DI TRUYỀN CÂY ĐẬU NÀNH & STRESS PHI SINH HỌC

DI TRUYỀN CÂY ĐẬU NÀNH & STRESS PHI SINH HỌC NGÂN HÀNG GEN HOA KỲ Ngân hàng Gen Bộ Nông Nghiệp Hoa Kỳ nơi thu thập bảo quản nguồn tài nguyên di truyền đậu nành lớn với 18.480 mẫu giống trồng trọt, 1168 mẫu đậu nành hoang dại, thu thập từ 84 quốc gia toàn giới Tập đoàn giống đánh giá kiểu gen với thị phân tử SNP (SoySNP50K BeadChip) với 50.000 SNPs Tập đoàn mẫu giống vô to lớn xác định chia thành nhóm di truyền khác từ vùng địa lý khác tạo nên tài nguyên di truyền độc đáo riêng cho lĩnh vực di truyền đậu nành Các nhà khoa học phát có suy giảm đáng kể mức độ đa dạng di truyền sở phân tích LD (linkage disequilibrium) phân tích haplotype lồi đậu nành hoang dại, giống địa, không cân đối liên kết gen tập đoàn giống đậu nành trồng trọt vùng Bắc Mỹ Họ xác địnhcác vùng gen ứng cử viên thơng qua tiến trình hóa giống tiến trình chọn lọc người Bắc Mỹ Họ xây dựng đồ “block map” haplotype mẫu giống trồng trọt, hoang dại, giống đậu nành Bắc Mỹ Họ thấy hầu hết kiện tái tổ hợp xảy vùng đánh dấu “haplotype blocks” Các đồ haplotype vô cần thiết cho nhà chọn giống để thực “association mapping” nhằm mục đích xác định gen điều khiển tính trạng có giá trị kinh tế quan trọng Một trắc nghiệm chun mơn có tên “case-control association” làm giảm bớt trục trặc xem xét vùng gen có tiềm hệ gen đậu nành, đặc biệt nhiễm sắc thể, gen điều khiển khối lượng hạt giống đậu nành hóa Cơ sở liệu giúp cho nhà chọn giống dễ dàng tiếp cận với ngân hàng gen, xác định gen điều khiển tính trạng nơng học quan trọng Cơ sở liệu giúp cho nhà chọn giống cải tiến nhanh giống đậu nành cao sản mục tiêu nâng cao suất chất lượng đậu nành (Song ctv 2015) Hình 1: Giản đồ mẫu giống đậu nành trồng trọt hoang dại nhiều nước khác (Song ctv 2015) Hình 2: Phân tích LD (sự đối xứng liên kết gen tái tổ hợp chọn lọc hóa từ loài hoang dại sang loài trồng trọt) (Song ctv 2015) Phân tích LD: mẫu đậu nành hoang dại gồm 806 mẫu, 5396 mẫu giống địa, 562 mẫu giống đậu nành Bắc Mỹ Chỉ có thị SNPs với tần suất alen thấp (khoảng 5%) sử dụng để tính tốn giá trị LD sau hình thành “haplotype blocks” Tính giá trị “pairwise” LD (r2) thị SNPs, xác định “haplotype blocks” dựa sở SNPs qng có kích thước “1-Mb windows” phần mềm PLINK (Purcell ctv 2007) “Haplotype blocks” người ta xác định thơng qua dự đốn giá trị D9 cho tất cặp tổ hợp SNPs Những cặp SNPs xem “haplotype block” nấu giá trị “one-tailed upper” đạt 95% mức tin cậy thống kê không thấp 0.7 (Gabriel ctv 2002) Haplotype block biểu thị giá trị chia sẻ có tính chất cận biên so sánh với khối thuộc loài hoang dại, loài địa, loài đậu nành trồng trọt Bắc Mỹ Hình 3: Phân bố độ lớn “haplotype block” (Song ctv 2015) Hình 9: Phân tích SNPs vùng 29.8–31.6 Mb NST 20 cho thấy tập đoàn tổ tiên giống đậu nành Bắc Mỹ giống ưu việt (màu magenta) khác biệt với soja (màu đỏ) giống địa hàn Quốc (màu đen) Giống tiếng Mỹ: Williams82 Benning, giống tiến Hàn Quốc: Danbaekkong ký hiệu dấu chấm xanh dương (Patil ctv 2017) Hình 10: Cơ sở liệu “resequencing” 106 nguồn giống ngân hàng gen đậu nành soybean germplasm (Valliyodan ctv 2016) BẢN ĐỒ VẬT LÝ TRÊN CƠ SỞ GIẢI TRÌNH TỰ DNA Mặc dù người ta nghiên cứu sâu hệ gen đậu nành [Glycine max (L.) Merrill], số cặp nhiễm sắc thể lớn (n=20) giống lồi trồng chủ lực khác, làm ngăn cản phát triển đồ di truyền có độ phân giải cao sờ quần thể (Lee ctv 2013) Do vậy, người ta xây dựng đồ trền quần thể F15 từ cặp lai dịng thuộc lồi G max G soja thơng qua đa hình thị phân tử InDel người ta tìm kiếm đa hình nội dung “resequencing” hệ gen loài G soja Nhờ thị phân tử InDel người ta dị tìm vùng nghèo thị phân tử (marker-poor regions), khoảng cách trung bình marker đồ giảm cM So sánh với trình tự tham chiếu giống đậu nành William 82 điển hình, đồ di truyền Lee ctv (2013) cho thấy thứ tự markers thuộc 26 vùng chứa gen mục tiêu không tỏ quán Hơn nữa, có markers định vị nhầm hai markers vắng mặt giống đậu nành Williams 82, sáu markers định vị “scaffolds” (khoảng trống làm khung cho nhiễm sắc thể) khơng hịa nhập vào phân tử giả (pseudomolecules) Người ta xác định chuỗi trình tự bị định vị vị trí theo giả thiết “beginning points” đoạn phân tử khác Những đoạn phân tử khác biệt gọi “discordant regions” hầu hết sai lầm (errors) thực kỹ thuật tập hợp lại trình tự giống Williams 82 Sự phân bố tái tổ hợp nhiễm sắc thể giống với sinh vật khác Đánh giá kiểu gen InDel markers thực “resequencing” hệ gen đậu nành từ hai dòng bố mẹ cho thấy vùng nghèo thị phân tử đặc trưng cho vùng du nhập gen (introgression regions) Sự phân bố markers dầy đặc đồ di truyền đóng vai trị cầu nối nghiên cứu genomics chương trình lai tạo giống cao sản chất lượng tốt, chống chịu stress sinh học phi sinh học (Lee ctv 2013) Hình 4: Bản đồ di truyền vật lý, LK (linkage group): trái / pseudomolecule: phải (Lee ctv 2013) Hình 5: Đa dạng biểu thị nhiễm sắc thể 19–20 Trục hồnh đơn vị tính triệu bp (base pairs) genome tham chiếu giống Williams 82; vị trí tâm động đề xuất bới Schmutz ctv (2010) mũi tên in đậm Panel cho thấy tương quan đồ di truyền đồ vật lý (cM, đường màu đen), mức độ tái tổ hợp tương ứng (cM/Mb, đường màu đỏ) tính tốn từ “100-kb sliding windows” vùng hệ gen hai marker liền kề nhau; vùng khác biệt (discrepant regions) đồ di truyền đồ vật lý sở trình tự DNA thể cách khơng liên tục Panel cho thấy số gen quãng 100 kb (đường màu đen) số nguyên tố chuyển vị TE (transposable elements) 100 kb Panel cho thấy số vị trí SNP / 100 kb (trục tung) phần trăm SNPs chia sẻ giống Hwangkeum số SNPs giống IT182932; đường màu xanh giống are Williams 82K, đường màu xanh dương giống IT182932, đường màu đỏ giống Hwangkeum, đường màu đen % SNP chia sẻ (Lee ctv 2013) DI TRUYỀN TÍNH CHỐNG CHỊU MẶN Chọn tạo giống đậu nành chống chịu mặn cao quan trọng cho số vùng sản xuất đậu nành Hoa Kỳ giới Giống đậu nành Fiskeby III (PI 438471) thuộc nhóm có thời gian sinh trưởng 000 ghi nhận có tính chống chịu tốt với nhiều loại hình stress phi sinh học, bao gồm mặn Theo nghiên cứu này, quần thể lập đồ có 132 dịng F2 từ tổ hợp lai giống Williams 82 (PI 518671, nhiễm mặn trung bình) giống Fiskeby III (chống chịu mặn) phát triển để xây dựng đồ QTL Đánh giá kiểu hình chống chịu mặn theo phương pháp LSS (leaf scorch score), CCR (chlorophyll content ratio), LSC (leaf sodium content) LCC (leaf chloride content) Nghiệm thức xử lý mặn 120 mM NaCl điều kiện nhà kính Phân tích kiểu gen quần thể F2 với phần mềm SoySNP6K Illumina Infinium BeadChip assay Một alen chủ lực từ giống đậu nành Fiskeby III liên quan có ý nghĩa với LSS, CCR, LSC, LCC nhiễm sắc thể 3, LOD scores 19.1, 11.0, 7.7 25.6, theo thứ tự Thêm vào đó, locus thứ hai có liên quan đến chống chịu mặn LSC phát ghi đồ nhiễm sắc thể 13, LOD score 4.6 giá trị R2 0.115 Ba thị phân tử đa hình (Salt-20, Salt14056 Salt11655) NST3 biểu thị kết hợp mạnh mẽ với kiểu hình chống chịu mặn quần thể đồ Những thị phân tử hữu ích cho nhà chọn giống đậu nành (Đỗ Đức Tuyến ctv 2017) Hình 18: LOD vị trí locus liên quan đến LSC NST3 (a) Một locus giả định LSC NST 13 (b) quần thể F2: họ dẫn xuất từ cặp lai Williams 82 x Fiskeby III (Đỗ Đức Tuyến ctv 2017) Hình 19: LOD vị trí locus liên quan đến LSS, CCR, LSC, LCC NST3 quần thể F2:3 dẫn xuất từ tổ hợp lai Williams 82 x Fiskeby III (Đỗ Đức Tuyến ctv 2017) Hình 20: Dịng hóa sở đồ gen Ncl thể gen chống chịu mặn (a) Fine mapping gen Ncl vùng có kích thước 16.6-kp thị SSR25.8 CAPS42.4 NST (b) Thể gen Ncl qua phân tích semi-quantitative RT-PCR rễ, xử lý ngày ngày sau cho 100 mM mM (Control) NaCl điều kiện thủy canh Gen actin dùng làm đối chứng (Đỗ Đức Tuyến ctv 2016) DI TRUYỀN TÍNH CHỐNG CHỊU NGẬP Tara T VanToai ctv (2001) thực cơng trình nghiên cứu giống đậu tương chịu ngập (water logging) luân canh đất trồng lúa – đồng sống Cửu Long, tủy triều lên xuống, mưa nhiều, v.v… Quần thể cận giao tái tổ hợp RILs với 208 dòng lai từ tổ hợp lai giống Archer x Minsoy Archer x Noir I, cho ngập tuền liên tục giai đoạn trổ Đối chứng khơng ngập nước Địa điểm thí nghiệm Columbus, Ohio, năm 1997, 1998; địa điểm Wooster, Ohio năm 1998 Một QTL xác định liên kết với thị phân tử Sat_064; nguồn cho gen kháng Archer kết hợp với cải tiến tăng trưởng (11-18%) suất (47-180%) điều kiện ngập nước QTL có mức độ tin cậy cao (p = 0.02 – 0.000001) hai quần thể RILs Columbus (1997-1998) không Wooster 1998 QTL Sat_064 độc nhứt liên kết chặt chẽ với gen Rps4 kháng Phytophthora (Phytopththora sojae M.J Kaufmann J.W Gerdemenn) Tuy nhiên, Archer khơng có alen kháng Rps4, khơng phải QTL kh1ng bệnh Các dịng NILs (near-isogenic lines) có khơng có thị Sat_064 phát triển trắc nghiện tính chống chịu ngập đồng ruộng, nhằm khẳng định phối hợp QTL với tính chống chịu ngập đậu nành (Van Toai ctv 2001) Tổng quan Ahmed ctv (2013) thể bảng, với lúa nước, cao lương, lúa mạch, bắp đậu nành Bhatia ctv (2014) liệt kê nguồn vật liệu cung cấp gen chống chịu ngập, kiểu “waterlogging”, JS 95 60, JS 97 52, Bhatt, Cat 3299 and JS 93 05 Cornelious ctv (2005) phân tích đồ QTL tính trạng chống chịu ngập: hai quần thể RILs (F6:11), (quần thể 1) 103 dịng thuộc A5403 × Archer; (quần thể 2) 67 dịng thuộc P9641 × Archer Xử lý ngập nước đồng ruộng năm 2001, 2002, 2003 Hệ số di truyền nghĩa rộng tính trạng chống chịu ngập 0.59 cho quần thể 0.43 cho quần thể Sử dụng 912 thị SSRs để dị tìm vùng ứng cử viên gen chống chịu ngập Markers from the candidate regions were used to genotype the RILs in both populations Cả hai phân tích SMA (single marker analysis) CIM (composite interval mapping) xác định QTL mục tiêu Mười bảu thị quần thể 15 quần thể biểu thị liên kết có ý nghĩa với QTLs (p