Nghiên cứu đa dạng di truyền nguồn gen liên quan đến tính chịu mặn ở lúa việt nam

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - Lê Thị Thu Trang NGHIÊN CỨU ĐA DẠNG DI TRUYỀN NGUỒN GEN LIÊN QUAN ĐẾN TÍNH CHỊU MẶN Ở LÚA VIỆT NAM Chuyên ngành: Di truyền học Mã số: 60 42 70 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS LÃ TUẤN NGHĨA Hà Nội – Năm 2011 Luận văn Thạc sĩ Khoa học Di truyền học MỤC LỤC Lời cam đoan i Mục lục ii Danh mục bảng v Danh mục hình minh họa vi Danh mục chữ viết tắt vii MỞ ĐẦU Chương 1: TỔNG QUAN 1.1 Sự hình thành đặc tính đất mặn 1.2 Giới thiệu chung đặc điểm vùng lúa nhiễm mặn Việt Nam 1.2.1 Đồng sông Cửu Long 1.2.2 Đồng Sông Hồng 1.3 Cơ sở di truyền tính chịu mặn lúa 1.3.1 Cơ chế chịu mặn lúa 1.3.2 Di truyền tính chịu mặn 10 1.4 Công tác chọn tạo giống lúa chịu mặn 11 1.4.1 Phương pháp truyền thống 11 1.4.2 Áp dụng công nghệ sinh học chọn tạo giống lúa chịu mặn .12 1.5 Đa dạng di truyền 14 1.6 Chỉ thị đánh giá đa dạng di truyền 15 1.6.1 Chỉ thị hình thái 16 1.6.2 Chỉ thị hoá sinh 17 1.6.3 Chỉ thị phân tử ADN 18 1.7 Thành tựu nghiên cứu đa dạng di truyền lúa 28 1.7.1 Nghiên cứu đa dạng di truyền lúa thị hình thái 28 1.7.2 Nghiên cứu đa dạng di truyền lúa thị hoá sinh 29 1.7.3 Nghiên cứu đa dạng di truyền lúa thị ADN 30 Chương 2: VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 33 Lê Thị Thu Trang iii ĐH Khoa học Tự nhiên - ĐHQGHN Luận văn Thạc sĩ Khoa học Di truyền học 2.1 Vật liệu 33 2.2 Phương pháp nghiên cứu 38 2.2.1 Đánh giá khả chịu mặn giống/dòng lúa 38 2.2.2 Tách chiết ADN tổng số từ mẫu lúa 40 2.2.3 Nhận dạng di truyền giống/dòng lúa thị SSR 41 2.2.4 Phân tích số liệu 43 Chương 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 44 3.1 Kết đánh giá tính chịu mặn giống/dịng lúa 44 3.1.1 Kết đánh giá khả chịu mặn giống/dòng lúa điều kiện phịng thí nghiệm 44 3.1.2 Kết đánh giá khả chịu mặn giống/dòng lúa điều kiện nhà lưới 54 3.2 Kết tách chiết ADN tổng số 60 3.3 Kết phản ứng PCR phân tích đa hình gel polyacrylamide 61 3.4 Quan hệ di truyền liên quan đến tính chịu mặn giống/dịng lúa 73 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 78 TÀI LIỆU THAM KHẢO 80 PHỤ LỤC 93 Lê Thị Thu Trang iv ĐH Khoa học Tự nhiên - ĐHQGHN Luận văn Thạc sĩ Khoa học Di truyền học Danh mục bảng Bảng 2.1: Danh sách 40 mẫu giống/dòng lúa nghiên cứu…… Bảng 2.2: Danh sách cặp mồi SSR sử dụng nghiên cứu……… Bảng 2.3: Tiêu chuẩn đánh giá (SES) giai đoạn tăng trưởng phát triển Bảng 2.4: Thành phần phản ứng SSR- PCR…………………………… Bảng 2.5: Thà Bảng 3.1: Các cứu 16d Bảng 3.2: Kết đánh giá cấp điểm chống chịu mặn giốn Bảng 3.3: Tỷ lệ sống sót giống/dịng lúa nghiên cứu trồng đất v Bảng 3.4: Kết đánh giá cấp điểm chống chịu mặn giốn Bảng 3.5: Tần số alen 20 locut SSR………………………………… Bảng 3.6: Đa hình locut SSR giống lúa nghiên cứu………… Lê Thị Thu Trang v ĐH Khoa học Tự nhiên - ĐHQGHN Luận văn Thạc sĩ Khoa học Di truyền học Danh mục hình Hình 1.1: H Hình 1.2: C Hình 1.3: N Hình 1.4: Đ Hình 3.1: T đ Hình 3.2: Đ g v Hình 3.3: T Hình 3.4: B n E Hình 3.5: Đ g E Hình 3.6: K Hình 3.7: K S Hình 3.8: K S Hình 3.9: K S Hình3.10: K S Hình 3.11: K S Hình 3.12: Lê Thị Thu Trang K vi ĐH Khoa học Tự nhiên - ĐHQGHN Luận văn Thạc sĩ Khoa học Hình 3.13: Hình 3.14: Hình 3.15: Hình 3.16: Hình 3.17: Hình 3.18: Hình 3.19: Hình 3.20: Hình 3.21: Hình 3.22: Hình 3.23: Biến động kích thước alen locut SSR khảo sát…… Hình 3.24: Kết phản ứng PCR 40 giống/dòng lúa với 20 cặp mồi Hình 3.25: Lê Thị Thu Trang vii ĐH Khoa học Tự nhiên - ĐHQGHN Luận văn Thạc sĩ Khoa học Di truyền học AFLP APS AP- PCR CAPs Cs CSGE CTAB DAF DNA dNTPs EDTA EST EthBr ISSR MAS PCR PIC RAPD RFLP SNP SSR STMS STS TAE TEMED VNTR Lê Thị Thu Trang ĐHQGHN viii ĐH Khoa học Tự nhiên - Luận văn Thạc sĩ Khoa học Di truyền học MỞ ĐẦU Lúa (Oryza sativa L.) lương thực chiếm vị trí quan trọng hàng đầu nhiều nước giới trồng chủ đạo nông nghiệp Việt Nam [7,8] Tuy nhiên, lúa lại trồng nhạy cảm với độ mặn Năng suất lúa nhiều khu vực trồng lúa giảm dần mặn làm tổn hại mà nước mặn xâm thực vào nước tưới đất trồng lúa nguyên nhân quan trọng Ước tính diện tích đất bị nhiễm mặn toàn giới lên tới tỷ Chỉ riêng Châu Á khoảng 21,5 triệu đất bị nhiễm mặn (Flower Yeo, 1995) Ở Việt Nam diện tích đất canh tác ngập mặn khoảng 200.000ha [1] Mặt khác tập quán nhu cầu mở rộng canh tác đổi ngành nghề ni trồng thuỷ sản vơ tình làm tăng thêm diện tích đất ngập mặn độ mặn tăng lên khoảng từ 0,3-0,4% chí cịn cao chục lần [14] Hơn nữa, nghề trồng lúa vùng nhiễm mặn phải đối mặn với tác động biến đổi khí hậu Theo báo cáo Chỉ số rủi ro khí hậu tồn cầu năm 2010 tổ chức Germanwatch công bố Đan Mạch Việt Nam 10 quốc gia bị thiệt hại nhiều biến đổi khí hậu gây ra, quốc gia khác là: Bangladesh, Myama, Honduras, Nicaragoa, Haiti, Ấn Độ, Cộng hồ Đơminica, Philippines Trung Quốc Theo kết nghiên cứu dự báo Uỷ ban liên phủ biến đổi khí hậu Liên hiệp quốc (IPPC) Ngân hàng giới vịng 100 năm tới, nước biển dâng 1m, nhiệt độ tăng thêm độ C Nếu nước biển dâng cao 1m vùng đồng sơng Cửu Long có 1,5- triệu đất nơng nghiệp bị ngập nước, cịn vùng đồng sơng Hồng có 1668 km2 đất bị ngập, có khoảng 0,3- 0,5 triệu đất chủ yếu đất lúa bị ngập Trước biến đổi nghiêm trọng đó, trồng giống lúa chống chịu tốt với mức nhiễm mặn cao giải pháp để khắc phục tượng Các biện pháp xây dựng cơng trình thuỷ lợi bao đê ngăn chặn hay bón loại phân hữu vào đất (bón vơi, thạch cao để cải thiện cấu trúc đất, cày sâu cải thiện tính nước tốt nhằm giảm đóng váng mặt đất) thường tốn hiệu không cao Lê Thị Thu Trang ĐH Khoa học Tự nhiên - ĐHQGHN Luận văn Thạc sĩ Khoa học Di truyền học [31] Tuy nhiên phần lớn giống lúa có khả chịu tốt suất lại thấp, tính thích nghi Do đó, hướng lai tạo tập trung vào chuyển gen chống chịu mặn giống lúa chịu mặn tốt số giống lúa mang đặc tính ưu việt suất, chất lượng phát triển Thông thường phải đến 3-4 năm lai tạo để chuyển gen Ngồi ra, khó khăn thường gặp lai tạo giống đơi có mối liên hệ chặt chẽ tính trạng chống chịu mặn với tính trạng xấu, khơng mong muốn thường lai chuyển vào lai lúc Các gen điều khiển tính trạng mong muốn ảnh hưởng xấu đến biểu lai Do lai tạo tính trạng chống chịu mặn kéo dài đến 10- 15 năm để phát triển giống lúa [29] Vì vậy, phương pháp lai tạo truyền thống thường khó, nhiều thời gian khơng hiệu Ngày nay, nhờ tiến công nghệ sinh học nên công tác chọn tạo giống trở lên hiệu Trong đó, ứng dụng thị phân tử RAPD, SSR, RFLP, AFLP nghiên cứu phát triển trở thành công cụ mạnh mẽ để phân tích đa dạng di truyền xác định khác biệt mặt di truyền quần thể giống khởi đầu, từ xác định cặp lai có khoảng cách di truyền phù hợp cho ưu lai cao Việc tiếp cận mức độ phân tử cho phép đánh giá giống bố mẹ cách xác, khơng bị tác động điều kiện ngoại cảnh, rút ngắn thời gian nâng cao hiệu cơng tác lai tạo Vì vậy, tiến hành thực đề tài: “Nghiên cứu đa dạng di truyền nguồn gen liên quan đến tính chịu mặn lúa Việt Nam” với mục tiêu xây dựng sở liệu ADN tính chịu mặn giống/dịng lúa nghiên cứu nhằm góp phần quan trọng cho việc khai thác nguồn gen chịu mặn định hướng cho chọn tạo giống lúa chịu mặn Vi ệt Nam Để đạt mục tiêu đề tài, tiến hành nội dung nghiên cứu sau: Đánh giá khả chịu mặn mẫu giống/dòng lúa nghiên cứu Nhận dạng di truyền mẫu giống/dòng lúa nghiên cứu thị phân tử SSR Lê Thị Thu Trang ĐH Khoa học Tự nhiên - ĐHQGHN Luận văn Thạc sĩ Khoa học Di truyền học Phân tích, đánh giá đa dạng di truyền mẫu giống/dòng lúa thị SSR Kết đề tài góp phần tạo sở khoa học để xây dựng phương pháp đánh giá đa dạng di truyền phân loại nguồn gen liên quan đến tính chịu mặn giống/dịng lúa, hỗ trợ đắc lực cho cơng tác chọn tạo giống lúa chịu mặn có suất cao, chất lượng tốt Lê Thị Thu Trang ĐH Khoa học Tự nhiên - ĐHQGHN Bảng Thành phần môi trường dinh dưỡng YOSHIDA cho lọc mặn Nguyên tố Macronutrient N P K Ca Mg Micronutrient Mn Mo Zn B Cu Fe Phụ lục 2: Kết phân tích ANOVA xử lý mặn BALANCED ANOVA VARIATE V003SONGSOT LN SOURCE OF ============================================================================= MUOI$ GIONG$ MUOI$*GIONG$ * RESIDUAL * TOTAL (CORRECTED) - BALANCED ANOVA VARIATE V004CAOTHAN LN SOURCE OF ============================================================================= MUOI$ GIONG$ MUOI$*GIONG$ * RESIDUAL * TOTAL (CORRECTED) - BALANCED ANOVA VARIATE V005DAIRE LN SOURCE OF ============================================================================= MUOI$ GIONG$ MUOI$*GIONG$ * RESIDUAL * TOTAL (CORRECTED) - BALANCED ANOVA VARIATE V006TLKTHAN LN SOURCE OF ============================================================================= MUOI$ GIONG$ MUOI$*GIONG$ * RESIDUAL * TOTAL (CORRECTED) BALANCED ANOVA VARIATE V007TLKRE LN SOURCE OF ============================================================================= MUOI$ GIONG$ MUOI$*GIONG$ * RESIDUAL * TOTAL (CORRECTED) - TABLE OF MEANS FOR FACTORIAL MEANS FOREFFECT MUOI$ M1 NOS 120 M2 120 SE(N= 120) 0.126929 0.332645E-01 0.139498E-01 0.147087E-01 0.166473E-01 5%LSD 160DF 0.354463 0.928950E-01 0.389563E-01 0.410758E-01 0.464893E-01 - MEANS FOR EFFECT GIONG$ GIONG$ G1 G2 G3 G4 G5 G6 G7 G8 G9 G10 G11 G12 G13 G14 G15 G16 G17 G18 G19 G20 G21 G22 G23 G24 G25 G26 G27 G28 G29 G30 G31 G32 G33 G34 G35 G36 G37 G38 G39 G40 SE(N= 5%LSD - 6) 160DF MEANS FOR EFFECT MUOI$*GIONG$ MUOI$ M1 M1 M1 M1 M1 M1 M1 M1 M1 M1 M1 M1 M1 M1 M1 M1 M1 M1 M1 M1 M1 M1 M1 M1 M1 M1 M1 M1 M1 M1 M1 M1 M1 M1 M1 M1 M1 M1 M1 M1 M2 M2 M2 M2 M2 M2 M2 GIONG$ G1 G G3 G4 G5 G6 G7 G8 G9 G10 G11 G12 G13 G14 G15 G16 G17 G18 G19 G20 G21 G22 G23 G24 G25 G26 G27 G28 G29 G30 G31 G32 G33 G34 G35 G36 G37 G38 G39 G40 G1 G2 G3 G4 G5 G6 G7 M2 G8 M2 M2 M2 M2 M2 M2 M2 M2 M2 M2 M2 M2 M2 M2 M2 M2 M2 M2 M2 M2 M2 M2 M2 M2 M2 M2 M2 M2 M2 M2 M2 G9 G10 G11 G12 G13 G14 G15 G16 G17 G18 G19 G20 G21 G22 G23 G24 G25 G26 G27 G28 G29 G30 G31 G32 G33 G34 G35 G36 G37 G38 G39 M2 G40 SE(N= 3) 5%LSD 160DF ANALYSIS OFVARIANCESUMMARYTABLEFILEXLMAN On NepCuc HomRau1 Phụ lục 3: Ma trận hệ số tương đồng 40 giống/dòng lúa On 1.00 NepCuc 0.89 1.00 HomRau1 0.81 0.87 BauHaiPhong 0.83 0.79 NuocMan 0.83 0.80 HauTrang 0.82 0.81 LuaVenDang1 0.83 0.83 TeCham 0.83 0.82 QuangTrang 0.83 0.83 VenDo 0.82 0.79 NuocManDang1 0.87 0.83 ChanhTrui 0.79 0.81 LuaDo 0.78 0.76 LuaCham Pokkali 0.82 0.78 0.86 0.79 Cuomdang2 0.87 0.80 ChiemRong 0.81 0.78 TamThom 0.80 0.77 LuaNgoi 0.79 0.83 NepQuan 0.76 0.82 NepCuc On Manhgie 0.83 0.77 IR28 0.83 0.81 HomRau2 0.78 0.81 CM6 0.81 0.77 Q5 0.81 0.78 P4 0.80 0.76 P6 0.78 0.77 AC5 0.79 0.76 NghiHuong 0.80 0.78 TamDu 0.78 0.77 KhangDan18 0.78 0.79 LuaSuDang1 0.80 0.80 CuomDang1 0.77 0.77 LuaChamBien 0.78 0.76 NgoiTia 0.79 0.75 ReTrang 0.81 0.76 IR352 0.78 0.77 ChiemCu 0.81 0.79 TeTep 0.81 0.76 NepChan 0.82 0.76 HomRau2 IR28 Manhgie Manhgie 1.00 IR28 0.84 1.00 HomRau2 0.81 0.85 CM6 0.86 0.83 Q5 0.85 0.81 P4 0.78 0.77 P6 0.78 0.78 AC5 0.78 0.81 NghiHuong 0.82 0.84 TamDu 0.82 0.80 KhangDan18 0.78 0.79 LuaSuDang1 0.78 0.78 CuomDang1 0.78 0.80 LuaChamBien 0.81 0.82 NgoiTia 0.80 0.81 ReTrang 0.80 0.81 IR352 0.82 0.83 ChiemCu TeTep 0.80 0.81 0.81 0.82 NepChan 0.75 0.80 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 QuangTrang TeCham LuaVenDang1 HauTrang NuocMan HomRau1 NepCuc On 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 BauHaiPhong Phụ lục 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 ... tựu nghiên cứu đa dạng di truyền lúa 28 1.7.1 Nghiên cứu đa dạng di truyền lúa thị hình thái 28 1.7.2 Nghiên cứu đa dạng di truyền lúa thị hoá sinh 29 1.7.3 Nghiên cứu đa dạng di truyền. .. thực đề tài: ? ?Nghiên cứu đa dạng di truyền nguồn gen liên quan đến tính chịu mặn lúa Việt Nam? ?? với mục tiêu xây dựng sở liệu ADN tính chịu mặn giống/dịng lúa nghiên cứu nhằm góp phần quan trọng... học Di truyền học 1.3.2 Di truyền tính chịu mặn Nghiên cứu di truyền tính kháng mặn lúa cho thấy điều khiển nhiều gen muốn chọn tạo giống lúa chịu mặn có hiệu quả, cần phải nghiên cứu sâu chế di