Nghiên cứu di truyền hàm lượng protein cao ở lúa

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - NGUYỄN THỊ THU HƯƠNG NGHIÊN CỨU DI TRUYỀN HÀM LƯỢNG PROTEIN CAO Ở LÚA LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội – 2011 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - NGUYỄN THỊ THU HƯƠNG NGHIÊN CỨU DI TRUYỀN HÀM LƯỢNG PROTEIN CAO Ở LÚA Chuyên ngành: Di truyền học Mã số: LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS LÃ TUẤN NGHĨA Hà Nội - 2011 Luận văn thạc sĩ khoa học MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN Danh mục hình ảnh , bảng biểu Danh mục từ viết tắt ĐẶT VẤN ĐỀ CHƢƠNG TỔNG QUAN TÀI LỆU 1.1 Chất lƣợng lúa gạo thị trƣờng lúa gạo 1.1.1 Phẩm chất xay chà 1.1.2 Phẩm chất cơm 1.1.3 Lúa gạo thực phẩm toàn cầu 1.1.4 Các loại lúa gạo thị trƣờng 1.2 Chất lƣợng dinh dƣỡng lúa gạo 1.2.1 Hàm lƣợng Protein lúa gạo 1.2.2 Ảnh hƣởng yếu tố giống đến hàm lƣợng Protein 1.2.3 Ảnh hƣởng phân bón đến hàm lƣợng Protein 1.2.4 Ảnh hƣởng điều kiện ngoại cảnh đến đời sống lúa 1.3 Nghiên cứu di truyền số lƣợng liên quan đến hàm lƣợng Protein hạt lúa 1.3.1 Gen qui định hàm lƣợng Protein lúa 1.3.2 Hiệu gen qui định tính trạng hàm lƣợng Protein lúa 1.3.3 Tính trạng GPC ( Grain Protein Conten) lúa 1.4 Chỉ thị phân tử ứng dụng nghiên cứu di truyền hàm lƣợng Protein lúa 1.4.1 Chỉ thị phân tử 1.4.1.1 Chỉ thị RAPD 1.4.1.2 Chỉ thị AFLP 1.4.1.3 Chỉ thị SSR 1.4.2 Ứng dụng thị phân tử nghiên cứu chất lƣợng 1.4.2.1 Bản đồ di truyền tính trở hồ 1.4.2.2 Bản đồ di truyền hàm lƣợng Amylose Nguyễn Thị Thu Hương -2- Luận văn thạc sĩ khoa học 1.4.2.3 Bản đồ di truyền hàm lƣợng protein 1.4.2.4 Bản đồ di truyền tính trạng mùi thơm 1.5.Một số kết nghiên cứu di truyền hàm lƣợng protein CHƢƠNG 2: VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Vật liệu nghiên cứu 2.2 Phƣơng pháp nghiên cứu 2.2.1 Xác định hàm lƣợng Protein thành phần acid amine hạt gạo 2.2.2 Đánh giá liện quan mức độ phân tử bố, mẹ lai 2.2.3 Phƣơng pháp nghiên cứu di truyền số lƣợng liên quan đến hàm lƣợng Protein lúa CHƢƠNG KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 3.1 Acid amine Protein bố mẹ lai 3.2 Sự liên quan di truyền mức độ phân tử bố, mẹ lai 3.3 Nghiên cứu di truyền số lƣợng liên quan đến hàm lƣợng Protein cao lúa 3.3.1 Phân tích hiệu gen tham gia qui định hàm lƣợng Protein lúa 3.3.2 Phân tích tham số di truyền tính trạng GPC 3.3.3 Các kiểu tác động gen lên hàm lƣợng Protein hạt lúa Tƣơng quan số biểu hình thái với hàm lƣợng Protein hạt lúa 3.5 Tƣơng quan số tính trạng chất lƣợng khác với hàm lƣợng Protein hạt lúa 3.6 Xác định số chọn lọc chọn tạo giống lúa có hàm lƣơng Protein cao KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ Kết luận Đề nghị TÀI LIỆU THAM KHẢO A Tài liệu Tiếng Việt B Tài liệu Tiếng Anh Nguyễn Thị Thu Hương -3- Luận văn thạc sĩ khoa học DANH MỤC HÌNH ẢNH, BẢNG BIỂU Hình Hình ảnh nhận dạng ADN mồi SSR 2.2 Cấu trúc hình thể tƣơng đồng di truyền giống lúa 3.1 Hình ảnh ADN bố mẹ lai sử dụng thị SSR(locus RM 5625) 3.2 Hình ảnh ADN bố mẹ lai sử dụng thị SSR (locus RM 4499) 3.3 Hình ảnh ADN bố mẹ lai sử dụng thị SSR (locus RM 6836) Bảng 35 2.1 Danh sách mồi SSR 2.2 Môṭsốđăcc̣ tinh́ nông hocc̣ giống lúa sƣƣ̉ dungc̣ nghiên cƣ́u 37 Hệ số tƣơng đồng di truyền giống lúa bố mẹ 39 Các tổ hợp lai giống lúa sử dụng nghiên cứu 40 3.1 Thành phần hàm lƣợng acid amine protein giống bố, mẹ 51 hạt F2 (% so với protein) 3.2 Ma trận tƣơng đồng giống lúa đem phân tích sử dụng SSR 52 3.3 Hàm lƣợng protein biến động qua hệ tố hợp lai 56 3.4 Mức độ trội gen qui định hàm lƣợng Protein cao giống lúa 58 3.5 Phƣơng sai thành phần quần thể bố, mẹ F2 59 3.6 Phƣơng sai chung quần thể bố, mẹ F2 60 3.7 Phân tích phƣơng sai nhân tố 62 3.8 Phƣơng sai hai nhân tố ( chiều cao cây, thời gian sinh trƣởng) 63 ảnh hƣởng tới hàm lƣợng Protein 3.9 Bảng phân tích phƣơng sai ba nhân tố (chiều cao, thời gian sinh 64 trƣởng, trọng lƣơng 1000 hạt) ảnh hƣởng tới hàm lƣợng Protein 3.10 Hàm lƣợng Protein biến động di truyền hệ 66 3.11 Thiết lập hệ số di truyền tổ hợp lai 67 3.12 Một vài tính trạng nơng học lúa F2 bố, mẹ 70 Nguyễn Thị Thu Hương -4- Luận văn thạc sĩ khoa học 3.13 Hệ số tƣơng quan Protein vài đặc điểm hình thái 3.14 Hàm lƣợng Protein tổng số vài dòng/giống lúa n 3.15 Hệ số tƣơng quan hàm lƣợng Protein Amylose tổng số 3.16 Hệ số tƣơng quan hàm lƣợng Protein Amylose tổng số lai F1 3.17 Hệ số tƣơng quan hàm lƣợng Protein Amylose tổng số lai F2 3.18 Hệ số tƣơng quan hàm lƣợng Protein Amylose tổng số lai BC1 F1 3.19 Tiêu chuẩn chọn lọc, tính trạng giống tham gia thí nghi 3.20 Tiêu chuẩn chọn lọc, tính trạng giống tham gia thí nghi 3.21.Chỉ số chọn lọc giống phù hợp với mục tiêu chọn lọc 3.22 Nguyễn Thị Thu Hương Chỉ số chọn lọc giống phù hợp với mục tiêu chọn lọc -5- Luận văn thạc sĩ khoa học AE AFLP BC Bp Cs., CTAB dNTP EDTA GPC Kb MAS QTLs RAPD RFLP TBE TE Nguyễn Thị Thu Hương -6- Luận văn thạc sĩ khoa học ́ ĐẶT VÂN ĐÊ Tính cấp thiết ý nghĩa đề tài: ̀ Lúa gạo loại lƣơng thực quan trọng giới nói chung Việt Nam nói riêng Lúa gạo đƣợc trồng rộng khắp 112 nƣớc giới; nguồn cung cấp lƣơng thực chủ yếu 54% dân số giới (Nguyễn Minh Công cs., 2004) Ở số nƣớc nhƣ Ấn Độ, Trung Quốc, Indonesia, Nhật Bản, Việt Nam, lúa gạo lƣơng thực Về mặt diện tích gieo trồng, lúa gạo lƣơng thực có diện tích lớn thứ hai đứng sau lúa mì; Về sản lƣợng hàng năm, lúa gạo đứng thứ ba sau lúa mì ngơ (Nguyễn Minh Cơng cs., 2004) Về giá trị kinh tế, lúa gạo nguồn thu nhập nơng dân nhiều nơi giới mặt hàng xuất quan trọng số quốc gia có Việt Nam (hàng năm Việt Nam xuất khoảng 4,5 triệu gạo sang thị trƣờng khác giới) Vì việc đầu tƣ nghiên cứu nhằm nâng cao suất,chất lƣợng lúa gạo Việt Nam đƣợc Chính phủ quan tâm,đặc biệt chất lƣợng gạo xuất vấn đề thách thức nhà chọn giống nhiều năm qua Ở Việt Nam năm gần đây,việc chọn tạo giống lúa đƣợc đẩy mạnh, nhiều giống lúa suất, chất lƣợng đƣợc tạo chuyển giao vào sản xuất Tuy nhiên ,về chất lƣợng gạo nói chung chƣa đƣợc cải thiện rõ rệt Để đánh giá chất lƣợng dinh dƣỡng lúa gạo có nhiều tiêu khác nhau, tiêu quan trọng hàm lƣợng Protein hạt gạo Protein lànguồn cung cấp dinh dƣỡng vànăng lƣơngc̣ chủ yếu hàng ngày ; Là loại hợp chất hữu quan trọng vàkhông thể thiếu mỗi thể sống ; cung cấp từ 10 đến 15% lƣợng sống giúp thể sinh trƣởng phát triển tốt Theo tính tốn, thể trƣởng thành nam giới lƣợng protein thiết yếu mỗi ngày cần khoảng 55,5g phụ nữ 45g So với loại trồng khác nuôi sống ngƣời, lúa loại trồng có hàm lƣợng protein thấp (6-12%) Ở Việt Nam , cac giống lua đƣơcc̣ trồng va sƣ dungc̣ phổbiến Khang dân ́ CR203.v.v lại giống lúa co ham lƣơngc̣ protein mức thấp đạt khoảng 7% (các giống đƣợc cho có hàm lƣợng protein cao có hàm lƣợng Nguyễn Thị Thu Hương Luận văn thạc sĩ khoa học trung bình đạt từ đến 10%) (Vũ Tun Hồng cs., 2005).Vì việc “Nghiên cứu di truyền hàm lƣợng protein cao lúa” việc làm cần thiết góp phần cung cấp thơng tin,cơ sở liệu phục vụ cho việc tuyển chọn vật liệu lai tạo nhằm chọn giống lúa chất lƣợng cao phục vụ sản xuất Mục tiêu nghiên cứu: -Phân tích xác định đƣợc di truyền hàm lƣợng protein hạt lúa - Phân tích hiệu gen tham gia qui định hàm lƣợng protein lúa -Phân tích tham số di truyền tính trạng GPC số giống lúa trồng Việt Nam -Xác định số chọn lọc chọn giống lúa có hàm lƣợng protein caonhằm định hƣớng chọn giống lúa chất lƣợng gạo tốt phục vụ sản xuất Nội dung nghiên cứu đề tài: Nội dung 1: Phân tích thành phần hàm lƣợng acid amin protein bố mẹ lai Nội dung : Đánh giásƣ lc̣ iên quan di truyền ởmƣ́c đô pc̣ hân tƣƣ̉ giƣƣ̃a bốme c̣vàcon lai Nội dung : Nghiên cƣ́u di truyền sốlƣơngc̣ liên quan đến hàm lƣơngc̣ protein cao ởlúa Nội dung : Nghiên cứu tƣơng quan số biểu hinh thái với hàm lƣợng protein hạt lúa Nội dung : Nghiên cứu tƣơng quan giƣƣ̃a môṭsốtinh́ trangc̣ chất lƣơngc̣ khác với hàm lƣơngc̣ protein hạt lúa Nội dung : Xác định số chọn lọc chọn giống lúa có hàm lƣợng protein cao Phạm vi nghiên cứu Nghiên cứu giống lúa:Khang dân 18, Q5, P1, P4, P6, P290, AC5 quần thể lai F1, F2, BC Thời gian nghiên cứu: năm Nguyễn Thị Thu Hương -8- Luận văn thạc sĩ khoa học Chƣơng TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 CHẤT LƢỢNG LÚA GẠO VÀ THỊ TRƢỜNG LÚA GẠO Lúa gạo (Oryza sativa L.) lƣơng thực quan trọng bữa ăn hàng ngày nhiều dân tộc giới Ở Châu Á, lúa gạo nguồn cung cấp calor chủ yếu, đóng góp 56,2% lƣợng 42,9% lƣợng protein hàng ngày thể sống Đối với ngƣời nghèo, lúa gạo đặc biệt quan trọng 70% lƣợng lƣợng protein thể hàng ngày lấy từ bữa ăn (Flinn cs., 1985) Chất lƣợng lúa gạo khái niệm quan trọng gây nhiều tranh cãi nội dung tiêu chuẩn đánh giá cụ thể Do khái niệm chất lƣợng liên quan đến nhiều yếu tố: độ ẩm, độ hạt, tỷ lệ gạo gẫy, hình dạng hạt, chiều dài hạt, chiều rộng hạt, Mỗi quốc gia khác lại có tiêu chuẩn đánh giá hệ thống kiểm tra chất lƣợng riêng biệt hệ thống đánh giá Các tiêu chuẩn đánh giá thƣờng không thống quốc gia (Vũ Tuyên Hoàng cs., 2005) Tuy nhiên, tùy theo truyền thống ẩm thực thu nhập quốc gia, phận dân cƣ khác mà yêu cầu chất lƣợng lúa gạo khác (Vũ Tuyên Hoàng cs., 2005) Theo nghiên cứu Kaosa Juliano (1990) cho thấy: thị trƣờng Hồng Kông loại gạo hạt dài, tỉ lệ gạo nguyên cao, cơm mềm đƣợc bán với giá cao Tại Rome (Italia) loại gạo Japonica lại đƣợc ƣa chuộng Trái lại khách hàng khu vực Tây Á lại ƣa chuộng gạo đục cứng cơm Ngƣời Nhật Bản lại ƣa chuộng hạt gạo tròn, mềm ƣớt, thật trắng khơng có mùi thơm; ngƣời Thái Lan lại thích hạt gạo dài cơm khơ Những nơi mà gạo đóng vai trò nguồn lƣơng thực thứ yếu nhƣ Châu Âu, nhu cầu lại chủ yếu loại gạo có chất lƣợng cao: gạo 5-10% đƣợc tiêu thụ Tây Âu, gạo 10-13% đƣợc tiêu thụ nhiều nƣớc Đông Âu Các loại gạo hạt dài, chất lƣợng trung bình chủ yếu đƣợc xuất từ nƣớc Thái Lan, Miến Điện, Trung Quốc Việt Nam; loại gạo thƣờng có tỷ lệ từ Nguyễn Thị Thu Hương -9- Luận văn thạc sĩ khoa học Điều giúp ta kết luận: Giữa hàm lƣợng amylose tổng số hàm lƣợng protein tổng số có mối quan hệ tuyến tính nghịch (mối quan hệ chặt), hàm lƣợng protein hạt tăng lên hàm lƣợng amylose hạt giảm */ Thế hệ F1 Bảng 3.16 Hệ số tương quan hàm lượng protein và amylose tổng số lai F1 Hàm lƣợng Protein Hàm lƣợng Amylose Qua bảng 3.16 ta thấy hệ số tƣơng quan hàm lƣợng protein hàm lƣợng amylose nghịch biến (hệ số tƣơng quan là: -0.126817) Trị tuyệt đối giá trị tƣơng quan (bảng 3.16) F crit (1.778927)), Hàm lƣợng protein thời gian sinh trƣởng, chiều cao cây, có mối tƣơng quan đồng biến (Hệ số tƣơng quan tƣơng ứng là: 0.557957, 0.084649, >0) Hàm lƣợng protein với khối lƣợng 1000 hạt, chiều dài, rộng địng có mối tƣơng quan nghịch biến (hệ số tƣơng quan tƣơng ứng là: - Nguyễn Thị Thu Hương 79 Luận văn thạc sĩ khoa học 0.468259, -0.70611, -0.56156