Đánh giá đa dạng di truyền tập đoàn lúa mùa nổi bằng chỉ thị SSR

Với mục tiêu đánh giá nguồn gen của quần thể lúa mùa nổi hiện nay để phục vụ cho các kế hoạch lai tạo và chọn lọc trong thời gian tới, nghiên cứu được thực hiện nhằm đánh giá đa dạng di truyền của 46 dòng lúa mùa nổi bằng 20 chỉ thị phân tử SSR. Kết quả đánh giá được phân nhóm bằng phương pháp UPGMA cho thấy quần thể lúa mùa nổi có độ đa dạng với mức khác biệt di truyền nhỏ hơn 30%. Qua đó đã phân nhóm di truyền quần thể lúa mùa trong nghiên cứu thành 4 nhóm lớn với khác biệt di truyền tổng thể giữa các nhóm là 27%. Kết quả nghiên cứu có thể ứng dụng cho mục đích bảo tồn và lai tạo.

Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Nơng nghiệp Việt Nam - Số 3(112)/2020 ĐÁNH GIÁ ĐA DẠNG DI TRUYỀN TẬP ĐOÀN LÚA MÙA NỔI BẰNG CHỈ THỊ SSR Nguyễn hị hanh Xuân1, Nguyễn Chí hành1,2, Phạm Văn Quang1, Lê Hữu Phước1, Lê hanh Phong1 TÓM TẮT Lúa mùa quần thể lúa phát triển điền kiện nước tồn thời gian dài vùng tứ giác Long Xuyên Tuy nhiên, lúa mùa bị suy thoái nguồn gen dần chuyển đổi điều kiện canh tác Với mục tiêu đánh giá nguồn gen quần thể lúa mùa để phục vụ cho kế hoạch lai tạo chọn lọc thời gian tới, nghiên cứu thực nhằm đánh giá đa dạng di truyền 46 dòng lúa mùa 20 thị phân tử SSR Kết đánh giá phân nhóm phương pháp UPGMA cho thấy quần thể lúa mùa có độ đa dạng với mức khác biệt di truyền nhỏ 30% Qua phân nhóm di truyền quần thể lúa mùa nghiên cứu thành nhóm lớn với khác biệt di truyền tổng thể nhóm 27% Kết nghiên cứu ứng dụng cho mục đích bảo tồn lai tạo Từ khóa: Lúa mùa nổi, đa dạng, SSR, An Giang I ĐẶT VẤN ĐỀ II VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Kể từ cách mạng xanh vào thập niên 1960, hầu hết chương trình lai tạo lúa tập trung vào việc phát triển giống lúa có suất cao vài tính trạng phẩm chất Các giống lúa đặc sản địa phương mang nhiều gen quý có suất thấp khơng ưu tiên đưa vào sản xuất Chính điều dẫn đến thu hẹp mặt đa dạng di truyền, có nhiều giống lúa chất lượng địa phương khơng cịn sản xuất, chí bị nguồn gen (Khuất Hữu Trung ctv., 2012) Hướng đến sản xuất nông nghiệp bền vững, vai trị việc lai tạo giống lúa có mang đặc tính chống chịu tốt với mơi trường trở nên quan trọng hế nhưng, phần lớn tính trạng phân bố dịng/ giống lúa mùa địa phương dần bị biến bị loại bỏ suy thoái trình canh tác (Nguyễn hị Phương Đồi ctv., 2010) Công việc sưu tầm, đánh giá, bảo tồn tiến tới xây dựng chiến lược sử dụng nguồn vật liệu lúa địa phương trở thành yêu cầu công tác chọn tạo giống lúa Bên cạnh đó, ứng dụng kỹ thuật công nghệ sinh học nghiên cứu đánh giá dựa kiểu gen dòng, giống lúa địa phương nhằm cải tiến thúc đẩy trình chọn tạo giống lúa phù hợp với yêu cầu sản xuất tiêu dùng đẩy mạnh giới mang lại nhiều hiệu thiết thực (Lin et al.,, 2012) Vì vậy, đánh giá đa dạng di truyền nguồn vật liệu lúa mùa địa phương An Giang phục vụ mục tiêu bảo tồn, sử dụng phát triển quần thể thích hợp cho sản xuất thực 2.1 Vật liệu nghiên cứu Bốn mươi bốn dòng lúa mùa sưu tầm hai huyện Chợ Mới Tri Tôn tỉnh An Giang giống lúa mùa nhận từ Ngân hàng gen Quốc gia Trung tâm Tài nguyên thực vật Nàng Pha Tây Bơng Sen Ký hiệu dịng lúa: T_QS01, T_QS02, T_QS04, T_QS05, T_QS06, T_QS08, T_QS09, T_QS14, T_QS19, T_QS21, T_QS22, T_QS23, T_QS24, T_QS26, T_QS28, T_QS29, T_QS31, T_QS33, T_QS36, T_QS41, T_QS45, T_QS46, T_QS49, T_QS51, T_QS64, T_QS70, T_QS76, T_QS84, T_QS92, T_QS102, T_QS103, T_QS104, T_QS109, T_QS110, T_QS120, T_QS126, T_QS130, T_QS132, T_QS143, T_QS148, T_QS149, T_QS154, T_QS156, T_QS158, Tây Bông Sen, Nàng Pha Bộ thị phân tử: 23 thị phân tử SSR : 4005-6, ASA, HvSSR02-14, HvSSR02-80, HvSSR07-44, HvSSR09-07, HvSSR12-11, JGT 07-22-8, JGT 11-16-3, R4M13, RM1, RM163, RM19, RM204, RM206, RM21, RM212, RM253, RM307, RM3252, RM333, RM337 RM3586 (bảng 1) 2.2 Phương pháp nghiên cứu 2.2.1 Phương pháp ly trích DNA, PCR, điện di sản phẩm phân tích kết PCR Các mẫu lúa mùa chuẩn bị cách ngâm ủ cho mọc mầm trồng đĩa petri ngày, thu mẫu để ly trích DNA Quy trình phương pháp ly trích DNA từ lúa non thực bước theo Lin cộng tác viên (2012) 2.2.2 Phân tích số di truyền thị nghiên cứu Các số di truyền khác tính Trường Đại học An Giang, Đại học Quốc gia hành phố Hồ Chí Minh; 2 Tập đồn Lộc Trời 59 Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Nơng nghiệp Việt Nam - Số 3(112)/2020 chương trình R với gói ứng dụng poppr, ggplot2, treemap, mmod, phần mềm Arlequin 3.5, phần mềm GenAlEx 6.5 (Excoier et al., 2005; Excoier & Lischer, 2015; Glaubitz, 2004; Grünwald et al., 2015; Peakall & Smouse, 2006, 2012) 2.2.3 Phân tích cấu trúc di truyền quần thể Phân tích ANOVA, thành phần phối hợp yếu (Principal Coordinates Analysis - PCoA), số di truyền quần thể phân bố định luật Hardy-Weinberg tính chương trình R với gói ứng dụng poppr, ggplot2, treemap, mmod (Glaubitz, 2004; Grünwald et al., 2015) 2.2.4 Phương pháp phân nhóm đa dạng di truyền Chỉ số khoảng cách di truyền Bruvo phân nhóm di truyền UPGMA, phân nhóm k-means thực tính chương trình R với gói ứng dụng poppr, ggplot2, treemap, mmod (Everhart et al., 2016; Grünwald et al., 2015) Bảng Chi tiết 23 thị sử dụng nghiên cứu Tên Mồi xuôi 5’-3’ Mồi ngược 3’-5’ Marker 4005-6 TTAGCTACAGTTGCCGTGACCGC CACTGGAGATAAATGCTTCACAGC ASA TTGTTTGGAGCTTGCTGATG AGTGCTTTACAAAGTCCCGC HvSSR02-14 CTTTGAGATTGATCGAGAGG ACGGAATGAGCAGTATCTGT HvSSR02-80 TGATGGATATAGAGCGACCT AATATGTTTCATCAAACCCG HvSSR07-44 HvSSR09-07 HvSSR12-11 JGT 07-22-8 JGT 11-16-3 ACAGCTGTAGAGGATGAGGA CATCTCAGCAAACAAGAACA TT GGTATT GTTATGT GCAGG TGGCGATCTAGGAGCGTCTGT GGCGGCGTATTAGCGTTGTA TCCCTAATTCGAATCACAAC GTAAAGACTCCAGCTTTCTCC AAAGCCAACCATGTTTATTG TGTAAACATTTCAAAAGGGCACTAA AGGTTCTAGCCCATGTTAAATCTTCT 10 R4M13 TACACGGTAGACATCCAACA ATGATTTAACCGTAGATTGG 11 12 13 14 15 16 17 18 RM1 RM163 RM19 RM204 RM206 RM21 RM212 RM253 GCGAAAACACAATGCAAAAA ATCCATGTGCGCCTTTATGAGGA CAAAAACAGAGCAGATGAC GTGACTGACTTGGTCATAGGG  CCCATGCGTTTAACTATTCT ACAGTATTCCGTAGGCACGG CCACTTTCAGCTACTACCAG TCCTTCAAGAGTGCAAAACC GCGTTGGTTGGACCTGAC CGCTACCTCCTTCACTTACTAGT CTCAAGATGGACGCCAAGA GCTAGCCATGCTCTCGTACC CGTTCCATCGATCCGTATGG GCTCCATGAGGGTGGTAGAG CACCCATTTGTCTCTCATTATG GCATTGTCATGTCGAAGCC 19 RM307 GTACTACCGACCTACCGTTCAC CTGCTATGCATGAACTGCTC 20 21 22 23 RM3252 RM333 RM337 RM3586 GGTAACTTTGTTCCCATGCC GTACGACTACGAGTGTCACCAA GTAGGAAAGGAAGGGCAGAG GAAGAGAGAGCCAGAGCCAG GGTCAATCATGCATGCAAGC GTCTTCGCGATCACTCGC CGATAGATAGCTAGATGTGGCC ACACGATCGAGCTAGAAGACG STT 2.3 hời gian địa điểm nghiên cứu Nghiên cứu thực từ tháng đến tháng năm 2017, Trung tâm Nghiên cứu Định hành, thuộc tập đoàn Lộc Trời III KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Phân tích di truyền thị nghiên cứu Có thị HvSSR02-80, R4M13 RM307 60 Chr To 8 55 58 56 58 12 11 60 58 55 55 58 55 12 11 11 55 55 55 55 55 55 55 55 55 10 55 55 55 55 Size Alleles 548 - 659 400 - 448 272 - 362 Khơng có sản phẩm 279 - 331 263 - 345 400 - 468 167 - 201 155 - 182 Không có sản phẩm 100 - 153 169 - 202 225 - 300 169 - 178 176 - 229 155 - 204 147 - 164 169 - 179 Khơng có sản phẩm 180 - 258 179 - 400 180 - 180 142 - 200 không cho kết sản phẩm PCR với quần thể nghiên cứu nên bị loại bỏ Với 20 thị cịn lại, kết phân tích trình bày bảng Các số đánh giá độ đa dạng thị quần thể kết phân tích cho thấy có biến động lớn thị mức độ đa dạng từ thấp thị RM253 với số thông tin Shannon: 0,36 (I), độ đa dạng dị hợp tử: 0,21 (He), độ đa dạng dị hợp tử điều chỉnh là: 0,21 (uHe) số Simpson: Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Nơng nghiệp Việt Nam - Số 3(112)/2020 0,21 (1-D) Trên số đánh giá đa dạng thị HvSSR02-14 cho giá trị lớn với số truyền 1,50 cho số Shannon 0,76 cho số cịn lại Giá trị trung bình số theo thứ tự là 0,91; 0,53; 0,54 0,53 Kết phân nhóm di truyền quần thể lúa mùa nghiên cứu tiến hành với số đo khoảng di truyền Bruvo thực phân nhóm theo phương pháp UPGMA với hệ số bootstrap 1000 Kết phân nhóm di truyền quần thể lúa mùa nghiên cứu (hình 1) chia quần thể thành bốn nhóm lớn Trong đó, nhóm III có số lượng dịng (2 dịng lúa Tây Bơng Sen T_QS158) nhóm IV nhóm lớn với 30 dịng lúa Các nhóm có cách biệt di truyền từ đến 0,27 Biểu đồ cho thấy nhóm IV chia thành nhóm nhỏ ký hiệu IV.1 đến IV.5 có cách biệt di truyền từ đến 0,23 Trong đó, khác biệt di truyền nhóm I với nhóm cịn lại lớn đến 27% Bản thân hai nhóm phụ nhóm I có khác biệt di truyền khoảng 12% Tiếp theo nhóm II, nhóm có giống lúa đối chứng Nàng Pha, với khác biệt di truyền nhóm từ 6% đến 24% Nhóm II chia thành hai nhóm phụ với khác biệt di truyền mức 20% Nhóm III nhóm có số cá thể (2 dịng lúa) có chứa giống lúa đối chứng Tây Bơng Sen dịng T_QS158 có mức khác biệt di truyền 22% Cuối nhóm IV có mức cách biệt di truyền dịng lúa từ 0,08 đến 0,26 Hai nhóm III IV có khoảng cách di truyền khơng lớn khoảng 0,01 Đánh giá kết phân nhóm phương pháp ANOVA dùng phương pháp PCoA phân tích kết phân nhóm cho kết biến động nhóm chiếm 21,94% số nguồn biến động (Bảng 3) 3.2 Phân tích cấu trúc di truyền quần thể Bảng Tóm tắt kết phân tích 20 thị sử dụng nghiên cứu STT Locus 4005-6 ASA HVSSR02-14 HvSSR07-44 HvSSR09-07 HvSSR12-11 JGT 07-22-8 JGT 11-16-3 RM1 10 RM19 11 RM21 12 RM163 13 RM204 14 RM206 15 RM212 16 RM253 17 RM333 18 RM337 19 RM3252 20 RM3586 Trung bình SE SD N 41 43 45 46 45 35 45 45 42 44 35 43 46 44 45 43 43 46 39 45 43 0,71 3,26 Na 3 3 4 3 2 3,2 0,21 0,95 Ne 1,81 2,00 4,10 2,84 2,60 2,98 2,09 2,15 3,28 2,70 2,76 2,19 1,94 1,74 1,36 1,26 2,52 1,27 3,43 2,12 2,36 0,16 0,75 Ho 0,00 0,00 0,07 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,02 0,00 0,63 0,16 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,24 0,05 0,00 0,06 0,03 0,15 He 0,45 0,50 0,76 0,65 0,62 0,66 0,52 0,54 0,70 0,63 0,64 0,54 0,48 0,42 0,26 0,21 0,60 0,21 0,71 0,53 0,53 0,03 0,16 uHe 0,45 0,51 0,76 0,65 0,62 0,67 0,53 0,54 0,70 0,64 0,65 0,55 0,49 0,43 0,27 0,21 0,61 0,21 0,72 0,53 0,54 0,03 0,16 I 0,71 0,69 1,50 1,07 1,01 1,21 0,89 0,87 1,27 1,10 1,05 0,91 0,68 0,74 0,43 0,36 1,05 0,37 1,35 0,96 0,91 0,07 0,31 F 1,00 1,00 0,91 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 0,97 1,00 0,01 0,70 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 -0,14 0,93 1,00 0,87 0,07 0,33 PIC 0,37 0,37 0,72 0,57 0,53 0,61 0,47 0,45 0,64 0,56 0,56 0,47 0,37 0,38 0,23 0,18 0,53 0,19 0,66 0,48 0,47 0,03 0,15 1-D Evenness 0,45 0,78 0,50 1,00 0,76 0,89 0,65 0,96 0,62 0,91 0,66 0,84 0,52 0,75 0,54 0,84 0,70 0,89 0,63 0,84 0,64 0,94 0,54 0,80 0,48 0,97 0,42 0,67 0,26 0,66 0,21 0,60 0,60 0,82 0,21 0,60 0,71 0,85 0,53 0,69 0,53 0,82 0,03 0,03 0,16 0,12 Ghi chú: N: Số lượng băng điện di thu được, Na: Số allele locus, Ne: biểu thị số lượng allele cần thiết để đạt mức độ đa dạng gen định, I: Chỉ số thông tin Shannon, Ho: tỷ lệ giao tử dị hợp, He: Độ đa dạng dị hợp tử, uHe: Độ đa dạng dị hợp tử điều chỉnh, Evenness: Độ đồng allele hay phân bố allele quần thể, F: Chỉ số cố định, 1-D: Chỉ số đa dạng Simpson, PIC: Chỉ số đa hình PIC 61 Tạp chí Khoa học Công nghệ Nông nghiệp Việt Nam - Số 3(112)/2020 Phân nhóm di truy n theo UPGMA ch s kho ng cách di truy n Bruvo Bảng Kết biến động thành phần hiệp phương sai phân nhóm quần thể thu phương pháp UPGMA Biến động Biến động nhóm Biến động mẫu nhóm Biến động mẫu Biến động tổng Hình Biểu đồ phân nhóm di truyền quần thể theo UPGMA Kết phân nhóm theo phương pháp UPGMA tính biểu đồ PCoA cho thấy nhóm I nhóm II tạo thành hai nhóm riêng khác biệt so với hai nhóm cịn lại Sự khác biệt biểu đồ PCoA chưa thực rõ ràng với nhóm III nhóm IV gần khơng có nhiều tách biệt (Hình 2) Sigma 0,97 % 21,94 3,19 72,52 0,24 4,40 5,54 100,00 Kết chia thành nhóm qua ANOVA kết thể phân tích PCoA cho thấy nhóm III nhóm IV gần Điều xác nhận lại kết phân tích phân nhóm biểu đồ UPGMA cho thấy khác biệt di truyền nhóm III nhóm IV nhỏ (khoảng 1%) Như vậy, nhóm III nhóm IV mặt đa dạng di truyền hồn tồn trở thành nhóm lớn với khác biệt di truyền với nhóm cịn lại 27% Kết phân tích di truyền cho phép tuyển chọn dòng đại diện mặt di truyền cho nhóm để phát triển với mục tiêu bảo tồn lớn mức đa dạng di truyền nhóm lúa Hai giống đối chứng thu thập từ Ngân hàng Gen Quốc gia giống lúa Nàng Pha Tây Bông Sen cho thấy di truyền gần với quần thể lúa thu thập An Giang xác định hai giống lúa thu thập An Giang từ lâu (ứng với thông tin lưu trữ giống ngân hàng gen năm 2004) Về mặt di truyền, giống lúa Tây Bơng Sen có khả đóng góp nguồn gen cho quần thể nghiên cứu tốt giống Nàng Pha nằm nhóm khác biệt nhóm cịn lại với khác biệt di truyền khoảng 27% Hình Biểu đồ phân tích ý nghĩa thống kê quần thể theo phân nhóm UPGMA 62 Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Nơng nghiệp Việt Nam - Số 3(112)/2020 IV KẾT LUẬN Kết nghiên cứu đa dạng di truyền quần thể nghiên cứu với tỷ lệ khác biệt nhỏ 30% nhóm di truyền Bằng phương pháp phân nhóm UPGMA, quần thể lúa mùa nghiên cứu chia thành nhóm di truyền lớn Nhóm I có khác biệt di truyền với nhóm cịn lại 27%, nhóm II khác biệt di truyền mức từ 7% đến 24% dịng nhóm, nhóm III khác biệt di truyền với nhóm IV khoảng 1% LỜI CẢM ƠN Nhóm tác giả chân thành cảm ơn Sở Khoa học Công nghệ tỉnh An Giang cung cấp kinh phí cho thực nghiên cứu Nghiên cứu thuộc đề tài cấp tỉnh với Mã số 373.2015.11 TÀI LIỆU THAM KHẢO Nguyễn hị Phương Đoài, Khuất Hữu Trung, Nguyễn húy Điệp, Hà Minh Loan, Trần Danh Sửu, Đ̣ng Trọng Lương, 2010 Nghiên cứu đa dạng di truyền tập đoàn lúa nếp lúa nương địa Việt Nam thị phân tử SSR (Microsattelite) Tạp chí Cơng nghệ sinh học, 8(3), 337-343 Khuất Hữu Trung, Nguyễn hị Ly, Đ̣ng hị hanh Hà & Nguyễn Minh Anh Tuấn, 2012 Nghiên cứu đa dạng di truyền tập đoàn lúa chất lượng địa Việt Nam thị phân tử SSR (microsatellite) Tạp chí Nơng nghiệp & PTNT, 17, 26-32 Everhart, Sydney E, Brooks, Jonah C, Kruegerhadield, Stacy A, Sotka, Erik, Knaus, Brian J, & Grunwald, Niklaus J, 2016 Package “poppr” Địa chỉ: https://cran.r-project.org/web/packages/poppr/ index.html Truy cập ngày 20/6/2016 Excoier, Laurent, Laval, Guillaume, & Schneider, Stefan, 2005 Arlequin (version 3.0): an integrated sotware package for population genetic data analysis Evol Bioinform Online, 1, 47-50 http://doi org/10.1111/j.1755-0998.2010.02847.x Excoier, Laurent, & Lischer, Heidi, 2015 Arlequin Ver 3.5.2 User Manual: An Integrated Sotware Package for Population Genetic Data Analysis Địa chỉ: http://cmpg.unibe.ch/sotware/arlequin35/ man/Arlequin35.pdf Truy cập ngày 17/04/2016 Glaubitz, Jefrey C, 2004 Convert: A user-friendly program to reformat diploid genotypic data for commonly used population genetic sotware packages Molecular Ecology Notes, 4(2), 309-310 http://doi.org/10.1111/j.1471-8286.2004.00597.x Grünwald, Niklaus J., Kamvar, Zhian N., & Everhart, Sydney E, 2015 Population Genetic and genomics in R Online book: http://grunwaldlab.github io/Population_Genetics_in_R/; ngày truy cập: 27/06/2016 Lin, Hung Ying, Wu, Yong Pei, Hour, Ai Ling, Ho, Sheng Wei, Wei, Fu Jin, Hsing, Yue Ie C, & Lin, Yann Rong, 2012 Genetic diversity of rice germplasm used in Taiwan breeding programs Botanical Studies, 53(3), 363-376 Peakall, R., & P.E., Smouse, 2006 GENALEX 6: genetic analysis in Excel Population genetic sotware for teaching and research Molecular Ecology Notes, 6, 288-295 Peakall, R., & P.E., Smouse, 2012 GenAlEx 6.5: genetic analysis in Excel Population genetic software for teaching and research - an update Bioinformatic, 2537-2539 Evaluation of genetic diversity in loating rice collection by SSR markers Nguyen hi hanh Xuan, Nguyen Chi hanh, Pham Van Quang, Le Huu Phuoc, Le hanh Phong Abstract Floating rice is an original rice population that has been growing in looding condition in Long Xuyen Quadrangle for long time However, the genetic diversity has been degrading and reducing in the area due to the changes of farming condition he aim of this study was to evaluate the current loating rice population for future breeding and selection plans he genetic diversity of 46 loating rice lines/varieties were evaluated by 20 SSR markers he hierarchical method UPGMA (Unweighted Pair Group Method with Arithmetic Mean) was used for clustering analysis he results of UPGMA showed that the genetic diversity was lower than 30% he population was divided into four genetic groups with a diference of about 27% in genetic characteristics which were signiicantly diferent among the genetic groups he studied results could be used for conservation or breeding purposes Keywords: Floating rice, diversity, SSR, An Giang province Ngày nhận bài: 14/3/2020 Ngày phản biện: 18/3/2020 Người phản biện: PGS TS Khuất Hữu Trung Ngày duyệt đăng: 23/3/2020 63 ... dạng di truyền quần thể nghiên cứu với tỷ lệ khác biệt nhỏ 30% nhóm di truyền Bằng phương pháp phân nhóm UPGMA, quần thể lúa mùa nghiên cứu chia thành nhóm di truyền lớn Nhóm I có khác biệt di truyền. .. đa dạng dị hợp tử: 0,21 (He), độ đa dạng dị hợp tử điều chỉnh là: 0,21 (uHe) số Simpson: Tạp chí Khoa học Công nghệ Nông nghiệp Việt Nam - Số 3(112)/2020 0,21 (1-D) Trên số đánh giá đa dạng thị. .. biệt di truyền nhóm III nhóm IV nhỏ (khoảng 1%) Như vậy, nhóm III nhóm IV mặt đa dạng di truyền hồn tồn trở thành nhóm lớn với khác biệt di truyền với nhóm cịn lại 27% Kết phân tích di truyền