Đang tải... (xem toàn văn)
Những thiệt hại do môi trường bao gồm các yếu tố đất đai, nước, nhiệt độ (nóng hoặc lạnh) ảnh hưởng rất lớn đến năng suất cây trồng nói chung và cây lúa nói riêng. Trên thế giới, các nhà khoa học đã sử dụng thuật ngữ “abiotic stress” để khái quát tất cả những stress do yếu tố không phải sinh học gây ra.
BÙI CHÍ BỬU - NGUYỄN THỊ LANG CƠ SỞ DI TRUYỀN TÍNH CHỐNG CHỊU ĐỐI VỚI THIỆT HẠI DO MƠI TRƯỜNG CỦA CÂY LÚA NHÀ XUẤT BẢN NÔNG NGHIỆP Thành phố Hồ chí Minh 2003 Bùi chí Bửu Phó Giáo Sư, Tiến Sĩ Viện Trưởng Nguyễn thị Lang Tiến sĩ Trưởng Bộ môn Di truyền – Qũy Gen VIỆN LÚA ĐỒNG BẰNG SÔNG CỬU LONG LỜI TỰA Những thiệt hại môi trường bao gồm yếu tố đất đai, nước, nhiệt độ (nóng lạnh) ảnh hưởng lớn đến suất trồng nói chung lúa nói riêng Trên giới, nhà khoa học sử dụng thuật ngữ “abiotic stress” để khái quát tất stress yếu tố sinh học gây Phần lớn chế chống chịu sinh lý học thiệt hại trồng tập trung nghiên cứu với phối hợp nhà sinh lý, sinh hóa, di truyền, chọn giống Nhưng lĩnh vực khó, số chế chống chịu chưa biết rõ, người ta phân tích kiện mức độ sinh học phân tử Việc cải tiến giống có suất cao kết hợp với khả chống chịu stress diễn biến chậm, kiến thức di truyền sinh lý thực vật hạn chế, kỹ thuật lọc phức tạp tốn Quyển sách chủ yếu tập trung vấn đề lúa, bao gồm: tính chống chịu khơ hạn, tính chống chịu mặn, tính chống chịu ngập hồn tồn, tính chống chịu độ độc nhơm, tính chống chịu thiếu lân, tính chống chịu độc sắt tính chống chịu lạnh Các phương pháp nghiên cứu di truyền giới thiệu chương bao gồm thành tựu genomics, chức genome học, ứng dụng microarray, đồ đồng dạng sở tượng “synteny” Tiến sĩ Gale (Rockefeller Fondation), đặc biệt phân tích QTL tính trạng di truyền số lượng, với phần mềm có ích cho nhiều mục tiêu giải thích khác Sự khan nguồn nước tưới cho nông nghiệp tương lai vấn đề ngày trở nên nghiêm trọng có tính chất tồn cầu Do đó, dự án nghiên cứu trồng chống chịu khô hạn hướng ưu tiêu đầu tư dự án quốc tế quốc gia Giống lúa chống chịu khô hạn phải nghiên cứu sở hiểu biết rõ ràng chế chống chịu khả di truyền giống, trước nguy khủng hoảng thiếu nước tương lai gần Cơ chế tránh né, chế thoát chế chống chịu đề cập cách hệ thống sở di truyền số lượng với QTL có tính chất giả định gen điều khiển tượng chống chịu phức tạp Bên cạnh đó, ảnh hưởng mơi trường tác động vào tính trạng di truyền số lượng cần giải thích Cơ chế điều tiết áp suất thẩm thấu qúa trình nhận tín hiệu stress khô hạn, mặn, lạnh tương đối giống nguyên tắc chung Người ta đặt câu hỏi: tín hiệu cảm nhận di truyền để điều chỉnh gen mục tiêu đáp ứng với khả chống chịu hồn cảnh khác vậy? Đó tượng thú vị thiên nhiên, nghiên cứu điều tiết tinh vi gen (gene regulation) Di truyền tính chống chịu mặn Viện Lúa đồng sông Cửu Long (ĐBSCL) tiến hành nghiên cứu từ di truyền đến ứng dụng chọn tạo vài giống phát triển sản xuất Nhưng tương tác kiểu gen x mơi trường cịn thử thách lớn, ngưỡng chống chịu phải xác định rõ (EC khoảng 4-6 dS/m) Tập thể tác giả cám ơn hướng dẫn TS Ning Huang (IRRI) phân tích genome, cộng tác TS Yanagihara (JIRCAS), TS Zhikang Li (IRRI) cung cấp vật liệu phương tiện, TS Kenneth McNally (IRRI) phân tích mơ hình tốn để giải thích kết qủa Di truyền tính chống chịu ngập hoàn toàn thực với số năm tham gia nghiên cứu lâu tập thể tác giả Chúng cám ơn anh bạn người Thái Lan Sripongpankul cho phép sử dụng số liệu luận án Tiến sĩ để minh họa thêm tư liệu này, đặc biệt TS Senadhira, TS Derk HilleRisLamber (IRRI), TS Võ tòng Xuân, TS Nguyễn văn Luật hướng dẫn năm tham gia nghiên cứu, TS Puckridge đại diện IRRI Thái Lan tạo điều kiện cho khảo sát nhiều vùng lúa nước sâu Châu Á tiếp cận nhà khoa học chuyên ngành lĩnh vực Chúng xin cám ơn TS Mackill (IRRI) với thảo luận lý thú khả chọn tạo giống chống chịu Di truyền tính chống chịu độ độc nhôm thực với cộng tác tập thể nhà khoa học TS Brar (IRRI), TS Henry Nguyễn (ĐH Texas Tech), đồng nghiệp Viện Lúa ĐBSCL, nhằm khai thác nguồn gen mục tiêu từ giống lúa hoang Oryza rufipogon Đồng Tháp Mười Anh Nguyễn Bảy nổ lực hồn thành luận án Tiến sĩ với cơng trình này, làm sở khoa học cho đồng nghiệp Ô Môn phát triển thành công giống lúa AS996 (giống quốc gia) chống chịu phèn suất cao ĐBSCL Chúng cám ơn TS HilleRisLamber, TS Akita, TS Chang (IRRI) tạo điều kiện cho thực lọc nhơm tập đồn giống lúa địa Việt Nam năm 1985, TS Vaughan Duncan (JIRCAS) qúa trình thu thập lúa hoang với chúng tơi ĐBSCL để xác định vật liệu cho gen mục tiêu Chúng tơi xin bày tỏ lịng biết ơn TS John O’Toole giúp đỡ kinh phí chương trình đào tạo thơng qua dự án cơng nghệ sinh học Rockefeller Foundation Trong đất phèn, độ độc nhôm sắt, ảnh hưởng thiếu lân vấn đề lớn cho lúa Chúng thực cơng trình nghiên cứu sở thí nghiệm dài hạn Bộ Mơn Canh tác thuộc Viện Lúa ĐBSCL Khả đẻ nhánh xem tiêu chuẩn chọn lọc có giá trị, đa gen điều khiển điều kiện thiếu lân, hoạt động gen khơng cộng tính gen cộng tính có ảnh hưởng quan trọng Chúng cám ơn TS JJ Ni (Trung Quốc) cho phép sử dụng tư liệu anh thuyết minh sở di truyền tính chống chịu thảo luận bổ ích thời gian làm việc IRRI Tính chống chịu độ độc sắt cơng bố việc đánh giá kiểu hình xem khó khăn tính trạng liệt kê, Fe++ chuyển đổi sang Fe+++ dễ dàng, làm sai lệch kết qủa quan sát Nhiễm sắc thể số xem nhiễm sắc thể chứa nhiều gen ứng cử viên cho tính trạng liên quan đến tượng chống chịu Tính chống chịu lạnh có nhiều kết qủa nước ngồi cơng bố tổng hợp sở di truyền chọn giống, chưa có cơng trình cụ thể từ Viện Lúa ĐBSCL Chúng hi vọng sách cung cấp tư liệu cần thiết cho sinh viên, nghiên cứu sinh, nhà nghiên cứu quan tâm đến lĩnh vực chống chịu bất lợi môi trường, cán nông nghiệp phục vụ lĩnh vực chọn tạo giống trồng Kính mong bạn đọc thơng cảm thiếu sót qúa trình biên soạn, in ấn đóng góp ý kiến cho tác giả Chủ biên BÙI CHÍ BỬU Viện trưởng Viện Lúa Đồng Bằng Sông Cửu Long NỘI DUNG Trang Lời tựa Chương 1: Giới thiệu tổng quát Ứng dụng công nghệ sinh học cải tiến giống trồng chống chịu điều kiện bất lợi môi trường 1-1 Khô hạn 1-2 Đất mặn 1-3 Đất acid đất bạc màu 1-4 Nhiệt độ lạnh nhiệt độ nóng 1-5 Bản đồ gen phát triển marker phục vụ phân tích di truyền 1-6 Cơ chế sinh lý học di truyền tượng chống chịu stress 1-7 Tiến độ cải tiến giống chống chịu 1-8 Kỹ thuật lọc có tính khả thi với qui mơ lớn 1-9 Genome học, ngành học di truyền 1-10 Hiện tượng synteny genomics có tính chất so sánh 1-11 Ứng dụng genomics cải tiến giống trồng 1-11-1.Thư viện DNA 1-11-2 Kỹ thuật cloning gen 1-11-3 Microarray 1-11-4 Quần thể knockout 1-11-5 Kỹ thuật chuyển nạp gen 1-12 Phân tích QTL 1-12-1 Những mơ hình di truyền số lượng 1-12-1-1 Mơ hình QTL đơn (single-QTL) 1-12-1-2 Mơ hình “multiple-locus” 1-12-2 Phương pháp phân tích marker đơn (SMA) 1-12-2-1 SMA quần thể hồi giao 1-12-2-2 Kết hợp tượng phân ly QTL marker 1-12-2-3 Phép thử t đơn giản quần thể hồi giao 1-12-2-4 Phân tích phương sai quần thể hồi giao 1-12-2-5 Mơ quần thể hồi giao 1-12-3 Phương pháp SMA quần thể F2 1-12-4 Phân tích QTL sở đồ cách quãng (interval mapping) 1-12-4-1 Bản đồ cách quãng quần thể hồi giao (BC) 1-12-4-2 Bản đồ cách quãng quần thể F2 1-12-5 Khả giải thích thống kê sinh học đồ QTL Chương 2: Cơ sở di truyền tính chống chịu mặn 2-1 Đất mặn 2-2 Cơ chế chống chịu mặn 2-3 Di truyền tính chống chịu mặn 2-3-1 Nghiên cứu di truyền số lượng tính chống chịu mặn 2-3-2 Nghiên cứu di truyền phân tử tính chống chịu mặn 2-4 Sự thể gen chống chịu mặn 2-4-1 Phổ thể transcript 2-4-2 Phân tích microarray 2-4-3 Đặc điểm thể transcript giống lúa chống chịu mặn điều kiện bị stress 2-4-4 Vai trò abscisic acid, jasmonate, proline 2-5 Nghiên cứu chuyên đề Cải tiến giống lúa chống chịu mặn ĐBSCL 2-5-1 Vật liệu & phương pháp 2-5-2 Kết qủa & thảo luận 2-5-2-1 Xác định vật liệu lai tạo 2-5-2-2 Nghiên cứu chế chống chịu mặn 2-5-2-3 Phân tích đồ di truyền QTL tính chống chịu mặn 2-5-2-4 Chọn giống chống chịu mặn nhờ marker phân tử (MAS) 2-5-2-5 Phát triển giống lúa triển vọng cho vùng bị nhiễm mặn Chương 3: Cơ sở di truyền tính chống chịu khơ hạn 3-1 Xác định tính trạng thành phần chống chịu khơ hạn 3-2 Những marker phân tử DNA đồ QTL 3-3 Bản đồ QTL tính trạng rễ lúa 3-4 Bản đồ QTL tính trạng điều tiết áp suất thẩm thấu (OA) 3-5 Bản đồ QTL tính trạng biểu màu xanh cao lương (STG) 3-6 Bản đồ QTL tính trạng hình thái quan trọng 3-7 Chuyển nạp gen mục tiêu 3-8 Cơ chế truyền tín hiệu 3-9 Gen & khám phá lộ trình thông qua genome học chức Chương 4: Cơ sở di truyền tính chống chịu ngập úng 4-1 Tổng quan nghiên cứu trước 4-2 Hình thái học lúa thích nghi với vùng bị lũ lụt 4-3 Khả vươn lóng 4-3-1 Di truyền khả vươn lóng 4-3-2 Nghiên cứu lúa ĐBSCL 4-4 Di truyền tính chống chịu ngập hồn tồn 4-5 Cơ chế chống chịu ngập sinh lý học 4-5-1 Diệp lục tố 4-5-2 Carbohydrate 4-5-3 Hàm lượng nitrogen 4-5-4 Hoạt động peroxidase 4-6 Nghiên cứu đồ di truyền tính trạng vươn lóng 4-7 Clone hóa gen OsGAPDH điều khiển tính chống chịu ngập 4-7-1 Phân tích Southern 4-7-2 Phân tích Northern 4-7-3 Sự thể dung hợp GST-OsGAPDH Chương 5: Cơ sở di truyền tính chống chịu độ độc nhôm 5-1 Giống lúa nước sâu chống chịu độ độc nhơm ĐBSCL 5-2 Xác định QTL điều khiển tính chống chịu độ độc nhơm 5-2-1 Điều tra đa hình bố mẹ 5-2-2 Phân ly thiết lập đồ 5-2-3 Bản đồ QTL 5-2-4 Phân tích epistasis 5-2-5 Ứng dụng marker chọn giống chống chịu gen ứng cử viên 5-2-6 Tạo clone QTL chống chịu nhôm từ lúa hoang 5-3 Chọn tạo giống lúa chống chịu nhôm Chương 6: Cơ sở di truyền tính chống chịu thiếu lân 6-1 Giới thiệu chung 6-1-1 Đất thiếu lân 6-1-2 Hiện tượng thiếu lân lúa 6-1-3 Biểu giống lúa chống chịu thiếu lân 6-1-4 Kỹ thuật lọc 6-2 Cơ chế chống chịu thiếu lân 6-3 Di truyền tính chống chịu thiếu lân 6-3-1 Lập đồ QTL AFLP 6-3-2 Lập đồ QTL RFLP 6-3-3 Gen Pup-1: QTL chủ lực làm gia tăng khả hấp thu lân 6-4 Phân tích di truyền số lượng Chương 7: Cơ sở di truyền tính chống chịu độ độc sắt 7-1 Giới thiệu chung 7-2 Kỹ thuật lọc 7-3 Nghiên cứu di truyền phân tử tính chống chịu độc sắt 7-3-1 Tính chống chịu độ độc sắt quần thể đơn bội kép IR64/Azucena 7-3-2 Tính chống chịu độ độc sắt quần thể cận giao Nipponbare/Kasalath // Nipponbare Chương 8: Cơ sở di truyền tính chống chịu nhiệt độ lạnh 8-1 Giới thiệu chung 8-2 Di truyền tính chống chịu lạnh 8-2-1 Bản đồ QTL nhiễm sắc thể số 8-2-2 Vị trí đồ Ctb-1 Ctb-2 8-2-3 Tính chống chịu lạnh chiều dài túi phấn 8-2-4 Bản đồ QTL tính trạng chống chịu lạnh giai đoạn làm địng 8-3 Sự truyền tín hiệu phản ứng điều tiết áp suất thẩm thấu 8-3-1 Điều tiết phản ứng phát quang sinh học Arabidopsis 8-3-2 Phân lập dịng đột biến có mức độ phát quang sinh học thay đổi 8-4 Sự biến đổi protein theo nhiệt độ, mặn & khô hạn Bản dẫn (index) ... 6-1 -3 Biểu giống lúa chống chịu thiếu lân 6-1 -4 Kỹ thuật lọc 6-2 Cơ chế chống chịu thiếu lân 6-3 Di truyền tính chống chịu thiếu lân 6-3 -1 Lập đồ QTL AFLP 6-3 -2 Lập đồ QTL RFLP 6-3 -3 Gen Pup-1:... phương pháp 2-5 -2 Kết qủa & thảo luận 2-5 - 2-1 Xác định vật liệu lai tạo 2-5 - 2-2 Nghiên cứu chế chống chịu mặn 2-5 - 2-3 Phân tích đồ di truyền QTL tính chống chịu mặn 2-5 - 2-4 Chọn giống chống chịu mặn... 1-1 2-4 -2 Bản đồ cách quãng quần thể F2 1-1 2-5 Khả giải thích thống kê sinh học đồ QTL Chương 2: Cơ sở di truyền tính chống chịu mặn 2-1 Đất mặn 2-2 Cơ chế chống chịu mặn 2-3 Di truyền tính chống