CƠ SỞ DI TRUYỀN TÍNH CHỐNG CHỊU NHIỆT ĐỘ LẠNH 8-1. GIỚI THIỆU CHUNG Cây lúa thuộc nhóm cây nhạy cảm với nhiệt độ lạnh, nhất là đối với những giống có nguồn gốc nhiệt đới và cận nhiệt đới. Những tổn thương do nhiệt độ lạnh gây ra có thể được quan sát ở nhiều giai đoạn tăng trưởng khác nhau của cây lúa: hạt không nẩy mầm, cây mạ kém phát triển, hiện tượng cây lùn, cằn cỗi, hiện tượng biến đổi màu sắc, hiện tượng thoái hóa đỉnh bông lúa, gia tăng tỉ lệ hạt lép, và...
Chương CƠ SỞ DI TRUYỀN TÍNH CHỐNG CHỊU NHIỆT ĐỘ LẠNH 8-1 GIỚI THIỆU CHUNG Cây lúa thuộc nhóm nhạy cảm với nhiệt độ lạnh, giống có nguồn gốc nhiệt đới cận nhiệt đới Những tổn thương nhiệt độ lạnh gây quan sát nhiều giai đoạn tăng trưởng khác lúa: hạt không nẩy mầm, mạ phát triển, tượng lùn, cằn cỗi, tượng biến đổi màu sắc, tượng thối hóa đỉnh bơng lúa, gia tăng tỉ lệ hạt lép, tượng hạt chín bất bình thường (Kaneda Beachell 1973) Ở phía bắc nước Nhật, tượng bất thụ nhiệt độ lạnh xem vấn đề nghiêm trọng làm suất lúa giảm nhiều (Saito ctv 2001) Đối với kiểu gen lúa mẫn cảm với tính trạng bất thụ nhiệt độ lạnh, giai đoạn tăng trưởng nhạy cảm giai đoạn làm đòng, đặc biệt giai đoạn vi bào tử chuyển từ pha “tetrad” sang pha nhiễm thể thu nhỏ lại, xét sở gián phân nhiễm thể di truyền tế bào (Satake Hayase 1970) Nhiệt độ thấp suốt qúa trình phát sinh vi bào tử (microsporogenesis) làm cho thoái hóa vi bào tử tạo tượng phình to tế bào hạt phấn Mặt khác, quan nỗn trì khả thụ tinh cách bình thường, tiến trình phát triển microspore hồn tồn bị ức chế (Hayase ctv 1969) Do đó, tượng thối hóa microspore, và/hoặc tượng phình to tế bào hạt phấn xem phản ứng kiểu gen bất thụ tổn thương nhiệt độ lạnh (Nishiyama 1976) Cơ chế chống chịu lạnh chưa nghiên cứu cách chi tiết, nhiều câu hỏi chưa giải đáp thỏa đáng Muốn đạt kết qủa thành công thụ phấn, lúa cần có đủ số lượng hạt phấn cần thiết túi phấn Số lượng hạt phấn giảm theo nghiệm thức xử lý lạnh làm cho tỉ lệ bất thụ gia tăng có ý nghĩa (Satake 1991) Những giống lúa chống chịu lạnh thường sản sinh số lượng hạt phấn nhiều giống nhiễm (Satake Shibata 1992) Như vậy, nói số lượng hạt phấn yếu tố quan trọng chế chống chịu lạnh Người ta ghi nhận số lượng hạt phấn tương quan thuận với chiều dài túi phấn (Oka Morishima 1967, Suzuki 1981), dường chiều dài túi phấn có tương quan với tượng chống chịu lạnh (Tanno ctv 1999) Hiện tượng chống chịu lạnh tính trạng di truyền số lượng chưa có gen chủ lực xác định (Saito ctv 2001) Futsuhara Toriyama (1966) ước đốn rằng: số gen chống chịu lạnh gen nhiều gen Chúng liên kết chặt với gen Pr (tính trạng võ trấu màu tím), Rc (tính trạng võ lụa hạt gạo màu nâu), d2 (tính trạng lùn), gh (tính trạng võ trấu màu vàng), nl (neck leaf), bc (tính trạng thân rạ giòn, dễ bẻ gãy = brittle) nhiễm sắc thể số 3, 4, (Futsuhara Toriyama 1966, Takahashi ctv 1973, Sawada 1978) 8-2 DI TRUYỀN TÍNH CHỐNG CHỊU LẠNH 8-2-1 Bản đồ QTL nhiễm sắc thể số Giống lúa “Norin-PL8” có gen chống chịu lạnh kế thừa từ giống lúa Silewah (japonica) Saito ctv (2001) quan sát hai đoạn nhiễm sắc thể hội tụ gen mục tiêu từ Silewah, định vị nhiễm thể số – vai ngắn, nhiễm thể số – vai dài (Saito ctv 1995) Các tác giả tiến hành lập đồ QTL theo kiểu”fine mapping”, tập trung nhiễm thể số 4, sở quần thể hồi giao (BC) NIL (nearly isogenic lines) Norin-PL8 giống lúa chống chịu lạnh phát triển nhờ lai hồi giao giống japonica chống chịu lạnh Silewah với dịng lúa Nhật Hokkai 241, dịng Hokkai 241 dùng làm dòng tái tục (recurrent parent), Silewah giống cho gen mục tiêu (donor) Saito ctv (2001) chọn dòng Syo6 từ tổ hợp lai Kirara 397 / Norin- PL8 // Kirara 397 (quần thể BC1F5) Dịng Syo6 có chứa đoạn nhiễm sắc thể số hội tụ gen mục tiêu từ Norin-PL8 Sau hai giao, tác giả chọn dị hợp tử hội tụ gen mục tiêu nhiễm thể số 4, gen mục tiêu nhiễm thể số Cho tự thụ phấn, người ta phát triển quần thể phân ly ký hiệu BT4, 114 BT4 chọn để sử dụng phân tích đồ cách quãng Mẫu DNA ly trích từ lúa theo phương pháp CTAB (Murray Thompson 1980) RFLP marker sử dụng có nguồn gốc từ chương trình genome lúa Nhật (RGP) ký hiệu “R” “C”, có nguồn gốc từ Saito ctv (1991) ký hiệu “XNpb” Phương pháp đánh giá kiểu hình tính trạng chống chịu lạnh nước có nhiệt độ lạnh (Futsuhara Toriyama 1964), xem phương pháp thống lọc giống chống chịu lạnh quốc tế lúa xử lý nhiệt độ nước 19oC từ giai đoạn tượng khối sơ khởi đến giai đoạn trỗ Độ sâu mực nước 20 cm thí nghiệm ngồi đồng 24 cm nhà lưới Đánh giá hạt hữu thụ để kết luận lọc chống chịu lạnh Saito ctv (2001) sử dụng phần mềm MAPL97 (Ukai ctv 1991, Hayashi Ukai 1994) để phân tích QTL đồ QTL Muốn xác định xác vị trí QTL nhiễm sắc thể số 4, người ta phát triển quần thể hồi giao cải tiến, chọn Kirara 397 làm giống tái tục Bổ sung thêm RFLP marker (R738, R740, R1427, R2737 C1016), 2SCAR marker (SCAB1 SCAM20) để phân tích Những marker thể đồ (hình 8-1B) Saito ctv (2001) sử dụng 117 cá thể quần thể BT4 phân ly để phân tích theo phương pháp cách quãng tính trạng chống chịu lạnh Hình 8-1A cho thấy giá trị LOD đoạn hội tụ gen mục tiêu nhiễm thể số 4, với thang điểm cao (LOD>25) từ trung tâm đến điểm cuối hội tụ (introgression) Giá trị tối đa LOD ghi nhận quãng R2737 XNpb102 Điều cho thấy QTL phần lớn định vị quãng R2737 XNpb102 Saito ctv (2001) phát triển quần thể NIL để thực kỹ thuật “fine mapping” QTL điều khiển tính trạng chống chịu lạnh Người ta chọn lựa 12 dòng tái tổ hợp (recombinants) R738 R1427 quần thể BT4 Con lai “recombinant” phát triển thành dịng ổn định (fixed) thơng qua phương pháp MAS (markeraided selection) Kiểu gen dòng NIL thể hình 8-1B Kiểu hình chống chịu lạnh đánh giá thơng qua giá trị trung bình hạt hữu thụ Kiểu gen BT4-9-7 kiểu gen Norin-PL8 marker R738 Tính trạng chống chịu lạnh BT4-76-2 BT4-76-7 kiểu gen Norin-PL8 marker R738 R2737 Kết qủa cho thấy QTL điều khiển tính chống chịu lạnh định vị marker R738 XNpb102 Bảng 1: Tương quan đoạn hội tụ gen mục tiêu nhiễm sắc thể số với tính trạng chiều dài túi phấn (Saito ctv 2001) Nhiễm sắc thể Marker XNpb345 R2737 Chiều dài túi phấn Kirara 397 [n] Norin-PL8 [n] 2,42 (22) 2,51 (33) 2,38 (26) 2,55 (26) t P 2,048 4,257 0,0455