Tạo dòng chịu hạn và phân lập gen cystatin liên quan đến tính chịu hạn ở cây lạc (arachis hypogaea l )

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC THÁI N GUYÊN VŨ THỊ THU THỦY TẠO DÒN G CHỊU HẠN VÀ PHÂN LẬP GEN CYSTATIN LIÊN QUAN ĐẾN TÍN H CHỊU HẠN Ở CÂY LẠC (Arachis hypogaea L.) LUẬN ÁN TIẾN SĨ SIN H HỌC Thái N guyên - 2011 ii BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC THÁI N GUYÊN VŨ THỊ THU THỦY TẠO DÒN G CHỊU HẠN VÀ PHÂN LẬP GEN CYSTATIN LIÊN QUAN ĐẾN TÍN H CHỊU HẠN Ở CÂY LẠC (Arachis hypogaea L.) LUẬN ÁN TIẾN SĨ SIN H HỌC Chuyên ngành: Di truyền học Mã số: 62 42 70 01 Hướng dẫn khoa học: 1. PGS.TS Chu Hoàng Mậu 2. PGS. TS N guyễn Thị Tâm Thái N guyên - 2011 i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan bản luận án là công trình nghiên cứu của tôi dưới sự hướng dẫn của PGS.TS. Chu Hoàng Mậu và PGS.TS. Nguyễn Thị Tâm, sự giúp đỡ của các cán bộ Khoa Sinh – Trường Đại học Sư phạm, Khoa Khoa học Sự sống- Trường Đại học Khoa học, Đại học Thái Nguyên. Các số liệu nêu trong luận án là trung thực. Một số kết quả đã được công bố riêng hoặc đồng tác giả, phần còn lại chưa được ai công bố trong bất kỳ các công trình nào khác. Tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm về những số liệu trong luận án này. Tác giả Vũ Thị Thu Thủy iii MỤC LỤC Trang Lời cam đoan i Lời cảm ơn ii Mục lục iii Danh mục các ký hiệu, chữ viết tắt vi Danh mục bảng viii Danh mục hình x MỞ ĐẦU . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 Chương 1. TỔN G QUAN TÀI LIỆU . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 1.1. Cây lạc và đặc tính chịu hạn của cây lạc . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 1.1.1. Nguồn gốc và đặc điểm nông sinh học của cây lạc . . . . . . . . . . . . . 4 1.1.2. Đặc tính chịu hạn của thực vật và của cây lạc . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 1.2. Nghiên cứu nâng cao khả năng chịu hạn của cây trồng bằng công nghệ tế bào thực vật . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 1.2.1. Chọn dòng tế bào soma trong chọn giống cây trồng . . . . . . . . . . . . 16 1.2.2. Phát sinh biến dị trong quá trình nuôi cấy. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 1.2.3. Các phương pháp chọn dòng tế bào . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 1.2.4. Một số thành tựu trong chọn dòng chống chịu yếu tố bất lợi của ngoại cảnh . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 1.3. Phân tích, đánh giá các dòng chọn lọc có nguồn gốc từ nuôi cấy mô sẹo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 1.3.1. Đánh giá khả năng chịu mất nước của mô, tế bào thực vật . . . . . . . 23 1.3.2. Đánh giá khả năng chịu hạn ở giai đoạn hạt nảy mầm và giai đoạn cây non. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 1.3.3. Kỹ thuật RAPD trong đánh giá hệ gen của các dòng chọn lọc . . . . 26 1.4. Gen liên quan đến tính chịu hạn ở cây lạc . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28 iv 1.4.1. Các gen liên quan đến khả năng chịu hạn của cây lạc . . . . . . . . . . . 28 1.4.2. Nhóm gen mã hóa protein điều khiển hoạt động phiên mã của các gen chịu hạn . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 1. 5. Cystatin và vai trò của cystatin ở thực vật . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30 1.5.1 Đặc điểm cấu tạo và phân loại cystatin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30 1.5.2. Cấu trúc không gian và cơ chế ức chế của cystatin . . . . . . . . . . . . . 33 1.5.3. Chức năng của cystatin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37 1.5.4. Gen mã hóa cystatin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38 Chương 2. VẬT LIỆU VÀ PHƯƠN G PHÁP N GHIÊN CỨU . . . . . . . . 43 2.1. Vật liệu thực vật . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43 2.2. Hoá chất và thiết bị . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45 2.3. Phương pháp nghiên cứu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45 2.3.1. Phương pháp nuôi cấy in vitro . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46 2.3.2. Phương pháp nghiên cứu đồng ruộng . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49 2.3.3. Phương pháp sinh lý, hoá sinh . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50 2.3.4. Phương pháp sinh học phân tử . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52 2.3.5. Phương pháp phân tích số liệu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55 2.4. Địa điểm nghiên cứu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56 Chương 3. KẾT QUẢ N GHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN . . . . . . . . . . . 57 31. Kết quả tạo dòng chịu hạn bằng kỹ thuật xử lý mô sẹo trong hệ thống nuôi cấy in vitro . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57 3.1.1 Sàng lọc dòng mô sẹo chịu tác động của thổi khô . . . . . . . . . . . . . . 57 3.1.2 Ảnh hưởng của tia gamma kết hợp với thổi khô đến tỷ lệ sống sót và tái sinh cây của giống lạc L18 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66 3.1.3 Đặc điểm nông sinh học của các quần thể lạc ở thế hệ R 0 và RM 0 . 69 3.2. Kết quả phân tích những dòng lạc chọn lọc qua các thế hệ . . . . . . . 74 3.2.1. Đặc điểm nông sinh học các dòng lạc chọn lọc ở thế hệ thứ Nhất và thứ Ba . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74