Nghiên cứu đa dạng di truyền nguồn gen bông cỏ ( gossypium arboreum l ) phục vụ lập bản đồ gen kháng bệnh xanh lùn

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - Nguyễn Thanh Quân NGHIÊN CỨU ĐA DẠNG DI TRUYỀN NGUỒN GEN BÔNG CỎ (Gossypium arboreum L.) PHỤC VỤ LẬP BẢN ĐỒ GEN KHÁNG BỆNH XANH LÙN LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội, năm 2011 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - Nguyễn Thanh Quân NGHIÊN CỨU ĐA DẠNG DI TRUYỀN NGUỒN GEN BÔNG CỎ (Gossypium arboreum L.) PHỤC VỤ LẬP BẢN ĐỒ GEN KHÁNG BỆNH XANH LÙN Chuyên ngành : Sinh học Thực nghiệm Mã số LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Giảng viên hƣớng dẫn: TS NGUYỄN THỊ THANH THỦY Hà Nội, năm 2011 MỤC LỤC MỞ ĐẦU…………………………………… 1 Tính cấp thiết đề tài…………………………………… Mục tiêu nội dung nghiên cứu đề tài……………………… Chƣơng TỔNG QUAN TÀI LIỆU…………………………… 1.1 KHÁI QUÁT CHUNG VỀ CÂY BÔNG VẢI Gossyipum L 1.1.1 Vị trí phân loại nguồn gốc phân bố…………………………… 1.1.2 Xuất xứ đa dạng genome bơng……………………… 1.2 TÌNH HÌNH SẢN XUẤT BƠNG TRONG VÀ NGỒI NƢỚC…… 1.2.1 Tình hình sản xuất giới………………… 1.2.2 Hiện trạng ngành sản xuất Việt Nam………………………… 1.3 MỘT SỐ CHỈ THỊ ADN TRONG NGHIÊN CỨU ĐA DẠNG DI TRUYỀN……………………………………… ……… 1.3.1 Sự đa dạng ADN…………………………………… 1.3.2 Chỉ thị ADN…………………………………… 1.4 THÀNH TỰU TRONG NGHIÊN CỨU ĐA DẠNG DI TRUYỀN CÂY BÔNG VẢI BẰNG CHỈ THỊ ADN…………… 1.4.1 Tình hình nghiên cứu giới…………………………… 1.4.2 Tình hình nghiên cứu Việt Nam……………………………… 1.5 NGHIÊN CỨU DI TRUYỀN TÍNH KHÁNG BỆNH XANH LÙN…… Chƣơng VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP…………………… 2.1 VẬT LIỆU NGHIÊN CỨU……………………………………… 2.1.1 Vật liệu thực vật…………………………………… 2.1.2 Các cặp mồi SSR…………………………………… 2.2 CÁC PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ KỸ THUẬT SỬ DỤNG… 2.2.1 Phương pháp đánh giá tính kháng bệnh xanh lùn 2.2.2 Phương pháp đánh giá đặc tính nơng sinh học, ti giống bông…………… ……………………………… 2.2.3 Phương pháp phân tích đa hình di truyền thị SSR……… 2.2.4 Các phương pháp xử lý số liệu nghiên cứu……… Chƣơng KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN……………………… 3.1 THU THẬP CÁC DÒNG, GIỐNG BÔNG TIỀM NĂNG NĂNG SUẤT CAO, CHẤT LƢỢNG TỐT VÀ GIỐNG KHÁNG BỆNH…… 3.2 ĐÁNH GIÁ TÍNH KHÁNG CỦA CÁC GIỐNG BƠNG CỎ NHẰM XÁC ĐỊNH NGUỒN GEN LÀM VẬT LIỆU BAN ĐẦU CHO VIỆC LAI TẠO QUẦN THỂ…………… …………… …………… … 3.3 ĐÁNH GIÁ ĐẶC TÍNH NƠNG SINH HỌC CÁC GIỐNG BƠNG CỎ NGHIÊN CỨU…………… …………… …………….…… 3.3.1 Thời gian sinh trưởng đặc điểm thực vật học giống nghiên cứu.……… .…………… …………… …………… 3.3.2 Năng suất yếu tố cấu thành suất giống bông… 3.3.3 Chất lượng xơ giống bơng nghiên cứu………………… 3.4 PHÂN TÍCH ĐA DẠNG DI TRUYỀN CÁC GIỐNG BÔNG NGHIÊN CỨU BẰNG CHỈ THỊ SSR…………… …………… … 3.4.1 Tách chiết DNA tổng số giống bơng phục vụ phân tích SSR… 3.4.2 Kết phân tích đa hình DNA giống bố mẹ thị phân tử SSR…… …………… …………… …………… ……… 3.4.3 Kết phân tích mối quan hệ di truyền giống bông… 3.5 CHỌN CẶP LAI TRIỂN VỌNG TẠO QUẦN THỂ F1 PHỤC VỤ LẬP BẢN ĐỒ GEN KHÁNG BỆNH XANH LÙN…………………… Chƣơng KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ……………………… 4.1 KẾT LUẬN…………………………………… 4.2 KIẾN NGHỊ…………………………………… TÀI LIỆU THAM KHẢO…………………………………… Tiếng Việt…………………………………… Tiếng Anh…………………………………… Tài liệu từ Internet…………………………………… PHỤ LỤC…………………………………… DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Các nƣớc có diện tích bơng lớn giới năm 2009-2010 Bảng 1.2 Các nƣớc có sản lƣợng bơng cao giới năm 2009-2010 11 Bảng 1.3 Tình hình sản suất bơng vải Việt Nam năm 2000-2010 .13 Bảng 2.1 Mã số tập đoàn, tên nguồn gốc 30 giống cỏ thu thập 25 Bảng 2.2 Các nhóm mồi SSR sử dụng nghiên cứu 26 Bảng 2.3 Bảng số liệu đánh giá chiều cao 28 Bảng 2.4 Thành phần đệm chiết 31 Bảng 2.5 Thành phần đệm rửa I (wash buffer I) 31 Bảng 2.6 Thành phần đệm rửa II (Wash buffer II) 31 Bảng 2.7 Chƣơng trình chạy phản ứng PCR 32 Bảng 3.1 Kết đánh giá khả kháng bệnh xanh lùn giống 37 Bảng 3.2 Kết chọn lọc dòng kháng bệnh xanh lùn cỏ Nghệ An… 38 Bảng 3.3 Thời gian sinh trƣởng đặc điểm thực vật học giống cỏ nghiên cứu Bảng 3.4 Các yếu tố cấu thành suất suất giống bông… 40 43 Bảng 3.5 Một số tiêu chất lƣợng xơ giống bơng cỏ 45 Bảng 3.6 Một số dịng/giống bơng tiềm năng suất cao chất lƣợng tốt 48 Bảng 3.7 Các tiêu alen, số đa dạng PIC locus SSR nhận biết 31 giống nghiên cứu Bảng 3.8 Một số kết phân tích đa dạng di truyền SSR đƣợc công bố 52 53 Bảng 3.9 Mối quan hệ di truyền 31 giống cỏ nghiên cứu 56 Bảng 3.10 Danh sách giống bố mẹ dùng cho lai tạo quần thể F1 59 Phụ lục Danh sách 50 cặp mồi SSR sử dụng nghiên cứu đa hình giống cỏ 65 DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 Lồi bơng cỏ châu Á (Gossypium arboreum L.)………………… Hình 1.2 Các lồi bơng thu thập đƣợc……………… Hình 1.3 Phân bố tự nhiên lồi bơng nhị bội……………… Hình 1.4 Đa hình ADN SSR hai cá thể có motif (AT) ……………… n Hình 2.1 Các cấp bệnh xanh lùn đánh giá phịng thí nghiệm………… Hình 2.2 Chiều dài xơ đo thiết bị HVI……………… Hình 3.1 Gieo trồng ngồi đồng…………… Hình 3.2 Cây nhiễm kháng bệnh xanh lùn……………… Hình 3.3 Ruộng đánh giá đặc tính nơng sinh học giống bơng… Hình 3.4 Biểu đồ đánh giá số đặc tính nơng sinh học dịng/giống bơng nghiên cứu……………… …………… Hình 3.5 Kết kiểm tra DNA số giống gel agarose 0,8%……………… …………… Hình 3.6 Sản phẩm PCR giống nghiên cứu với số cặp mồi nhóm BNL gel agarose 3%……………… …………… Hình 3.7 Sản phẩm PCR giống bơng nghiên cứu với số cặp mồi nhóm NAU, TM STV gel agarose 3%……………… Hình 3.8 Sơ đồ hình thể mối quan hệ di truyền giống cỏ nghiên cứu……………… …………… Hình 3.9 Sơ đồ lai tạo tổ hợp lai F1……………… .…………… Phụ lục Biểu đồ biểu thị đặc tính nơng sinh học giống cỏ nghiên cứu.……………… …………… BẢNG KÝ HIỆU CHỮ VIẾT TẮT ADNAcid deoxyribonucleic ARN Acid ribonucleic bp Base pair CAPS Cleaved cs Amplification Polymorphism CTAB Sequence cM Cộng sƣ CV Cetyl dNTP trimethylammonium s bromide EthBr Centimorgan EDTA coefficient of ESTvariation ISSRDeoxy nucleotide triphosphates Kb Ethidium bromide LSD Ethylenediaminetetra MASacetic acid PCRExpressed sequence tag PIC Inter-simple sequence SDSrepeat STSKilo base TAELeast Significant TBEDifference TE Molecular Assisted Selection Polymerase Chain Reaction Polymorphism Information Content Sodium Dodecyl Sulphate Sequence- tagged site Tris-Acetic acidEDTA Tris-Boric acid-EDTA Tris-EDTA MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Cây (Gossypium L.) loại trồng lấy sợi tự nhiên hàng đầu quan trọng giới, đƣợc trồng khắp nơi điều kiện khí hậu nhiệt đới cận nhiệt đới Bông vải mặt hàng thƣơng mại quan trọng mang lại lợi nhuận cho hàng triệu nông dân nƣớc phát triển nhƣ phát triển Sản phẩm xơ bơng đƣợc biết đến nhƣ nguồn nguyên liệu chủ yếu cho ngành công nghiệp dệt may Hiện nay, với phát triển xã hội, ngƣời ý thức rõ giá trị thân việc làm đẹp với thời trang, đặc biệt thời trang quần áo Con ngƣời sử dụng quần áo, vải vóc hàng ngày khơng giữ ấm thể mà cịn coi nét văn hóa, thể văn minh đẳng cấp xã hội Qua tính vƣợt trội nhƣ hút ẩm, mau khơ, tạo thơng thống, mát mùa hè ấm vào mùa đông vải cotton, thực trồng hữu ích quan trọng sống ngƣời Cho đến nay, nguyên liệu công nghiệp dệt chƣa có thay đƣợc Phát triển nghề trồng vải trở thành ngành kinh tế nông nghiệp trọng điểm nhiều quốc gia với sản phẩm xơ đem lại giá trị kinh tế cao Hàng năm, ngành cơng nghiệp bơng đóng góp vào kinh tế giới khoảng 500 tỉ USD với việc sử dụng khoảng 115 triệu kiện xơ (Chen & cs., 2007) Tuy nhiên, sản lƣợng vải hàng năm phụ thuộc vào nhiều yếu tố yếu tố ngoại cảnh nhƣ sâu bệnh giống hai yếu tố quan trọng Hiện có 20 loại bệnh hại virus gây đƣợc công bố, bệnh xanh lùn hay cịn gọi bệnh xanh (cotton blue disease) loại bệnh xuất từ sớm gây hại nghiêm trọng cho sản xuất (Correae et al., 2005) Bệnh xuất làm giảm sản lƣợng đáng kể nhiều nƣớc giới, loại bệnh gây hại lớn cho nƣớc ta Theo dự kiến phủ đề ra, đến năm 2011, nông nghiệp nƣớc ta phải đáp ứng đƣợc 20% sản lƣợng bơng xơ, mở rộng diện tích trồng lên 0,5 triệu (Bộ Nông nghiệp Phát triển Nơng thơn, 2003) Nhƣng hạn chế giá không ổn định, suất, chất lƣợng thu hoạch thấp sâu bệnh, chƣa có giống kháng, chi phí sản xuất cao dẫn đến thua lỗ khơng khuyến khích đƣợc việc mở rộng diện tích trồng bơng, nhƣ tăng sản lƣợng bơng nƣớc Sự lựa chọn tối ƣu cho công tác quản lý bệnh hạn chế ô nhiễm mơi trƣờng dùng thuốc hóa học việc sử dụng giống kháng bệnh Nhờ tiến công nghệ sinh học, nhà khoa học dễ dàng chuyển nạp gen kháng vào giống cho suất chất lƣợng tốt, kháng sâu bệnh, kháng thuốc diệt cỏ, giảm thiểu chi phí sản xuất tăng thu nhập cho ngƣời trồng Tuy nhiên, chƣa có nhiều cơng trình nghiên cứu tính kháng bệnh xanh lùn bơng Xuất phát từ vấn đề nêu trên, tiến hành nghiên cứu đề tài: Nghiên cứu đa dạng di truyền nguồn gen cỏ (Gossypium arboreum L.) phục vụ lập đồ gen kháng bệnh xanh lùn Mục tiêu nội dung nghiên cứu đề tài 2.1 Mục tiêu đề tài Thu thập giống cỏ địa phƣơng nhập nội để tiến hành đánh giá khả kháng/nhiễm bệnh xanh lùn qua tiêu hình thái, đồng thời đánh giá đa dạng di truyền giống thị phân tử (SSR), từ xác định cặp lai phục vụ nghiên cứu lập đồ gen kháng bệnh xanh lùn chọn tạo giống kháng bệnh 2.2 Nội dung nghiên cứu đề tài Thu thập số giống bơng cỏ có tiềm năng suất cao, chất lƣợng xơ tốt số dịng bơng kháng bệnh xanh lùn Đánh giá tính kháng bệnh xanh lùn số đặc tính nơng sinh học giống thu thập Sử dụng thị phân tử SSR để phân tích mối quan hệ di truyền phân tử giống cỏ Xác định cặp giống vải kháng bệnh giống bơng khơng kháng bệnh nhƣng có nhiều đặc tính ƣu việt suất nhƣ chất lƣợng sợi làm vật liệu lai tạo quần thể, phục vụ lập đồ phân tử gen kháng bệnh xanh lùn Phạm vi nghiên cứu đề tài 3.1 Các giống nghiên cứu đề tài Trong nghiên cứu đề tài, tiến hành đánh giá 30 giống cỏ tập đồn giống bơng Viện nghiên cứu Bông Phát triển Nông nghiệp 20 Correa RL, Silva TF, Simoes-Araujo JL, Barroso PA, Vidal MS, Vaslin MF (2005), “Molecular characterization of a virus from the family Luteoviridae associated with cotton blue disease”, Arch Virol, 150, pp 1357-1367 21 Costa A.S (1957), “Anthocyanosis, a virus disease in cotton in Brazil”, Phythopathologische Zeitschrift, 28, pp 167-186 22 Candida H.C de Magalhaes Bertini, Ivan Schuster, Tocio Sediyama, Everaldo Goncalves de Barros and Maurilio Alves Moreira (2006), “Characterization and genetic diversity analysis of cotton cultivars using microsatellites”, Genetics and Molecular Biology, 29(2), PP 321-329 23 Dànield M and Chadarasrivongs C (1965), Plant Pathology, Pros Rept Expt Stat., Cott Grow.Crop., Thailand 24 David B Weaver, Kathy S Lawrence, and Edzard van Santen (2007), “Reinform Nematode Resistance in upland Cotton Germplasm”, Crop Sci., 47, pp 19-24 25 Diste´fano Ana J., Ivan Bonacic Kresic, H Esteban Hopp (2010), “The complete genome sequence of a virus associated with cotton blue disease, cotton leafroll dwarf virus, confirms that it is a new member of the genus Polerovirus”, Archives of Virology, 155(11), pp 1849-1854 26 Dyck J.M (1979), “Lamadie bleue de contonnier an Tchad (Blue disease of cotton in Chad)”, Cotton et Fibres Tropicales, 34(2), pp 299-238 27 Diqiu Liu, Xiaoping Guo, Zhongxu Lin, Yichun Nie and Xianlong Zhang (2005), “Genetic diversity of Asian cotton (Gossypium arboreum L.) in China evaluated by microsatellite analysis”, Genetic Resources and Crop Evolution, 53, PP 1145-1152 28 Jiang C, Wright RJ, El-Zik KM, Paterson AH (1998), “Polyploid formation created unique avenues for response to selection in Gossypium”, Proc Natl Acad Sci USA, 95, PP 4419–4424 29 Ecsober J.T., Agati J.A et Bergonia H.T (1963), “Une nouvelle virose du cotonnier aux Philippines”, Bull Phyt FAO, 11, pp 78-81 67 30 Fryxell PA (1992), “A revised taxonomic interpretation of Gossypium L (Malvaceae)”, Rheedea, 2, PP 108-165 31 Hawkins JS, Kim H, Nason JD, Wing RA, Wendel JF (2006), “Differential lineage-specific amplification of transposable elements is responsible for Genome size variation in Gossypium”, Genome Res, 16, PP 1252–1261 32 Hendrix B, Stewart JM (2005), “Estimation of the nuclear DNA content of Gossypium species”, Ann Bot (Lond), 95, PP 789–797 33 Liu B, Brubaker G, Cronn RC, Wendel JF (2001), “Polyploid formation in cotton is not accompanied by rapid genomic changes”, Genome, 44, PP 321 34 M J Iqbal, N Aziz, N A Saeed, Y Zafar (1996), “Genetic diversity evaluation of some elite cotton varieties by RAPD analysis”, Theor Appl Genet, 94, PP 139-144 35 Naveed Murtaza (2006), “Cotton genetic diversity study by AFLP markers”, Electronic Journal of Biotechnology, 9(4), PP 457-460 36 Saha, S., M Karaca, J N Jenkins, A E Zipf, U K Reddy (2003), “Simple sequence repeats as useful resources to study transcribed genes of cotton”, Euphytica, 130, PP 355–364 37 Wendel JF, Cronn RC (2003), “Polyploidy and the evolutionary history of cotton”, ADV Agron, 78, PP 139-186 38 Yang SS, Cheung F, Lee JJ, Ha M, Wei NE, Sze SH, Stelly DM,Thaxton P, Triplett B, Town CD, et al (2006), “Accumulation of genome-specific transcripts, transcription factors and phytohormonal regulators during early stages of fiber cell development in allotetraploid cotton”, Plant J, 47, PP 761–775 39 Zhao XP, Si Y, Hanson RE, Crane CF, Price HJ, Stelly DM, Wendel JF, Paterson AH (1998), “Dispersed repetitive DNA has spread to new genomes since polyploid formation in cotton”, Genome Res, 8, PP 479–492 Tài liệu từ Internet Cotton Marker Database, http://www.cottonmarker.org Cotton Genome Database, http://cottondb.org ITIS, Integrated Taxonomic Information System, http://www.itis.gov/ 68 USDA, United States Department of Agriculture, http://www.fas.usda.gov/psdonline/psdQuery.aspx Tổng Cục thống kê, http://www.gso.gov.vn/default.aspx?tabid=430vàidmid=3 Viện Nghiên cứu Bông Phát triển Nông nghiệp Nha Hố, http://www.nhahocotton.org.vn 69 PHẦN PHỤ LỤC Phụ lục Danh sách 50 cặp mồi SSR sử dụng nghiên cứu đa hình giống cỏ S T Tên mồi T BNL1408 BNL1673 BNL1679 BNL2656 BNL2921 BNL2960 BNL3259 BNL3261 BNL3284 10 BNL3478 70 11 BNL4053 12 BNL1034 13 BNL1495 14 BNL2440 15 BNL2553 16 BNL2571 17 BNL3071 18 BNL3280 19 BNL3971 20 BNL4059 21 MUCS141 22 MUCS198 23 MUCS242 24 MUCS459 71 25 MUCS524 26 MUCS615 27 MUSS123 28 MUSS128 29 MUSS193 30 MUSS329 31 NAU1003 32 NAU1014 33 NAU1037 34 NAU1063 35 NAU1158 36 NAU2790 37 NAU3178 38 NAU4865 72 39 NAU5046 40 NAU5074 41 STV002 42 STV090 43 STV166 44 STV190 45 TMD03 46 TMK01 47 TMK08 48 TME12 49 TME17 73 50 TME20 * Chú thích: (f) – mồi xi, (r) – mồi ngƣợc 74 Phụ lục Biểu đồ biểu thị đặc tính nơng sinh học giống bơng cỏ nghiên cứu 75 76 * Chú thích: (a) Thời gian sinh trƣởng (ngày); (b) Chiều cao (cm); (c) Số cành đực/cây; (d) Số cành quả/cây;(e) Vị trí cành 1; (f) Khối lƣợng (g); (g) Số quả/m ; (h) Năng suất lý thuyết (tạ/ha);(i) Khối lƣợng 100 hạt (g); (j) Tỷ lệ xơ (%); (k) Năng suất hạt (tạ/ha); (l) Năng suất xơ (tạ/ha),(m) Chiều dài xơ (mm); (n) Độ xơ (%); (o) Độ mịn xơ (Mic); (p) Độ chín xơ (%); (q) Độ bền (g/tex) 77 ... tính kháng bệnh xanh l? ?n bơng Xuất phát từ vấn đề nêu trên, tiến hành nghiên cứu đề tài: Nghiên cứu đa dạng di truyền nguồn gen cỏ (Gossypium arboreum L. ) phục vụ l? ??p đồ gen kháng bệnh xanh l? ?n... Nguyễn Thanh Quân NGHIÊN CỨU ĐA DẠNG DI TRUYỀN NGUỒN GEN BÔNG CỎ (Gossypium arboreum L. ) PHỤC VỤ L? ??P BẢN ĐỒ GEN KHÁNG BỆNH XANH L? ?N Chuyên ngành : Sinh học Thực nghiệm Mã số LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA... kiểu di truyền tính kháng bệnh xanh l? ?n đóng vai trị quan trọng cơng tác l? ??p đồ di truyền sử dụng thị phân tử chọn giống kháng bệnh xanh l? ?n vải Nghiên cứu di truyền tính kháng bệnh xanh l? ?n đƣợc