chọn giống dựa trên chỉ thị phân tử ( MAS)

Cơ sở của MAS ( chỉ thị phân tử) Molecular Markers ãTất cả cơ quan sống được hình thành từ các tế bào ãCác tế bào sống được điều khiển bằng vật liệu di truyền gọi là DNA

MARKER-ASSISTED BREEDING-MAS Công cụ mới trong chọn giống cây trồngBert Collard & David MackillPlant Breeding, Genetics and Biotechnology (PBGB) Division, IRRIbcycollard@hotmail.com & d.mackill@cgiar.org •Cơ sở của MAS ( chỉ thị phân tử) Molecular Markers•Tất cả cơ quan sống được hình thành từ các tế bào•Các tế bào sống được điều khiển bằng vật liệu di truyền gọi là DNA•Phân tử DNA được tạo thành chuỗi dài chứa các N ( Adenin [A]; Ctosin [C]; Guanine [G] và Thymine [T]•Chỉ mỗi phần nhỏ của chuỗi DNA tạo thành các gen •Gen mang mã di truyền cho các protein•Phân còn lại chủ yếu của DNA không mã hóa•Các vật liệu di truyền tổ chức bên trong các NST ( ví dụ cây Arabidopsis thaliana có 5 NST)•Tập hợp bộ nhiễm sắc thể gọi là genome•Trong 1 cá thể lưỡng bộ ( NST theo các cặp) có 2 allel của một gen, mỗi allel có nguồn từ một bố mẹ•Chỉ thị phân tử không xem xét như các gen bình thường khi chúng không có ảnh hưởng sinh học mà xem xét như các mốc điểm trong genome. •Chúng có thể nhận biết trình tự DNA truyền đạt di truyền từ thế hệ này sang thế hệ khác•Chúng dựa vào kiểm tra DNA phản ảnh được chỉ thị hình thái•DNA là cơ sở nhanạ biết các tính trạng quan sát được, chỉ thị hóa sinh là cơ sở gen tạo ra protein•Số marker này có thể dò tìm toàn bộ genome và tìm số lượng biến dị di truyền mỗi marker tìm ra trong một quần thể•Thông tin cung cấo cho nhà tạo giống phụ thuộc vào marker sử dụng, mỗi marker có ưu và nhược điểm riêng •Có các lại chỉ thị phân tử khác nhau–Chiều dài đoạn giới hạn đa hình- Restriction fragment length polymorphisms (RFLPs): –Hình thái phóng đại ngẫu nhiên-Random amplified polymorphic DNA (RAPDs): –Hình thái chiều dài đoạn phóng đại- Amplified fragment length polymorphisms (AFLPs): –Lặp lại chuỗi đơn giản- Simple sequence repeats (SSRs) or microsatellites: –Đa hình nucleotide đơn (SNPs) Single nucleotide polymorphisms NỘI DUNG1. CHỌN GIỐNG DỰ TRÊN CHỈ THỊ PHÂN TỬ: LÝ THUYẾT VÀ THỰC TẾ•MARKER ASSISTED SELECTION: THEORY AND PRACTICE2. HỆ THỐNG CHỌN GIỐNG MAS•MAS BREEDING SCHEMES3. MỘT VÍ DỤ NGHIÊN CỨU CỦA IRRI •IRRI CASE STUDY4. NHỮNG THỰC TẾ SỬ DỤNG MAS•CURRENT STATUS OF MAS SECTION 1 MARKER ASSISTED SELECTION (MAS): THEORY AND PRACTICE Định nghĩa:Chọn lọc dựa trên chỉ thị phân tử (Marker assisted selection- MAS) là sử dụng chỉ thị DNA liên kết chặt với locus mục tiêu để thay cho chọn lọc đánh giá kiểu hìnhGiả định: chỉ thị DNA (DNA markers) có thể dự đoán kiểu hình đáng tin cậy F2P2F1P1 xlarge populations consisting of thousands of plantsPHENOTYPIC SELECTIONField trialsGlasshouse trialsDonorRecipientChọn giống truyền thống CONVENTIONAL PLANT BREEDINGSalinity screening in phytotron Bacterial blight screeningPhosphorus deficiency plot F2P2 F1P1 xlarge populations consisting of thousands of plantsResistantSusceptibleMARKER-ASSISTED SELECTION (MAS)MARKER-ASSISTED BREEDINGPhương pháp chọn lọc kiểu hình trên cơ sở DNA markers [...]... Acrylamide gel electrophoresis 2 SECTION 2 HỆ THỐNG TẠO GIỐNG MAS (MAS BREEDING SCHEMES) 1 Lai lại dựa trên chỉ thị phân tử (Markerassisted backcrossing) 2 Quy tụ gen (Pyramiding) 3 Chọn lọc những thế hệ đầu (Early generation selection) 4 Tiếp cận phối hợp ( ‘Combined’ approaches) 2.1 Marker-assisted backcrossing (MAB) ( Lai trở lại dự trên chỉ thị phân tử) • MAB có một số tiến bộ hơn lại lại truyền thống... được tối đa nguồn di truyền (khi một số QTLs không được nhận biết từ mapping) 2 Mức tái tổ hợp giữa marker và QTL (Cách nói khác là marker không tin cậy 100%) 3 Giảm kích thước quần thể với các tính trạng nhận biết bằng marker rẻ hơn đánh giá kiểu hình ‘Marker-directed’ phenotyping (Cũng gọi là “ Chọn lọc nối tiếp” Recurrent Parent P1 (S) x P2 (R) Donor Parent F1 (R) x P1 (S) BC1F1 phenotypes: R and... mong muốn khác References: Ribaut & Betran (1 999) Single large-scale marker assisted selection (SLS -MAS) Mol Breeding 5: 21-24 Susceptible P1 x P2 Resistant F1 F2 large populations (e.g 2000 plants) MAS for 1 QTL – 75% loại bỏ ¾ kiểu gen không mong muốn MAS for 2 QTLs – 94% loại bỏ 15/16 kiểu gen không mong muốn SINGLE-LARGE SCALE MARKERASSISTED SELECTION (SLS -MAS) PEDIGREE METHOD P1 x P2 P1 F1 F2 F3... giống nhanh hơn Crossing house • Sử dụng nguồn lực hiệu quả hơn – Đặc biệt các thí nghiệm đồng ruộng Backcross nursery Overview of ‘marker genotyping’ (1 ) LEAF TISSUE SAMPLING (2 ) DNA EXTRACTION (3 ) PCR (4 ) GEL ELECTROPHORESIS (5 ) MARKER ANALYSIS Những vấn đề cần quan tâm khi sử dụng DNA markers in plant breeding  Kỹ thuật đơn giản  Độ tin cậy  Mức đa hình  Yêu cầu số lượng và chất lượng DNA  Chi... x P1 (S) BC1F1 phenotypes: R and S MARKER-ASSISTED SELECTION (MAS) • Sử dụng khi chỉ thị kiểu hình không chính xác 100% và chi phí đánhgiá kiểu hình cao hơn đánh giá chỉ thị phân tử 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 … PHENOTYPIC SELECTION References: SAVE TIME & REDUCE COSTS *Đặc biệt với tính trạng chất lượng Han et al (1 997) Molecular marker-assisted selection for malting quality... ngay ở thế hệ phân ly F2 hoặc F3 Increased reliability   Không bị ảnh hưởng của môi trường Có thể phân biệt giữa đồng hợp và dị hợp và chọn lcọ từng cây Lợi ích tiềm năng của MAS • Chọn lọc các kiểu gen chính xác và hiệu quả hơn – Phát triển giống nhanh hơn Crossing house • Sử dụng nguồn lực hiệu quả hơn – Đặc biệt các thí nghiệm đồng ruộng Backcross nursery Overview of ‘marker genotyping’ (1 ) LEAF TISSUE... Ab aB ab AB AABB AABb AaBB AaBb Ab MAS F2 AABb AAbb AaBb Aabb aB AaBB AaBb aaBB aaBb ab AaBb Aabb aaBb aabb Hittalmani et al (2 000) Fine mapping and DNA marker-assisted pyramiding of the three major genes for blast resistance in riceTheor Appl Genet 100: 1121-1128 Liu et al (2 000) Molecular marker-facilitated pyramiding of different genes for powdery mildew resistance in wheat Plant Breeding 119: 21-24... lọc chu kỳ 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 Target locus TARGET LOCUS SELECTION Chọn lọc trực tiếp locus mục tiêu RECOMBINANT SELECTION BACKGROUND SELECTION Chọn lọc lấy lại nền di truyền ( bao gồm cả tính trạng khác) 2.2 Pyramiding ( Quy tụ gen) • Được sử dụng rộng rãi nhất là quy tụ một số gen chống bệnh với các chủng đặc thù • Các phương pháp truyền thống rất khó quy tụ được một số gen • Phát triển giống... rộng-Mega varieties’ • Nhiều giống lúa trồng phổ biến phạm vi rộng, giống thích nghi rộng - “Mega varieties” – Nông dân rất ưa chuộng • Hiện có nhiều giống địa phương chống chịu bất thuận phi sinh học (abiotic stress tolerance ) • Nhưng nông dân bắt buộc phải sử dụng giống khác vì: • Năng suất thấp, đặc điểm nông học và chất lượng không phù hợp BR11 Bangladesh CR1009 India IR64 All Asia KDML105 Thailand... Backcrossing strategy • Chiến lược lai trở lại để tổ hợp genes/QTLs vào trong một giống thích nghi rộng ‘mega varieties’ • Sử dụng marker DNA cho chương trìnhlai lại hiệu quả hơn – marker assisted backcrossing (MAB) . MARKER ASSISTED SELECTION (MAS): THEORY AND PRACTICE Định nghĩa:Chọn lọc dựa trên chỉ thị phân tử (Marker assisted selection- MAS) là sử dụng chỉ thị. ruộngCrossing houseBackcross nursery (1 ) LEAF TISSUE SAMPLING(2) DNA EXTRACTION(3) PCR(4) GEL ELECTROPHORESIS(5) MARKER ANALYSISOverview of ‘marker genotyping’