Đánh giá đa dạng di truyền một số mẫu giống lúa thu thập tại lào về đặc điểm nông sinh học

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - NGUYỄN THANH NHUNG ĐÁNH GIÁ ĐA DẠNG DI TRUYỀN MỘT SỐ MẪU GIỐNG LÚA THU THẬP TẠI LÀO VỀ ĐẶC ĐIỂM NÔNG SINH HỌC LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội – 2014 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - NGUYỄN THANH NHUNG ĐÁNH GIÁ ĐA DẠNG DI TRUYỀN MỘT SỐ MẪU GIỐNG LÚA THU THẬP TẠI LÀO VỀ ĐẶC ĐIỂM NÔNG SINH HỌC Chuyên ngành: Sinh học thực nghiệm Mã số: 604230 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: TS LÊ HÙNG LĨNH TS ĐỖ THỊ PHÚC Hà Nội – 2014 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan trực tiếp thực nghiên cứu luận văn Mọi kết thu nguyên bản, không chỉnh sửa chép từ nghiên cứu khác Các số liệu, sơ đồ kết luận văn chưa công bố Tơi xin hồn tồn chịu trách nhiệm với lời cam đoan trên! Học viên Nguyễn Thanh Nhung i LỜI CẢM ƠN Trước hết, xin gửi lời cảm ơn chân thành sâu sắc tới TS Lê Hùng Lĩnh TS Đỗ Thị Phúc, người tận tình hướng dẫn, giúp đỡ bảo hỗ trợ tơi suốt q trình cơng tác thời gian học tập, nghiên cứu hoàn thành luận văn Tơi xin bày tỏ lịng biết ơn tới thầy cô cán công tác Khoa Sinh học, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên giảng dạy tạo điều kiện thuận lợi cho suốt q trình học tập trường Tơi xin chân thành cảm ơn cán bộ, anh chị em Bộ môn Sinh học phân tử- Viện Di truyền Nông nghiệp giúp đỡ động viên q trình cơng tác thực luận văn Cuối xin gửi lời cảm ơn chân thành tới gia đình, bạn bè người thân động viên, khuyến khích giúp tơi vượt qua khó khăn suốt trình nghiên cứu Hà Nội, ngày tháng năm 2014 Học viên Nguyễn Thanh Nhung ii MỤC LỤC ́́́ DANH MUCC̣ CÁC CHƢƢ̃VIÊT TĂT DANH MUCC̣ BẢNG DANH MUCC̣ HÌNH MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Mục tiêu yêu cầu đề tài 2.1 Mục tiêu 2.2 Yêu cầu Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài 3.1 Ý nghĩa khoa học 3.2 Ý nghĩa thực tiễn Đối tượng phạm vi nghiên cứu đề tài 4.1 Đối tượng 4.2 Phạm vi nghiên cứu CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU VÀ CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA ĐỀ TÀI4 1.1 Giới thiệu chung lúa 1.1.1 Nguồn gốc, phân bố lúa .4 1.1.2 Phân loại lúa 1.2 Nghiên cứu đánh giá đa dạng di truyền lúa 1.2.1 Vị trí tầm quan trọng đa dạng di truyền 1.2.2 Nghiên cứu đa dạng di truyền lúa nước 1.2.3 Nghiên cứu đa dạng di truyền lúa Việt Nam Lào 11 1.2.4 Các phương pháp nghiên cứu đa dạng di truyền 13 CHƢƠNG 2: VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 22 2.1 Vật liệu nghiên cứu 22 2.2 Phương pháp nghiên cứu 24 2.2.1 Bố trí thí nghiệm 24 iii 2.2.2 Các tính trạng theo dõi đánh giá 24 2.2.3 Nghiên cứu đa dạng di truyền thị ADN 27 2.2.4 Phương pháp phân loại loài 33 2.2.5 Phân tích xử lý số liệu 33 CHƢƠNG 3: KẾT QỦA VÀ THẢO LUẬN 35 3.1 Kết đánh giá số đặc tính nơng học mẫu giống lúa Lào 35 3.1.1 Đa dạng tính trạng hình thái số lượng 35 3.1.2 Đa dạng tính trạng hình thái chất lượng 45 3.2 Kết đánh giá đa dạng di truyền mẫu giống lúa Lào thị SSR 55 3.2.1 Tỷ lệ khuyết số liệu dị hợp tử giống lúa nghiên cứu 55 3.2.2 Hệ số PIC, số alen thể cặp mồi 57 3.2.3 Kết phân tích mối quan hệ di truyền mẫu giống lúa Lào 60 3.3 Kết phân loại loài mẫu giống lúa Lào 61 CHƢƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 64 4.1 Kết luận 64 4.2 Đề nghị 64 TÀI LIỆU THAM KHẢO 65 iv DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TĂT ADN Axit Deoxyribonucleic AFLP Amplified Fragment Length Polymorphism (Đa dạng chiều dài đoạn nhân bản) BT7 Bắc Thơm cs Cộng CTAB Cetyltrimethyl Amonium Bromide D/R Tỷ lệ dài/rộng hạt thóc ĐC Đối chứng IRRI International Rice Research Institute (Viện Nghiên cứu Lúa Quốc tế) Kb Kilo base KL Khối lượng NSLT Năng suất lý thuyết PCR Polymerase Chain Reaction (Phản ứng chuỗi polymerase) PIC Polymorphism Information Content - Chỉ số thơng tin đa hình mồi RAPD Random Amplified Polymorphic DNA (ADN đa hình nhân bội ngẫu nhiên) RFLP Restriction Fragment Length Polymorphism (Đa dạng chiều dài đoạn giới hạn) RGA Resistance Gene Analog – Vùng tương đồng gen kháng SNPs Single nucleotide polymorphism - Đa hình nucleotit đơn SSR Simple Sequence Repeats (Sự lặp lại trình tự đơn giản) STS Sequence Tagged Site - Điểm trình tự đánh dấu TBE Tris-Boric Acid-EDTA TE Tris-EDTA TGST Thời gian sinh trưởng TT Thứ tự v DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1 Phân loại chi Oryza Bảng 2.1 Danh sách mẫu giống lúa Lào dùng nghiên cứu 22 Bảng 2.2 Danh sách thị SSR dùng nghiên cứu 73 Bảng 23 Thành phần chất dùng cho phản ứng PCR với mồi SSR 29 Bảng 2.4 Chương trình chạy phản ứng PCR 29 Bảng 3.1 Sự đa dạng tính trạng hình thái số lượng 33 mẫu giống lúa Lào vụ mùa 2012 35 Bảng 3.2 Các yếu tố cấu thành suất 33 mẫu giống lúa thu thập Lào vụ mùa 2012 41 Bảng 3.3 Sự đa dạng kích thước hạt thóc 33 mẫu giống lúa Lào 43 Bảng 3.4 Tần số biểu tính trạng hình thái chất lượng thân .46 Bảng 3.5 Tần số biểu tính trạng hình thái chất lượng 48 Bảng 3.6 Tần số biểu tính trạng hình thái chất lượng thìa lìa 49 Bảng 3.7 Tần số biểu tính trạng hình thái chất lượng bơng 50 Bảng 3.8 Tần số biểu tính trạng hình thái chất lượng hoa hạt 51 Bảng 3.9 Tỷ lệ khuyết số liệu dị hợp tử giống lúa nghiên cứu 55 Bảng 3.10 Chỉ tiêu số alen số đa dạng di truyền PIC thị nghiên cứu 59 Bảng 3.11 Kết phân loại dung dịch phenol 33 mẫu giống lúa Lào giống đối chứng 62 vi DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 Sơ đồ tiến hóa hai lồi lúa trồng Hình 2.1 Bản đồ vùng thu thập mẫu giống lúa Lào 22 Hình 3.1 Sự đa dạng chiều cao 33 mẫu giống lúa Lào 37 Hình 3.2 Sự đa dạng khối lượng 1000 hạt mẫu giống lúa 40 Hình 3.3 Sự đa dạng tính trạng hình thái thân 47 mẫu giống lúa nghiên cứu 47 Hình 3.4 Đa dạng hình thái tính trạng chất lượng lúa 33 mẫu giống lúa Lào47 Hình 3.5 Đa dạng tính trạng hình thái chất lượng thìa lìa 33 mẫu giống lúa Lào50 Hình 3.6 Đa dạng hình thái chất lượng bơng 33 mẫu giống lúa Lào 51 Hình 3.7: Kết điện di sản phẩm PCR với mồi RM110 58 Hình 3.8: Kết điện di sản phẩm PCR với mồi RM18 58 Hình 3.9 Quan hệ di truyền 33 giống lúa Lào BT7 dựa 20 thị SSR 61 Hình 3.10 Phân loại lồi mẫu giống lúa nghiên cứu .63 vii MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Nguồn tài nguyên di truyền thực vật đóng vai trị quan trọng sản xuất nơng nghiệp theo hướng đa dạng hóa, đại hóa Do khác biệt điều kiện tự nhiên mà nước có nguồn tài nguyên thực vật khác Trong xu hội nhập quốc tế, hợp tác chia sẻ thông tin kinh nghiệm trao đổi nguồn gen góp phần khai thác có hiệu tiềm nguồn gen địa nhập nội lai tạo nhiều giống mới, thúc đẩy phát triển sản xuất nông nghiệp nước Hợp tác khu vực quốc tế lĩnh vực sử dụng hiệu bền vững nguồn tài nguyên thực vật thực cần thiết để góp phần thực mục tiêu an ninh lương thực mà Hội thảo kỹ thuật quốc tế tài nguyên di truyền thực vật lần thứ IV đề ra, nhằm phấn đấu giảm lượng dân số đói nghèo xuống nửa vào năm 2015 Lúa (Oryza sativa L.) lương thực quan trọng Hàng năm, quốc gia Châu Á tiêu thụ tới 90% sản lượng lúa gạo giới Cộng hào Dân chủ Nhân dân Lào nước có nhiều giống lúa cổ truyền với nguồn gen phong phú dùng để tạo giống lúa cải tiến với đặc tính mong muốn Theo điều tra, đánh giá sơ tập đoàn lúa địa phương Lào cho thấy nguồn vật liệu quý phong phú tính trạng chất lượng, chống chịu sâu bệnh điều kiện bất thuận môi trường chịu úng, chịu ngập, chịu mặn…Bên cạnh công tác thu thập bảo tồn, công tác nghiên cứu đa dạng di truyền nguồn gen có ý nghĩa quan trọng việc lưu giữ, bảo tồn nguồn gen lúa phục vụ công tác chọn giống Nghiên cứu đa dạng di truyền dựa vào tính trạng hình thái, nơng học phương pháp cổ điển sử dụng rộng rãi khơng địi hỏi trang thiết bị đắt tiền, bố trí thí nghiệm phức tạp mà đảm bảo hiệu định, giúp nhà nghiên cứu phân biệt giống cách nhanh chóng đồng ruộng [8] 49 Michael J Thomson, Endang M Septiningsih, Fatimah Suwardjo, Tri J Santoso, Tiur S, Silitonga, Susan R McCouch (2007), “Genetic diversity analysis of traditional and improved Indonesian rice (Oryza sativa L.) germplasm using microsatellite markers”, Theor Appl Genet (114)pp:559– 568 50 40 Lee H.H.,Neoh P.P.N., Bong W.S.T., Puvaneswaran J., Wong S.C (2011), “Genotyping of Sarawak Rice Cultivars Using Microsatellite Markers” , Pertanika J Trop Agric Sci 34 (1) pp: 123 – 136 51 Luu Ngoc Trinh (1999), "A genetic diversity study of rice germplasm in Vietnam based on RAPD approach", Research study, NIAR, Japan 52 Natalya V Alpatyeva (2000), "Genetic diversity of Vietnamese landraces of rice by RFLP markers", Research study in NIAR, Japan 53 National Research Council (1993), Managing global genetic resources, National Academy Press, Washington, D C America 54 Nei, M.(1972), "Genetic distance between populations", Amer Naturalist, (106), pp 283-292 55 Nguyen Duy Bay, Nguyen H.T., Bui Chi Buu and Bui Ba Bong (2001), Genetic markers in genome research and plant breeding, Viện lúa Đồng Bằng sông Cửu Long, tr 44-58 56 Nguyen Van Tao, NT Lang, JL Pham, BC Bui (1999), "Isozyme analysis on some traditional varieties from South Vietnam", OMONRICE (7), pp 142-151 57 Oka H I (1958), “Intervarietal variation and classification of cultivated rice”, Ind J Genet Plant breed, (17), pp 79-89, 1958a 58 O’Toole J.C., Cruz R.T (1983), “Genotypic variation in epicuticular wax of rice” Crop Sci (23) pp:329-394 59 Pham Trung Nghia, JPS Malik, MP Paandeey and NK Singh (1999), "Genetic distance analysis of hybrid rice parental lines based on morphological traits and DNA markers", In Omon Rice, Journal Cuulong 70 Delta Rice Research Institute, pp 49-59 60 Rohlf F (1999), NTSYS-pc: numerical taxonomy and multivariate analysis system, 2.1 edn Department of Ecology and Evolution, State University of NY, Stony Brook (ntsys) 61 S B Yu , W J Xu , C H M Vijayakumar , J Ali B Y Fu , J L Xu , Y Z Jiang, R Marghirang ,J Domingo, C Aquino , S S Virmani, Z K Li, (2003) “Molecular diversity and multilocus organization of the parental lines used in the International Rice Molecular Breeding Program”, Theor Appl Genet (108):131–140 62 S.C Wong, P.H Yiu, S.T.W Bong, H.H Lee, P.N.P Neoh and A Rajan (2009), “Analysis of Sarawak Bario Rice Diversity Using Microsatellite Markers”, American Journal of Agricultural and Biological Sciences (4): 298-304 63 Saghai Maroof MA, Soliman KM, Jorgensen RA, Allard RW (1984) “Ribosomal DNA spacer-length polymorphisms in barley: Mendelian inheritance, chromosomal location , and population dynamics”, Proc Natl Acad Sci USA (81)pp: 8014-8018 64 Thaura Ghneim Herrera, Duina Posso Duque, Iris Pérez Almeida, Gelis Torrealba Núñez, Alejandro J Pieters, César P Martinez, Joe M Tohme (2008), “Assessment of genetic diversity in Venezuelan rice cultivars using simple sequence repeats markers”, Electronic Journal of Biotechnology 11(5):14pp 65 Vaughan D.A (1994), “The wild relative of rice” , A genetic resource handbook, IRRI, pp:3-5 66 Victoria C.L, Darshan S Bar, Toshinori Abe, Edilberto D Redona (2007), “Assessment of Genetic Diversity of Philippine Rice Cultivars Carring Good Quality trait using SSR marker”, Breeding Science (57) pp:263-270 67 Virk P.S., B.V Fork, M.T Jakson , H J New Bery (1995), “Use of RADP for the study of diversity within plant Germplasm collection” Heridity (74): 71 170-179 68 Vos P., R Hogers, M Bleeker, Reijans M et all (1995), "AFLP: a new technique for DNA fingerprinting", Nucleic Acids Research, 23, (11), pp 4407-4414 69 Xu Y, B Henry , S.R Mc Couch (2004) “A marker approach to broading the genetic base of rice in the USA”, Crop Sci (44): 1847-1959 70 Yang G.P, M.A.S Maroof, C.G Xu, Q Zhang, R.M Biyashev (1994), “Comparative analysis of microsatellite DNA polymorphilism in landraces and cultivars of rice”, Mol Gen Genet (245) pp: 187-194 71 Yosuke Kuroda., Yo-Ichiro Sato.,Chay Bounphanousay., Yasuyuki Kono., Koji Tanaka (2007), “Genetic structure of three Oryza AA genome species (O rufipogon, O nivara and O sativa) as assessed by SSR analysis on the Vientiane Plain of Laos”, Conserv Genet 8:149–158 72 Zheng, Da-Li et al (2003), “Development of isogenic lines of morphological marker in Indica rice”, Acta Botanica Sinica, 45, (9), pp1116-1120 72 PHỤ LỤC Phụ lục 1: Danh sách thị SSR dùng nghiên cứu TT Tên mồi 10 11 12 73 TT 13 14 15 16 17 18 19 20 Tên mồi 74 Phụ lục Các tính trạng hình thái chất lƣợng 33 mẫu giống lúa Lào Tên STT giống (1) (2) LP16 VL22 HVL14 VL47 LP36 LP13 VL62 XK10 LP37 10 VL-NT 11 OX01B 12 LP10 13 LP21 14 XK08 15 LP03 75 16 VL26 17 LP30 18 VL33 19 LP29 20 LP04 21 VL67 22 LP15 23 VL74 24 LP26 25 VL55 26 VLCP 27 VL50 28 VL36 29 VL72 30 LP01 31 HVL22 32 VLKT 33 VL61 76 Phụ lục Các tính trạng hình thái chất lƣợng 33 mẫu giống lúa Lào (tiếp) Màu mỏ TT hạt (21) (1) 6 1 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 6 1 77 27 VL50 28 VL36 29 VL72 30 LP01 31 HVL22 32 VLKT 33 VL61 78 ...ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - NGUYỄN THANH NHUNG ĐÁNH GIÁ ĐA DẠNG DI TRUYỀN MỘT SỐ MẪU GIỐNG LÚA THU THẬP TẠI LÀO VỀ ĐẶC ĐIỂM NÔNG SINH HỌC Chuyên... ? ?Đánh giá đa dạng di truyền số mẫu giống lúa thu thập Lào đặc điểm nông sinh học ” Mục tiêu yêu cầu đề tài 2.1 Mục tiêu Nghiên cứu đa dạng di truyền, phân loại loài để cung cấp thông tin mẫu giống. .. Nghiên cứu đánh giá đa dạng di truyền lúa 1.2.1 Vị trí tầm quan trọng đa dạng di truyền Đa dạng di truyền biểu đa dạng biến dị di truyền lồi, quần xã loài, quần xã Xét cho cùng, đa dạng di truyền