Ứng dụng chỉ thị phân tử trong chọn tạo giống lúa chịu mặn ứng phó với biến đổi khí hậu

- Những thành công bước đầu trong việc ứng dụng chỉ thị phân tử để chọn lọc các cá thể lai sẽ mở ra hướng ứng dụng rộng rãi trong công tác chọn tạo giống nói chung, kh[r]

Ứng dụng thị phân tử chọn tạo giống lúa chịu mặn ứng phó với biến đổi khí hậu

Nguyễn Thị Huế

Trường Đại học Khoa học Tư nhiên

Luận văn ThS Chuyên ngành: Di truyền học; Mã số: 60 42 01 21 Người hướng dẫn: TS Lê Hùng Lĩnh; TS Đỗ Thị Phúc

Năm bảo vệ: 2013

Abstract: Đã xác định vật liệu bố mẹ nghiên cứu chọn tạo giống lúa chịu mặn OM6976 FL478 Trong đó, giống FL478 dùng làm giống cho QTL/Salol, có đặc điểm nơng sinh học khả thích ứng tốt điều kiện vùng có khả chịu mặn (điểm 3) Giống lúa OM6976 làm giống nhận gen Sử dụng thị phân tử RM493 RM3412b nghiên cứu xác định cá thể có kiểu gen đồng hợp tử quần thể chọn tạo giống BC3F2 Kết thử mặn điều kiện nhân tạo cho thấy: Các cá thể BC3F2 tổ hợp OM6976/FL478 có khả chịu mặn (điểm 3) mức tương đương với giống Pokkali FL478 điều kiện thí nghiệm Qua việc đánh giá khả chịu mặn điều kiện nhân tạo dòng tuyển chọn từ quần thể BC3F2 việc kết hợp sử dụng thị phân tử chọn lọc truyền thống, nhận thấy dịng OM6976/Saltol có khả chịu mặn điểm tương đương với FL478 Thí nghiệm đánh giá khả sinh trưởng phát triển cá thể tạo cho thấy hầu hết có đặc điểm nông sinh học tương tự giống OM6976 điều kiện thí nghiệm, đặc biệt dịng D1, D4, D7, D8, D16 D18 có tiềm năng suất vượt trội so với giống đối chứng OM6976

MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết đề tài:

Trong năm gần biến đổi khí hậu diễn quy mơ toàn cầu hoạt động người làm phát thải mức khí nhà kính vào cầu khí Biến đổi khí hậu tác động nghiêm trọng đến sản xuất, đời sống môi trường phạm vi toàn giới Theo báo cáo trường Đại học Stanford, đến năm 2030 sản lượng lương thực Châu Á giảm 10% hơn, đặc biệt lúa gạo, suất sản lượng lúa bị đe dọa thiên tai, sâu bệnh yếu tố môi trường đáng ý tượng đất nhiễm mặn Đất trồng trọt bị ảnh hưởng mặn ước tính khoảng 380 triệu ha, chiếm 1/3 diện tích đất trồng toàn giới

Việt Nam nước với 90% dân số làm nông nghiệp nước xuất gạo đứng hàng thứ giới sau Thái Lan, chiếm khoảng 50% tổng sản lượng gạo thương mại giới (số liệu tính đến năm 2009) Lúa gạo nguồn thu ngoại tệ lớn nông nghiệp xuất Việt Nam nguồn thức ăn gần 90 triệu dân số nước Tuy nhiên, với đường bờ biển dài 3.620 km trải dài từ Bắc vào Nam, hàng năm vùng trồng lúa ven biển chịu ảnh hưởng nhiều xâm nhiễm mặn từ biển Theo báo cáo năm 2010 Cục Trồng trọt (Bộ Nông nghiệp PTNT), ĐBSCL, xâm nhiễm mặn ảnh hưởng đến 620.000 ha/1.545.000 lúa đông xuân 2009 -1010, chiếm 40% diện tích tồn vùng tỉnh ven biển Tiền Giang, Trà Vinh, Sóc Trăng, Bạc Liêu, Kiên Giang, Cà Mau Bến Tre Trong đó, diện tích có nguy bị xâm nhập mặn cao khoảng 100.000 ha/650.000 chiếm 16% diện tích canh tác lúa tỉnh

Trước thách thức trên, việc chọn tạo giống lúa có khả chịu mặn cần thiết có ý nghĩa thực tiễn cao Do chúng tơi tiến hành đề tài:

“Ứng dụng thị phân tử chọn tạo giống lúa chịu mặn ứng phó với biến đổi khí

2. Mục tiêu nghiên cứu đề tài

Ứng dụng thị phân tử kết hợp với phương pháp chọn giống truyền thống để tạo giống lúa chịu mặn suất cao đáp ứng nhu cầu giống cho sản xuất, đặc biệt cho vùng ven biển ĐBSH nơi chịu nhiều ảnh hưởng BĐKH

3. Ý nghĩa đề tài 3.1.Ý nghĩa khoa học

Ứng dụng phương pháp chọn giống thị phân tử để chọn tạo giống lúa chịu mặn giúp chọn lọc nhanh xác nguồn gen chịu mặn hệ lai, nhờ rút ngắn thời gian chọn lọc đồng ruộng, giảm số lượng cá thể gieo trồng hàng vụ, giảm diện tích gieo trồng, giảm lao động nặng nhọc, giảm chi phí cho thí nghiệm đồng ruộng góp phần tăng đầu tư cho nghiên cứu phịng thí nghiệm cách chuẩn mực

3.2 Ý nghĩa thực tiễn

- Những thành công bước đầu việc ứng dụng thị phân tử để chọn lọc cá thể lai mở hướng ứng dụng rộng rãi cơng tác chọn tạo giống nói chung, khơng với đặc tính chịu mặn mà cịn nhiều đặc tính nơng sinh học q khác

- Kết nghiên cứu đề tài vật liệu khởi đầu tốt nghiên cứu chọn tạo giống lúa chịu mặn đặc biệt cho vùng đồng ven biển Việt Nam nơi chịu ảnh hưởng nặng nề biến đối khí hậu

- Bổ sung thêm sở lý luận công tác chọn tạo giống lúa thị phân tử kế thừa phương pháp chọn giống truyền thống

4. Đối tượng phạm vi nghiên cứu đề tài 4.1 Đối tượng nghiên cứu:

4.2 Phạm vi nghiên cứu:

Thí nghiệm triển khai tại: Phịng thí nghiệm Sinh học phân tử thuộc Viện Di truyền Nông nghiệp (Từ Liêm, Hà Nội); Trung tâm Chuyển giao Công nghệ Khuyến nơng (Thanh Trì, Hà Nội); huyện Giao Thuỷ, Nam Định

Thời gian nghiên cứu: Từ năm 2010 đến năm 2013

References

Tài liệu tiếng Việt

1 Bộ Nông Nghiệp Phát triển Nông thôn (2009), Quy hoạch sử dụng đất lúa cho vùng nước

2 Bùi Chí Bửu - Nguyễn Thị Lang (2004), Di truyền phân tử, Nhà xuất Nơng nghiệp Thành phố Hồ Chí Minh

3 Bùi Chí Bửu - Nguyễn Thị Lang, Cơ sở di truyền tính chống chịu thiệt hại môi trường lúa

4 Đinh Văn Lữ (1978), Giáo trình lúa, H.Nơng nghiệp

5 Kịch biến đổi khí hậu, nước biển dâng cho Việt Nam (2012), Nhà xuất Tài nguyên – Môi trường Bản đồ Việt Nam

6 Kịch biến đổi khí hậu, nước biển dâng cho Việt Nam(2009), Bộ Tài Nguyên Môi trường

7 Lã Tuấn Nghĩa, Lê Thị Thu Trang (2011), Nghiên cứu thay đổi hàm lượng chlorophyll, carotenoid xác định alen kháng mặn số giống lúa điều kiện mặn, Tạp chí CNSH

8 Lã Tuấn Nghĩa, Vũ Đức Quang, Trần Duy Quý (2004), Cơ sở lý thuyết ứng dụng công nghệ gen chọn tạo giống trồng, NXB Nông nghiệp

10.Ngơ Đính Thức (2006), “Nghiên cứu phát triển giống lúa chống chịu mặn cho vùng đồng song Cửu Long,” luận án tiến sĩ nông nghiệp, trường Đại học Nông lâm Tp.HCM

11.Nguyễn Thị Lang (2002), Những phương pháp công nghệ sinh học, NXB Nông nghiệp, TP.HCM

12.Nguyễn Thị Lang, Hoàng Thị Ngọc Minh, Viện nghiên cứu Lúa ĐBSCL (2006), Ứng dụng marker phân tử cho gen chống chịu mặn giống lúa cải tiến

13.Nguyễn Thị Ngọc Hoàn, Nguyễn Phương Dung, Nguyễn Minh Phượng (2007), tổng luận: “Tác động biến đổi khí hậu tồn cầu dâng cao nước biển”, Trung tâm thông tin KH&CN Quốc gia

14.Phạm Chí Thành (1986), Phương pháp thí nghiệm đồng ruộng, NXB Nơng nghiệp Hà Nội

15.Tăng Thị Hạnh, Dương Thị Hồng Mai, Trần Văn Luyện, Phạm Văn Cường, Lê Khả Tường, Phạm Thị Nga (2011), Nghiên cứu khả chịu mặn số nguồn gen lúa lưu giữ ngân hàng gen trồng quốc gia

16.Trần Văn Đạt (2005), Sản xuất lúa gạo giới: Hiện trạng khuynh hướng phát triển kỷ 21 NXB Nông nghiệp, TP.HCM

17.Võ Tòng Xuân (1984), Đất lúa, H.Giáo dục

18.Vương Đình Tuấn, Fukutu Y, Yano M Ban T (2000), “Lập đồ xác định vị trí gen di truyền số lượng ảnh hưởng đến tính chống chịu mặn lúa (Oryza satica) Omon Rice”, 8, 27 – 35

Tài liệu tiếng Anh

19 Abrol IP (1986), “Salt-affected soils: problems and prospects in developing countries” In: Global Aspects of Food production Oxford, 1986, pp 283-305 20 Akbar M, GS Khush, D HilleRisLambers (1985), “Genetics of salt tolerance” In:

21 Akbar M, IE Gunawardena, FN Ponnamperuma (1986), “Breeding for soil stress”, page 263 – 272 in Progress in rainfed lowland rice International Rice Research Institute, Los Banos, Philippines

22 Akita S (1986), Physiological bases of differential response to salinity in rice cultivars, Paper presented in Project Design Workshop for Developing a Collaborative Research Program for the Improvement of Rice Yields in Problem Soils IRRI, Los Banos, Philippines

23 B C Y Collard and D J Mackill, “Marker-assisted selection: an approach for precision plant breeding in the twenty-first century,”Philosophical Transactions of the Royal Society B, vol 363, no 1491, pp 557–572, 2008

24 Baloch, A.W, A.M Soomro, M.A Javed, H.R Bughio and S.M Alam et al (2003),

“Induction of salt tolerance in rice through mutation breeding” Asian J., Plant Sci., 2, 273 – 276

25 Bhuiyan, M.A.R (2005), “Efficiency in evaluating salt tolerance in rice using phenotypic and marker assisted selection”, M.Sc, Thesis Bangladesh Agricultural University, Mymensingh, Bangladesh, 96

26 Bonilla P., Dvorak J., Mackill D.J., Deal K and Gregorio G (2002), “RFLP and SSLP mapping of salinity tolerance genes in chromosome of rice (Ozyza sativa L.) using recombinant inbred lines”, Philipp Agric Sci, 85, 64-76

27 Boyer JS (1982), “Plant productivity and environment”, Science 218:443-448 28 C N Neeraja, R Maghirang-Rodriguez, A Pamplona et al., “A marker-assisted

backcross approach for developing submergence-tolerant rice cultivars,” Theoretical and Applied Genetics, vol 115, no 6, pp 767–776, 2007

29 Causse MA, Fulton TM, Cho Y G, Ahn SN, Chunwongse J, Wu K, Xiao J, Yu Z, Ronald PC, Harring ton SE, Second G, McCouch SR, Tanksley S (1994),

population”Genetics 138(4): 1251-1271

30 Clarkson DT, JB Hanson (1980), “The mineral nutrition of higher plant”, Ann Rev Plant Physiol 31:239

31 D.J Mackill, “Molecular markers and marker – assisted selection in rice” In VArshney, R.K., Tuberosa, R (Eds.), Genomic Assisted Crop Improvement, vol.2, Genomics Applications in Crops Springer, New York, 2007, 147

32 Devitt D, WM Jarreli, KL Stevens (1981), “Sodium-potassium ratios in soil solution and plant response under saline conditions”, Soil Sci Soc Amer J 45:80-86

33 E Francia, G.T., C Crosatti, D.Barabschi, D Bulgarelli, E Dall, Aglio and G Vale (2005), “Marker assisted selection in crop plants”, Plant cell, Tissue and Organ Culture 82, 317 -342

34 Greenway and Munns (1980), Mechanisms of salt tolerance in nonhalophytes, Department of Agronomy, University of Western Australia

35 Gregorio G.B, Senadhira D., Mendoza R.D, NL Manigbas, JP Rosxas, CQ Guerta (2002), “Progress in breeding for salinity tolerance and associated abiotic stresses in rice”, Field crio Research Elsevier

36 Gregrio GB (1997), “Tagging salinity tolerance gene in rice (Oryza sativa) using amplified fragment length polymorphism (AFLP)”, PhD dissertation, University of the Phillipines Los Banos

37 Gregrio GB and D Senadhira (1993), “Genetics analysis of salinity tolerance in rice”, Theor Appl Gen. 86: 333-338

39 Ikehashi H, FN Ponnaperuma (1978), “Varietal tolerance of rice to adverse soils”, In: Soils and Rice/ IRRI, Philippiens, pp 801 – 803

40 Islam MM (2004), “Mapping salinity tolerance gene in rice (Oryza sativa) at reproduction stage”. PhD dissertation, University of the Phillipines Los Banos 41 Iwaki S, K Ota, T Ogo (1953), “Studies on the salt injury in rice plant IV The

effects on growth, heading and ripening of rice plant under varying concentration of sodium chloride”, Proc Crop Sci Jpn 22:13-14

42 J.U Jeung, H.G Hwang, H.P Moon, K.K Jene (2005), “Fingerprinting temperate Japonica and tropical Indica rice genotypes by comparative analysis of DNA markers” Euphytica, 146 – 239

43 K.Zheng, P.K Subudhi, J Domingo, G Magpantay, N.Huang (1995), “Rapid NA isolation fof marker assisted selection in rice breeding”, Rice Genetics News letter, 12, 255

44 Kim, D M., Ju, H G., Kwon, T R., Oh, C S., and Ahn, S N (2009), “Mapping QTLs for salt tolerance in an introgression line population between japonica cultivars in rice” J Crop Sci Biotech 12, 121 – 128

45 Knapp SJ and WC Bridges (1990), “Using molecular markers to estimate quantitative trait locus parameters powers and genetic variances for unreplicated progeny”, Genetics 126, 769 – 777

46 Korkor SA, and RM Abdel – Aal (1974), “Effect of total salinity and type of salts on rice crop” Agric Res Rev 52 (5): 73-78

47 Lang NT, S Yanagihara, BC Buu (2001), “A microsatellite marker for a gene conferring salt tolerance on rice at the vegetative and reproductive stages”, SABRAO 33 (1), – 10

49 Maas EV, GJ Hoffman (1977), “Crop salt tolerance current assessment”, ASCE J Irrig and Drainage Div 103:115-134

50 Maas EV, GJ Hoffman (1977), Crop salt tolerance current assessment. ASCE J Irrig and Drainage Div 103: 115 -134

51 Mishra B, M Akbar, DV Seshu, D Senadhira (1996), “Genetics of salinity tolerance and ion uptake in rice”, IRRI 21: 38-39

52 Moeljopawiro S, H Ikehashi (1981), “Inheritance of salt tolerance in rice”. Euphytica 30: 291- 300

53 Munns R (2002), “Comparative physiology of salt and water stress”, Plant Cell and Envriron 25, 239 – 250

54 Murty KS, KV Janardhan (1971), “Physiological consideration for selection and breeding of varieties for saline and alkaline tracts”, Oryza *Supp 2+: 85-100 55 Nagamiya K, Motohashi T, Nakao K, Prodhan SH, Hattori E, Hirose S, Ozawa K,

Ohkawa Y, Takabe T (2007), “Enhancement of salt tolerance in transgenic rice expressing an Escherichia coli catalase gene”, Kat E Plant Biotech. Rep.1, 49-55 56 Negrao et al (2012), “Recent updates on salinity stress in rice: From

physiological to molecular responses”, Critical Reviews in Plant Science, 30, 329 – 377

57 Niones JM (2004), “Fine mapping of the salinity tolerance gene on chromosome 1 of rice (Oryza sativa L.) using near-isogenic lines”, MS dissertation Laguna: University of the Philippines Los Baños

58 Ota K, T Yasue (1958), “Studies on salt injury in crops XII The effect of sodium chloride solution on the germination capacity of paddy seed”, Proc Crop Sci Soc Jpn 27(2):223-225

60 Ponnamperuma, F N (1984), “Role of cultivar tolerance in increasing rice production on saline lands Strategies for crop improvement”, John Wiley and sons, New York, 443p

61 Roberto Tuberosa and Silvio Salvi (2007), “Dissecting QTLs for Tolerance to Drought and Salinity”, Advances in Molecular Breeding Toward Drought and Salt tolerant Crops, 381 – 412

62 Shimose N (1963), “Physiology of salt injury in crops I Effect of iso-osmotic pressure due to sodium chloride and sodium sulfateon the growth and absorption of mineral element by rice plants”, Jpn Soil Sci Tokyo 34:107-111 63 Tagawa T, N Ishizaki (1963), “Physiological studies on the tolerance of rice

plants to salinity”, Proc Crop Sci Soc Japan 31(3):249-252

64 Teng S (1994), “Gene tagging for salt tolerance in rice (Oryza sativa L.)”, The University of the Phillipines, Los Banos, Lagnuna, Phillipine, 118

65 Xu D, X Duan, B Wang, B Hong, THD Ho, R Wu (1996), “Expression of a late embryogenesis abundant protein gene, HVA1, from barley confers tolerance to water deficit and salt stress in transgenic rice”, Plant Physiol 110:249-257

66 Yoshida, S., D.A Forno, J.H Cock and K.A Gomez (1976), “Laboratory Manual for Physiological Studies of Rice”, International Rice Research Insitute (IRRI), Los Banos, Laguna, Phillipines, 61 – 66

67 Z.Ren, J Gao, L Li, X Cai, W Huang, D Chao, M Zhu, Z Wang, S Luan, H Lin (2005), “A rice quantitative trait locus for salt tolerance encodes a sodium transporter”, Nature Genetics 37, 1141

69 Zhou PH, Tan YF, He YQ, Xu CG Zhang Q (2003), “Simuntaneous improvement for four quanlity traits of Zhengshan 97, an elite parent of hybrid rice, by molecular assisted selection”, Theo, Appl Genet 106, 326 – 331

Internet

Sinh học; Di truyền học; Giống lúa chịu mặn; Giống lúa http://gramene.org http://agroviet.gov.vn http://nature.com http://ricegenetics.com http://gso.gov.vn http://fao.org.vn http://fao.org