam đoan thơng tin trích dẫn sử dụng luận án đƣợc ghi rõ nguồn gốc, giúp đỡ đƣợc cảm ơn Tác giả luận án Phạm Thị Kim Vàng LỜI CẢM ƠN Xin tỏ lòng biết ơn sâu sắc GS TS Nguyễn Thị Lang TS Lƣơng Minh Châu tận tình hƣớng dẫn, giúp đỡ tơi suốt q trình thực đề tài nhƣ hoàn chỉnh luận án! Xin chân thành biết ơn Quý thầy cô tham gia giảng dạy lớp nghiên cứu sinh ngành cơng nghệ sinh học khóa 2014-2018 sở đào tạo Viện lúa Đồng sông Cửu Long Anh chị em môn Di Truyền – Giống môn Bảo Vệ Thực Vật, Viện lúa Đồng sông Cửu Long, Công ty Công Nghệ Sinh học PCR Viện nghiên cứu Nông nghiệp cao Đồng sơng Cửu Long nhiệt tình giúp đỡ, hỗ trợ phƣơng tiện, trang thiết bị vật liệu nghiên cứu để thực đề tài nghiên cứu Ban lãnh đạo Viện lúa Đồng sông Cửu Long, Ban Đào tạo Sau đại học – Viện Khoa học Nơng nghiệp Việt Nam, Phòng Khoa học Hợp tác quốc tế - Viện lúa Đồng sông Cửu Long giúp đỡ tạo điều kiện thuận lợi cho suốt thời gian học tập, thực đề tài hoàn thiện luận án Sau gia đình ln động viên khích lệ, tạo điều kiện thời gian, công sức kinh tế để tơi hồn thành cơng trình nghiên cứu Tôi xin chân thành cảm ơn./ Cần Thơ, ngàytháng Tác giả luận án Phạm Thị Kim Vàng i MỤC LỤC Trang Mục lục i Danh sách bảng vi Danh sách hình ix Danh mục từ viết tắt xii MỞ ĐẦU 1.Tính cấp thiết đề tài Mục tiêu đề tài Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài 3.1 Ý nghĩa khoa học 3.2 Ý nghĩa thực tiễn Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu 4.1 Đối tƣợng nghiên cứu 4.2 Phạm vi nghiên cứu Tính đề tài CHƢƠNG TỔNG QUAN TÀI LIỆU VÀ CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA ĐỀ TÀI 1.1 Rầy nâu 1.1.1 Giới thiệu sơ lƣợc rầy nâu 1.1.2 Tình hình gây hại rầy nâu Việt Nam năm gần .7 1.1.3 Các biện pháp phòng trừ 1.2 Kết nghiên cứu giống lúa kháng rầy nâu 10 1.2.1 Cơ chế kháng rầy nâu trồng 10 ii 1.2.1.1 Cơ chế kháng hóa sinh “antibiosis” 10 1.2.1.2 Cơ chế khơng ƣa thích “antixenosis” 10 1.2.1.3 Cơ chế chống chịu “tolerance” 11 1.2.2 Nghiên cứu gen kháng rầy nâu lúa 12 1.2.2.1 Di truyền tính kháng rầy nâu lúa 12 1.2.2.2 Thống kê gen kháng rầy nâu đƣợc phát 15 1.2.2.3 Các gen kháng chủ lực 16 1.2.2.4 Tổng quan nghiên cứu gen kháng liên quan đến chế kháng 16 1.2.3 Mối tƣơng tác lúa rầy nâu 17 1.2.4 Ứng dụng công nghệ sinh học nghiên cứu gen kháng rầy nâu phục vụ công tác chọn tạo giống kháng rầy nâu 23 1.2.4.1 Chỉ thị phân tử chọn tạo giống lúa kháng rầy nâu 23 1.2.4.2 Tình hình nghiên cứu gen kháng rầy nâu xây dựng đồ di truyền gen kháng rầy nâu, QTLs 25 1.3 Phƣơng pháp lai hồi giao cải tiến 36 1.4 Các nghiên cứu khai thác vật liệu khởi đầu ứng dụng MAS chọn tạo giống lúa kháng rầy nâu 38 CHƢƠNG VẬT LIỆU, NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 41 2.1 Địa điểm thời gian nghiên cứu 41 2.2 Vật liệu nghiên cứu 41 2.2.1 Giống lúa tham gia thí nghiệm 41 2.2.2 Quần thể rầy nâu 41 2.2.3 Chỉ thị phân tử để đánh giá tính kháng rầy nâu 42 2.2.4 Dụng cụ, thiết bị hóa chất sử dụng 42 iii 2.2.5 Phân bón thuốc bảo vệ thực vật 43 2.3 Nội dung nghiên cứu 43 2.3.1 Thu thập đánh giá tính kháng rầy nâu giống thử nghiệm 43 2.3.2 Phát triển quần thể chọn lọc nhà lƣới 43 2.3.3 Ứng dụng thị phân tử để đánh giá dòng qui tụ gen kháng .43 2.3.4 Quan sát so sánh dòng kháng rầy nâu ngồi đồng 44 2.4 Phƣơng pháp nghiên cứu 44 2.4.1 Phƣơng pháp chung cho thí nghiệm 44 2.4.2 Phƣơng pháp riêng cho nội dung nghiên cứu 50 2.4.2.1 Thu thập đánh giá tính kháng rầy nâu giống thử nghiệm 50 2.4.2.2 Phát triển quần thể chọn lọc nhà lƣới 53 2.4.3 Dùng thị phân tử để đánh giá dòng qui tụ gen kháng 59 2.4.4 Quan sát so sánh dòng kháng rầy nâu ngồi đồng 59 2.4.4.1 Thí nghiệm chọn dòng lúa kháng rầy nâu 59 2.4.4.2 Khảo nghiệm đồng dòng lúa triển vọng đƣợc chọn tạo quy tụ gen kháng rầy nâu 60 2.5 Phân tích số liệu 61 CHƢƠNG KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 62 3.1 Thu thập đánh giá tính kháng rầy nâu giống thử nghiệm .62 3.1.1 Đánh giá độc tính bốn quần thể rầy nâu vùng ĐBSCL 62 3.1.1.1 Đánh giá tính kháng rầy nâu số giống lúa sản xuất phổ biến ĐBSCL 62 3.1.1.2 Biến động độc tính quần thể rầy nâu giống lúa mang gen chuẩn kháng khác 63 iv 3.1.2 Đánh giá tính kháng rầy nâu giống cao sản 70 3.1.2.1 Chỉ số gây hại quần thể rầy nâu ĐBSCL dòng giống lúa cao sản 70 3.1.2.2 Cấp hại phản ứng dòng giống lúa cao sản quần thể rầy nâu ĐBSCL 71 3.1.2.3 Phân nhóm di truyền dòng giống lúa cao sản 73 3.1.3 Đánh giá tính kháng rầy nâu giống lúa mùa 76 3.1.3.1 Chỉ số gây hại quần thể rầy nâu ĐBSCL giống lúa mùa 77 3.1.3.2 Cấp hại phản ứng giống lúa mùa quần thể rầy nâu ĐBSCL 77 3.1.3.3 Phân nhóm di truyền giống lúa mùa 80 3.1.4 Đánh giá kiểu gen kháng rầy nâu giống lúa thử nghiệm 82 3.2 Phát triển quần thể chọn lọc nhà lƣới 90 3.2.1 Các thông số di truyền phân tích hiệu chọn lọc tổ hợp lai tính trạng kháng rầy nâu 90 3.2.2 Kết tạo hạt hồi giao lần thứ (BC1) cho quần thể 97 3.2.3 Kết đánh giá quần thể BC1 tạo hạt hồi giao lần (BC2) 97 3.2.4 Kết đánh giá quần thể BC2 tạo hạt hồi giao lần (BC3) 97 3.2.5 Kết đánh giá sàng lọc mang gen kháng chọn dòng từ quần thể hồi giao mang gen kháng rầy nâu 98 3.3 Ứng dụng thị phân tử để đánh giá dòng qui tụ gen kháng 98 3.3.1 Ứng dụng thị phân tử để đánh giá dòng qui tụ gen kháng rầy nâu tổ hợp OM6162/OM6683 98 v 3.3.2 Ứng dụng thị phân tử để đánh giá dòng qui tụ gen kháng rầy nâu tổ hợp OM6162/OM7364 106 3.3.3 Kết ứng dụng thị phân tử chọn tạo quần thể lai hồi giao mang gen kháng rầy nâu 112 3.4 Quan sát so sánh dòng kháng rầy nâu ngồi đồng 113 3.4.1 Chọn dòng lúa kháng rầy nâu đồng 113 3.4.2 Kết đánh giá số đặc điểm nơng sinh học dòng triển vọng 115 3.4.2.1 Kết đánh giá tính kháng rầy nâu 14 dòng lúa triển vọng 115 3.4.2.2 Kết đánh giá số đặc điểm sinh trƣởng, thành phần suất suất dòng lúa triển vọng 119 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 126 KẾT LUẬN 126 ĐỀ NGHỊ 127 TÀI LIỆU THAM KHẢO 128 vi DANH SÁCH BẢNG TT Tên bảng Trang 1.1 Nguồn gen kháng rầy nâu giống lúa IRRI 14 1.2 Tƣơng quan gen kháng loại hình sinh học rầy nâu 19 2.1 Danh sách mồi sử dụng phản ứng PCR 42 2.2 Thang đánh giá thiệt hại gây hại rầy nâu giống lúa 45 2.3 Cấp hại mức độ kháng rầy nâu 45 2.4 Cấp hại triệu trứng mạ bị hại 47 2.5 Chuẩn bị dung dịch PCR cho phản ứng 49 2.6 Chƣơng trình chạy PCR cho SSR 50 3.1 Sự thay đổi tính kháng rầy nâu số giống lúa phổ biến từ năm 2009 – 2018 ĐBSCL 63 3.2 Cấp gây hại quần thể rầy nâu Cần Thơ, Đồng Tháp, Tiền Giang, Hậu Giang giống lúa mang gen chuẩn kháng khác nhau, vụ Đông Xuân 2014 - 2015 65 3.3 Sự thay đổi tính kháng rầy nâu giống lúa thị rầy nâu ĐBSCL 67 3.4 Phân nhóm gen kháng Biotype rầy nâu theo phân loại Nhật Bản Philipin 69 3.5 Chỉ số gây hại quần thể rầy nâu dòng/giống lúa cao sản (%), Viện lúa ĐBSCL, Đông Xuân 2014-2015 71 3.6 Cấp hại phản ứng dòng/giống lúa cao sản gây hại rầy nâu, Viện lúa ĐBSCL, Đông Xuân 2014-2015 72 3.7 Chỉ số hại phản ứng giống cao sản có kiểu hình kháng với 1-4 quần thể rầy nâu 73 Swanalata IR54742 Babawee Mudgo T.12 Pokkali ARC 10550 ASD7 Chin Saba TN1 Sig Bảng 4.2: ANOVA Ducan cấp gây hại quần thể rầy nâu Đồng Tháp giống lúa mang gen chuẩn kháng khác Nguồn BĐ Nghiệm thức Lần lặp lại Sai số Tổng CV(%) = 10,4 a,b,c Duncan Varieties O officinalis O rufipogon Ptb33 Rathuheenati Sinna Sivappu Swanalata T.12 IR54742 Mudgo ASD7 Babawee ARC 10550 Pokkali Chin Saba TN1 Sig Bảng 4.3: ANOVA Ducan cấp gây hại quần thể rầy nâu Tiền Giang giống lúa mang gen chuẩn kháng khác Nguồn BĐ Nghiệm thức Lần lặp lại Sai số Tổng CV(%) = 11,2 a,b,c Duncan Varieties O officinalis O rufipogon Rathuheenati Sinna Sivappu Ptb33 Swanalata IR54742 Mudgo T.12 Babawee ASD7 Chin Saba Pokkali ARC 10550 TN1 Sig Bảng 4.4: ANOVA Ducan cấp gây hại quần thể rầy nâu Hậu Giang giống lúa mang gen chuẩn kháng khác Nguồn BĐ Nghiệm thức Lần lặp lại Sai số Tổng CV(%) = 9,5 a,b,c Duncan Varieties O officinalis O rufipogon Ptb33 Rathuheenati Sinna Sivappu Swanalata IR54742 Babawee T.12 ASD7 Mudgo Pokkali ARC 10550 Chin Saba TN1 Sig Bảng 4.5: ANOVA Ducan cấp gây hại trung bình quần thể rầy nâu giống lúa mang gen chuẩn kháng khác Nguồn BĐ Nghiệm (Giống) Lần lặp lại Quần thể rầy nâu Sai số Tổng CV(%) = 16,6 a,b,c Duncan Varieties O officinalis O rufipogon Ptb33 Rathuheenati Sinna Sivappu Swanalata IR54742 T.12 Mudgo Babawee ASD7 Pokkali ARC 10550 Chin Saba TN1 Sig Bảng 4.6: ANOVA Ducan chiều OM6162/OM6683//OM6162 Nguồn BĐ Nghiệm thức Lần lặp lại Sai số Tổng CV(%) = 2,5 Duncan Treat a,b,c N Sig 3 3 3 3 Bảng 4.7: ANOVA Ducan số chồi/bụi dòng triển vọng tổ hợp OM6162/OM6683//OM6162 Nguồn BĐ Nghiệm thức Lần lặp lại Sai số Tổng CV(%) = 9,3 Duncan Treat a,b,c N Sig Bảng 4.8: ANOVA Ducan chiều dài bơng dòng triển vọng tổ hợp OM6162/OM6683//OM6162 Nguồn BĐ Nghiệm thức Lần lặp lại Sai số Tổng CV(%) = 4,7 Duncan Treat a,b,c Sig Bảng 4.9: ANOVA số hạt chắc/bơng dòng triển vọng tổ hợp OM6162/OM6683//OM6162 Nguồn BĐ Nghiệm thức Lần lặp lại Sai số Tổng CV(%)= 5,9 a,b,c Duncan N 3 3 3 3 Treat N Sig 3 3 3 3 Bảng 4.10: ANOVA tỷ lệ OM6162/OM6683//OM6162 Nguồn BĐ Nghiệm thức Lần lặp lại Sai số Tổng CV(%) = 16,3 Duncan Treat lép dòng triển vọng a,b,c N 3 3 3 3 Sig Bảng 4.11: ANOVA khối lƣợng 1000hạt dòng triển vọng tổ hợp OM6162/OM6683//OM6162 Nguồn BĐ Nghiệm thức Lần lặp lại Sai số Tổng tổ hợp CV(%) = 2,0 Duncan Treat a,b,c N Sig 3 3 3 3 Bảng 4.12: ANOVA suất thực tế dòng triển vọng tổ hợp OM6162/OM6683//OM6162 Nguồn BĐ Nghiệm thức Lần lặp lại Sai số Tổng CV(% ) = 4,8 Duncan Treat a,b,c N 3 3 3 3 Sig Bảng 4.13: ANOVA chiều OM6162/OM7364//OM6162 Nguồn BĐ Nghiệm thức Lần lặp lại Sai số Tổng CV(%) = 2,6 Duncan Treat a,b,c Sig Bảng 4.14: ANOVA số chồi/bụi dòng triển vọng tổ hợp OM6162/OM7364//OM6162 Nguồn BĐ Nghiệm thức Lần lặp lại Sai số Tổng CV(%) = 11,6 Duncan Treat Sig a,b,c N 3 3 3 3 Bảng 4.15: ANOVA chiều OM6162/OM7364//OM6162 Nguồn BĐ Nghiệm thức Lần lặp lại Sai số Tổng CV(%) = 2,8 Duncan Treat a,b,c Sig Bảng 4.16: ANOVA số hạt chắc/bơng dòng triển vọng tổ hợp OM6162/OM7364//OM6162 Nguồn BĐ Nghiệm thức Lần lặp lại Sai số Tổng CV(%) = 4,7 Duncan Treat a,b,c N 3 3 3 Sig Bảng 4.17: ANOVA tỷ lệ OM6162/OM7364//OM6162 Nguồn BĐ Nghiệm thức Lần lặp lại Sai số Tổng CV(%) 14,1 Duncan Treat N lép dòng triển vọng a,b,c Subset 15,4 16,0 3 3 3 Sig Bảng 4.18: ANOVA khối lƣợng 1000hạt dòng triển vọng tổ hợp OM6162/OM7364//OM6162 Nguồn BĐ Nghiệm thức Lần lặp lại Sai số Tổng CV(%) = 2,3 Duncan Treat tổ a,b,c hợp Sig Bảng 4.19: ANOVA suất thực tế dòng triển vọng tổ hợp OM6162/OM7364//OM6162 Nguồn BĐ Nghiệm thức Lần lặp lại Sai số Tổng CV(% ) = 4,6 a,b,c Duncan Treat N 3 3 3 3 Sig PHỤ LỤC KẾT QUẢ CHỌN TẠO BẰNG MAS TRÊN CÁC QUẦN THỂ LAI HỒI GIAO a b Hình 5.1: Kiểm tra nồng độ chất lƣợng ADN gel agarose 9% (a: giống lúa thử nghiệm; b: Con lai F1 ) Tổ hợp OM6162/OM6683//OM6162 RM1103 200bp 100bp 200bp 100bp RM545 200bp 100bp Hình 5.2: Kết đánh giá kiểu gen hệ F1 quần thể lai OM6162/OM6683 với thị phân tử RM1103, RM204, RM545 Chú thích: P1:OM6162, P2: OM6683; 1-22: cá thể lai F1 200bp 100bp Hình 5.3: Kết đánh giá kiểu gen hệ BC1 quần thể lai OM6162*2/OM6683 với thị phân tử RM545 Chú thích: P1:OM6162, P2: OM6683; M: thang chuẩn 100bp; 1-22: cá thể lai 200bp 100bp Hình 5.4: Kết đánh giá kiểu gen hệ BC2 quần thể lai OM6162*3/OM6683 với thị phân tử RM1103 Chú thích: P1:OM6162, P2: OM6683; M: thang chuẩn 100bp; 1-20: cá thể lai 150bp 50bp Hình 5.5: Kết đánh giá kiểu gen hệ BC3 quần thể lai OM6162*4/OM6683 với thị phân tử RM204 Chú thích: P1:OM6162, P2: OM6683; M: thang chuẩn 50bp; 1-19: cá thể lai 200bp 100bp 200bp 180bp 220bp 210bp Hình 5.6: Kết đánh giá kiểu gen hệ BC3F2 quần thể lai OM6162*4/OM6683 với thị phân tử RM1103, RM204, RM545 Chú thích: P1:OM6162, P2: OM6683; 1-20: cá thể lai RM204 RM545 RM1103 Hình 5.7: Kết đánh giá kiểu gen dòng lúa triển vọng quần thể lai OM6162/OM6683 với thị phân tử RM204, RM545, RM1103 Chú thích: P1:OM6162, P2: OM6683; M: thang chuẩn; 1-7: dòng lúa triển vọng 5.2.Tổ hợp OM6162/OM7364//OM6162 RM1103 200bp 100bp RM217 200bp 100bp RM545 200bp 100bp Hình 5.8: Kết đánh giá kiểu gen hệ F1 quần thể lai OM6162/OM7364 với thị phân tử RM1103, RM217, RM545 Chú thích: P1:OM6162, P2: OM7364; 1-20: cá thể lai F1 200bp 100bp Hình 5.9: Kết đánh giá kiểu gen hệ BC1 quần thể lai OM6162*2/OM7364 với thị phân tử RM217 Chú thích: P1:OM6162, P2: OM7364; M: thang chuẩn 100bp; 1-20: cá thể lai 200bp 100bp Hình 5.10 : Kết đánh giá kiểu gen hệ BC2 quần thể lai OM6162*3/OM7364 với thị phân tử RM545 Chú thích: P1:OM6162, P2: OM7364; M: thang chuẩn 100bp; 1-20: cá thể lai 200bp 100bp Hình 5.11: Kết đánh giá kiểu gen hệ BC3 quần thể lai OM6162*4/OM7364 với thị phân tử RM1103 Chú thích: P1:OM6162, P2: OM7364; M: thang chuẩn 100bp; 1-20: cá thể lai 200bp 100bp 218bp 200bp 220bp 210bp Hình 5.12: Kết đánh giá kiểu gen hệ BC3F2 quần thể lai OM6162*4/OM7364 với thị phân tử RM1103, RM217, RM545 Chú thích: P1:OM6162, P2: OM6683; 1-20: cá thể lai RM1103 Hình 5.13: Kết đánh giá kiểu gen dòng lúa triển vọng quần thể lai OM6162/OM7364 với thị phân tử RM204, RM545, RM1103 Chú thích: P1:OM6162, P2: OM7364; M: thang chuẩn 100bp; 1-7: dòng lúa triển vọng ... cấu giống lúa kháng rầy nâu vùng ĐBSCL - Tạo nguồn vật liệu khởi đầu đƣợc mơ tả tính trạng gen kháng rầy nâu, phục vụ cho lai tạo giống lúa kháng rầy nâu đề xuất phƣơng pháp qui tụ gen lai tạo giống. .. Các nghiên cứu khai thác vật liệu khởi đầu ứng dụng MAS chọn tạo giống lúa kháng rầy nâu 38 CHƢƠNG VẬT LIỆU, NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 41 2.1 Địa điểm thời gian nghiên cứu. .. tồn cho mơi trƣờng sinh thái (Alam Cohen, 1998; Renganayaki ctv., 2002) Chính đề tài: Khai thác vật liệu khởi đầu cho công tác nghiên cứu chọn tạo giống lúa kháng rầy nâu đƣợc thực nhằm tạo