Dòng thuần B73 và Mo17 hoặc phiên bản của chúng được sử dụng làm bố
mẹ phổ biến nhất trong tạo giống ngô lai chín trung bình và muộn ở Trung và Nam Châu Âu. Bởi vì chúng quan trọng trong sản suất ngô lai, Stojakovic et al. (2007) đã lai những dòng này để cải tiến những dòng thuần đang có. Con lai được tự phối đến thế hệ S6 bằng chọn lọc phả hệ. Phân tích năng suất hạt của tổ hợp lai giữa B73 và các dòng nghiên cứu lấy Mo17 làm tester, và các tổ hợp lai giữa các dòng nghiên cứu với Mo17 và B73 làm tester. Theo dõi đánh giá chiều dài bắp, số hàng hạt và khối lượng 1000 hạt. Chọn lọc lại dòng B73 và Mo17 biểu hiện biến động mạnh những tính trạng này. Nhận biết 3 trong 19 tổ hợp lai thử với B73 và Mo17 biểu hiện năng suất cao hơn ở mức có ý nghĩa (P<0.05) so với chỉ lai giữa hai dòng chuẩn B73xMo17. Trong các dòng có nguồn B73 có 1 dòng lai với Mo17 có năng suất cao hơn đối chứng ở mức có ý nghĩa. Một số con cái tự phối biểu hiện đặc
Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp Page 17 Steven R. Eichten et al. (2011) nghiên cứu các dòng đẳng gen từ Mo17 và B73 để tìm hiểu cấu trúc di truyền ở ngô cho rằng sự tái tổ hợp các dòng thuần ngô (Zea mays ssp. mays), hai dòng thuần Mo17 và B73 đã được sử dụng rộng rãi để
khám phá locus tính trạng số lượng điều khiển rất nhiều tính trạng hình thái và cũng là một nguồn vật liệu để lập bản đồ di truyền mật độ cao. Hai dòng này đã được sử
dụng để tạo một bộ dòng đẳng gen (near-isogenic lines -NILs) có những vùng chuyển gen nhỏ trong cả hai nền di truyền. Phương pháp phân tích kiểu gen mới sử
dụng điểm của kiểu gen qua 7.000 locus trong 100 dòng NIL của B73 và 50 dòng NIL của Mo17. Đây là quần thể mang gen ngoài được chuyển vào phủ phần lớn genome ngô. Bộ dòng NIL này đóng vai trò giảm dị hợp trên cơ sở phả hệ và sự
giảm dị hợp này làm tăng thêm ở vùng tâm động có khả năng tái tổ hợp thấp. Sử
dụng quần thể này để phát hiện và cốđịnh locus tính trạng số lượng thông qua phân tích phương sai chiều cao cây.
Dòng thuần B73 và Mo17 hoặc một số phiên bản của chúng được sử dụng làm cặp bố mẹ phổ biến nhất đế phát triển các giống ngô lai chín muộn và trung ngày ở Serbia và Montenegro. Bởi vì tính vượt trội về năng suất của dòng B73 trong tổ hợp ngô lai, các tác giả đã chọn một số dòng kiểu B73 và một số dòng không có quan hệđể lai tạo tổ hợp lai. Sử dụng phương pháp phả hệ phát triển con cái đến thế hệ S6. Tiềm năng năng suất hạt, chiều dài bắp, số hàng hạt và không lượng 1000 hạt lai thử với tester là dòng Mo17 đã được đánh giá. Giữa các dòng mới có quan hệ với B73 dòng 260277/2 có tiềm năng nắng suất cao khi lai với Mo17. Các dòng 260465/1, 260362/1, 260747/4, 260357/13, 260151/2 và 260156/2 chiều dài bắp dài hơn trung bình của tất cả con cái. So sánh với trung bình các dòng 260341/7, 260317/4, 260277/2 và 260187/2 có số hàng hạt nhiều hơn ở mức có ý nghĩa; trong khi các dòng 260362/1, 260130/5, 260277/2, 260151/2 và 260187/2 có khối lượng 1000 hạt cao hơn trung bình ở mức có ý nghĩa.
Có thể sử dụng nguồn vật liệu di truyền không ưu tú, nhưng có mang các lallele kháng bệnh, năm 2000 Aldi Kraja và cộng sự nghiên cứu giá trị của các mẫu nguồn gen ngô (Zea mays L.) ôn đới và nhiệt đới là nguồn vật liệu di truyển có mang allele kháng bệnh để cải tiến kháng bệnh của giống ngô lai FR1064 x LH185.
Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp Page 18 Nghiên cứu thực hiện lai một nhóm quần thể nhiệt đới và ngô lai từ dự án nâng cao nguồn gen ngô (Germplasm Enhancement of Maize Project-GEM) lai với Mo17 hoặc B73 (các dòng thuần ngô ôn đới). Bên cạnh, cũng đánh giá nhóm mẫu nguồn gen ôn đới. Sự phản ứng với bệnh đóm lá ngô miền Nam (southern corn leaf blight (SCLB) [Bipolaris maydis (Nisikado và Miyake), Shoemaker = Helminthosporium maydis Nisikado&Miyake], bệnh đốm lá ngô miền bắc (northern corn leaf spot - NCLS) [Bipolaris zeicola (G. L. Stout) Shoemaker = Helminthosporium carbonum
Ullstrup chủng 2 và 3], bệnh đốm xám lá ngô (gray leaf spot -GLS) (Cercospora zeae-maydis Tehon và E.Y. Daniels), bệnh đốm lá ngô miền Bắc (northern corn leaf blight -NCLB) [Exserohilum turcicum (Pass.) K. J. Leonard & E.G. Suggs=Helminthosporiumturcicum Pass., chủng 1, 1, 2, 23N và 3 chúng chưa nhận biết] và bệnh gỉ sắt (Puccinia sorghi Schwein). Nghiên cứu ử dụng phương pháp (Dudley’s method) để nhận biết quần thể mang allele có lợi. Tất cả các mẫu nguồn gen có allele trội kháng bệnh gỉ sắt, đốm lá không có mặt trong FR1064 x LH185. Bốn mẫu nguồn gen có số allele kháng bệnh không sai khác có ý nghĩa với mẫu tốt nhất kháng 5 bệnh.
Tổ hợp lai của các mẫu mang Mo17 với FR1064 và LH185 nhiễm nhẹ hơn với SCLB, NCLB, và gỉ sắt so với cặp lại giữa cacs mẫu nguồn gen mang B73. Có 7 trong 10 quần thể nhiệt đới tốt nhất x Mo17 cho kháng SCLB, NCLB, và gỉ sắt rust khi các quần thể mang allele kháng và không có mặt trong LH185 và FR1064. Phân tích thông kê ngô nhiệt đới x B73 và ngô nhiệt đới x Mo17 chỉ ra rằng khi lai trở lại hoặc tự thụ phấn con lai F1 cho kết quả triển vọng hơn. Do đó, nếu quần thể
ngô nhiệt đới lại với dòng thuần Corn Belt tăng khả năng thích nghi, sự so sánh giữa các quần thể ngô nhiệt đới chỉ nên so sánh khi tất cả các quần thể lai với cung một dòng thuần Corn Belt.
Các dòng thuần ngô đặc thù đã đóng vai trò nền tảng trong di truyền và chọn giống ở ngô. Nghiên cứu đặc điểm biến dị của các gen đặc thù của các dòng ngô
đặc thù này và nguồn gốc của các dòng có ý nghĩa quan trọng để đánh giá sớm và nhận biết những tính trạng quan trọng của các dòng thuần ngô.
Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp Page 19 Gen khử nitrate (NR) đóng vai trò trung tâm trong thu nhận nitrate là gen mục tiêu trong nghiên cứu của các nhà khoa học Trung Quốc năm 2010. Các tác giả
nghiên cứu trên 41 dòng ngô thuần có 4 dòng chìa khóa là: Huangzaosi, Mo17, Dan340, và Ye478. Thông qua xắp xếp trình tự nhân của gen NR của B73, sử dụng như là đối chứng, các tác giả đã phát hiện: 1 gen NR của hầu hết các dòng từ
Huangzaosi và các dòng đã có hai đoạn lồng và 2 đoạn lặp lại; 2 gen NR của hầu hết các dòng từ Mo17 và các dòng có một đoạn lồng và một đoạn lặp lại; 3 có 3 biến dị phổ biến và 8 SNP phổ biến trong gen NR của 4 dòng đặc thù.
Nhân và nhân biết gen NR: sản phẩm PCR của 4 phân đoạn trùng lấp nhận biết bằng điện di trên gel agarose như sau:
Hình 1.1. Sản phẩm PCR 4 phân đoạn trùng lấp (M = DNA maker, Lanes 1-7 = sản phẩm PCR của 4 phân đoạn trùng lấp, A. phân đoạn thứ nhất, B.
phân đoạn thứ hai, C. phân đoạn thứ ba, D. phân đoạn thứ tư)
Ngô là một cây trồng quan trọng ở Trung Quốc, diện tích trồng ngô ở Trung Quốc khoảng 25,4 triệu ha với sản lượng khoảng 130 triệu tấn, năng suất trung bình 5,12 t/ha (Zhang, 2005). Trong 30 năm qua những dòng ngô thuần đặc biệt nhất
đóng vai trò quan trọng trong nghiên cứu di truyền và chọn tạo giống ngô. Những dòng ngô đặc biệt không chỉ đóng góp trực tiếp tạo ra một số lớn các giống ngô lai mà còn có giá trị sử dụng để phát triển các dòng thuần khác.
Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp Page 20 Các dòng ngô thuần công cộng vẫn tiếp tục đóng vai trò quan trọng trong chọn tạo giống ngô (Zea mays L.) của nhiều chương trình chọn giống ngô khác nhau. Chúng tiếp tục được sử dụng nhân tăng số hạt và làm nguồn phát triển dòng thuần mới. Các tác giả nghiên cứu đánh giá mức độ đa dạng di truyền giữa và trong các dòng có nguồn khác nhau bằng marker SSR. Các tác giả sử dụng 6 dòng thuần trong nghiên cứu là B73, CM105, Mo17, Oh43, W153R, và Wf9 thu được từ 14 nguồn (các chương trình tạo giống). Phân tích phương sai di truyền phân tử
(ANOVA), phân tích đa dạng di truyền và khoảng cách di truyền (Dice's coefficient).Tổng số phươngg sai tần suất gen quan sát được là 87,8% giữa các đòng thuần, 7,6% các nguồn trong cùng dòng, và 4,6% trong cùng nguồn. Các kiểu gen nhân biết trên cơ sở tên các dòng từ 8 nguồn khác nhau có sự sai khác trên cơ sở 44 locus SSR. Trung bình đồng hình di truyền giữa các nguồn lớn hơn 85%. Kết luận rằng mặc dù có sự đa dạng giữa 6 dòng thuần, nhưng phương sai có ý nghĩa thấp giữa các nguồn hạt trong cùng dòng. Sự sai khác nhau có thể do quá trình duy trì đã làm sai lệch di truyền của dòng nhưng chưa chứng minh được do đột biến hoặc do nhận phấn ngoài. Nghiên cứu khuyến nghị để bảo tồn nguồn gen, lập bản đồ di truyền, phát triển marker và tái tổ hợp để duy trì giống lâu dài cần có những giải pháp kỹ thuật phù hợp trong phát triển và duy trì dòng ngô thuần.
Cấu trúc rễ liên quan chặt chẽ đến sự sông sót của cây dưới điều kiện bất thuận sinh học và phi sinh học (abiotic and biotic stress). Các tác giả nghiên cứu khám phá di truyền cơ bản của hệ thống rễ phức tạp ở ngô (Zea mays L.). Tổng số
231 dòng thuần tái hợp (RIL) từ quần thể IBM (B73×Mo17) nhân hệ thống rễ cơ
bản đã được thí nghiệm trong thí nghiệm lặp lại alpha lattice. Hình ảnh của mỗi hệ
thống rễ được ghi lại tại 4 và 8 ngày sau khi nảy mầm. Mỗi hình ảnh hệ thống rễ được phân tích đa chiều (fractal dimension (FD)). Sự khác nhau ở mức có ý nghĩa giữa các dòng RIL đã được nhận biết sau 4 ngày (FD1) và 8 ngày (FD2). Với FD1 22 QTLs, FD2 13 QTL, và sự thay đổi FD qua thời gian 12 QTLs trên tất cả 10 NST ngô giải thích 24,6 và 46,8% phương sai kiểu hình. Cả hai bố mẹ đóng góp bằng allele QTL của FD. FD1 và FD2 có 5 BIN NST chúng. 4 QTL duy nhất được
Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp Page 21 tìm thấy điều khiển sinh trưởng của rễ giữa 4 và 8 ngày. Các đột biến liên quan đến hình thái rễ ngô nằm trên các BIN của NST mang các QTL của FD1 hoặc FD2. Nghiên cứu này chứng minh hữu ích của quần thể IBM như là một nguồn di truyền công cộng để nghiên cứu di truyền cơ bản của hệ thống rễ ngô.
Ưu thế lai hoặc sức sống ưu thế lai được xem là hiên tượng con cái của hai dòng thuần biểu hiện sinh khối cao hơn bố mẹ, phát triển nhanh và hữu dục tốt hơn cả hai bố mẹ. Minh họa 2 dòng thuần B73 và Mo17 , con lai của chúng trong hình sau
Hình 1.2. Hai dòng thuần (B73 và Mo17) và con lai của chúng
Hiện tượng ưu thế lai này đã được khai thác mạnh mẽở cây trồng và là động lực mạnh cho quá trình tiến hóa ở thực vật. Di truyền cơ bản của hiện tượng ưu thế
lai đã thảo luận gần một thế kỷ qua (Shull, 1908; Bruce, 1910; Jones, 1917), nhưng rất ít sự đồng thuận. Sự tiến bộ của kỷ nguyên genome, các công cụ gần đây được thiết lập trên cơ sở phân tử để tìm hiểu về hiện tượng ưu thế lai (heterosis). Thời gian qua có xu hướng cho là bất kỳ sự khác nhau phân tử nào giữa hai bố mẹ và con cái là những đóng góp cơ bản vào ưu thế lai. Nó hình như bắt nguồn từđa di truyền tự nhiên và rút cuộc một nguyên lý đồng nhất xuất hiện. Các tác giả tóm tắt những
đặc điểm nổi bật của ưu thế lai giải thích dưới mô hình phân tử. Hai giả thuyết trung tâm giải thích hiện tương ưu thế lai (Crow, 1948).
Thứ nhất là giả thuyết tính trội “dominance,” khởi đầu kết quả ưu thế lai là do bổ sung những alen có lợi của một bên bố mẹ cho bố mẹ khác đang có mặt của alen bất lợi qua thời gian, giả thuyết này được thống nhất là biểu hiện kiểu gen dị
Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp Page 22 Giả thuyết thứ 2: ưu thế lai là siêu trội “over-dominance,” được coi là tương tác của các alen xảy ra trong tổ hợp lai của loại dị hợp tốt hơn đồng hợp.
Mặc dù hai giả thuyết này đã phát triển, chúng được coi là không cộng tính, sự khác nhau trong phả hệ. Những giả thuyết này đặt ra trước khái niệm di truyền phân tử nên đã không chính xác và lên kết với nguyên lý phân tử. Do vậy chúng đã giảm bới sử dụng mô tả các tham số phân tử về ưu thế lai. Tại mức phân tử, một nhìn nhận hai mô hình sâu sắc để giải thích hiện tượng ưu thế lai.