Phần 5 Kết luận và kiến nghị
4.9. Sự phân rã LD theo khoảng cách vật lý giữa các cặp marker trên
12 NST ở nhóm giống indica
Kết quả nghiên cứu cho thấy có sự khác nhau rõ rệt về phân rã LD trong tồn hệ gen giữa nhóm giống thuộc lồi phụ indica và nhóm giống thuộc lồi phụ
japonica. Những khác biệt này cũng gặp phải trong các bộ giống khác, trong các
nghiên cứu đã đƣợc cơng bố. Ví dụ nhƣ, Mather et al. (2007) đã xác định đƣợc khoảng rộng của LD ở nhóm giống lúa temperate japonica là trên 500 kb, trong khi trong nhóm tropical japonica chỉ là khoảng 150 kb, và của indica chỉ là
khoảng 75 kb. Nguyên nhân là do lịch sử tiến hóa khác biệt giữa các nhóm lồi phụ, đặc biệt là tác động của các nút cổ chai xảy ra do quá trình chọn lọc và thuần hóa của con ngƣời, sự di cƣ và quá trình lai tạo (Londo et al., 2006; Molina
Chú thích: Trục tung biểu diễn giá trị của LD thơng qua hệ số r2; Trục hồnh biểu diễn khoảng cách vật lý giữa các cặp điểm đánh dấu trên NST (kb)
Hình 4.10. Sự phân rã LD theo khoảng cách vật lý giữa các cặp marker trên 12 NST ở nhóm giống japonica 12 NST ở nhóm giống japonica
Sự phân rã LD chậm hơn ở nhóm lồi phụ japonica có thể là do sự phân
hóa cấu trúc mạnh hơn trong nhóm này, với sự hiện diện của 4 phân nhóm từ J1 đến J4 nhƣ đã thấy ở Hình 4.8. Trong cùng một nhóm giống nghiên cứu, sự biến thiên của sự phân rã LD giữa các nhiễm sắc thể có thể liên quan đến sự biểu hiện của các gen trên các nhiễm sắc thể riêng biệt dƣới tác động của quá trình chọn lọc tự nhiên (Olsen et al., 2006), hoặc do sự khác biệt về tỷ lệ tái tổ hợp bị ảnh hƣởng bởi tỷ lệ ADN lặp hoặc khác biệt về cấu trúc. Mặc dù vậy, với khoảng cách trung bình của các điểm đánh dấu trong toàn hệ gen là 17,1 kb, cao hơn phân rã của r2, do đó kết quả này là phù hợp để phát triển nghiên cứu GWAS trong bƣớc tiếp theo.
4.4. KẾT QUẢ ĐÁNH GIÁ KIỂU HÌNH CÁC TÍNH TRẠNG LIÊN QUAN ĐẾN SỰ PHÁT TRIỂN BỘ RỄ Ở CÁC MẪU GIỐNG NGHIÊN CỨU ĐẾN SỰ PHÁT TRIỂN BỘ RỄ Ở CÁC MẪU GIỐNG NGHIÊN CỨU
4.4.1. Kết quả phân tích phƣơng sai và các thống kê cơ bản
Thí nghiệm đánh giá đặc điểm phát triển bộ rễ đã đƣợc tiến hành trên 200 giống lúa đƣợc lựa chọn từ hơn 270 giống đã tham gia đánh giá đặc điểm nông sinh học cơ bản, kết quả chúng tôi thu đƣợc số liệu đầy đủ từ 194 giống lúa, 6 giống lúa vì một số lý do nên bị khuyết số liệu và bị loại bỏ khỏi nghiên cứu.
Kết quả phân tích phƣơng sai (ANOVA) đƣợc thể hiện ở Bảng 4.7 cho thấy yếu tố giống có ảnh hƣởng mạnh mẽ đến kết quả thu đƣợc của các chỉ tiêu nghiên cứu. Hệ số di truyền theo nghĩa rộng (H2) của các tính trạng dao động từ 0,65 đến 0,90 (ở mức trung bình đến cao), trừ hai tính trạng độ ăn sâu của rễ (DEPTH) và chiều dài rễ tối đa (MRL) có hệ số di truyền (H2) tƣơng ứng là 0,35 và 0,46. Ở một số tính trạng ghi nhận sự sai khác có ý nghĩa trong các lần lặp lại, đặc biệt là giữa các block, hầu nhƣ sự sai khác có ý nghĩa ln ở mức cao đã chỉ ra sự không đồng nhất giữa các lần lặp lại mà việc thiết kế thí nghiệm đã giúp kiểm sốt và giảm thiểu tác động của sự khơng đồng nhất này đến kết quả nghiên cứu. Sự không đồng nhất về môi trƣờng này có thể là do sự khác biệt nhẹ về cƣờng độ ánh sáng do ảnh hƣởng bóng của các cây bên cạnh hoặc do sự sắp xếp thành các khối trong nhà lƣới, giữa các cây đƣợc sắp xếp ở vùng biên và các cây ở giữa.
Các giá trị thống kê cơ bản nhƣ: giá trị trung bình (mean), độ lệch chuẩn (SD), giá trị lớn nhất (max), giá trị nhỏ nhất (min) và hệ số biến động (CV%), của mỗi tính trạng trong cả tập đoàn 194 giống đƣợc thống kê ở Bảng 4.8.
Sử dụng phần mền RASTA, các số liệu liên quan đến phần thân và rễ của các giống lúa trong tập đồn đã đƣợc khái q thành hình ảnh, đƣợc trình bày ở Hình 4.11. Kết quả ở Bảng 4.8 cho thấy 13 chỉ tiêu theo dõi có độ biến động khá lớn (từ 20% đến 62,6%) trừ các tính trạng chiều dài thân (13,3%), độ ăn sâu của rễ (5,8%), chiều dài rễ tối đa (6,8%), độ dày rễ (13,7%), Phần trăm khối lƣợng khơ của phần rễ ăn nơng (12,1%). Tính trạng có CV% biến động mạnh mẽ nhất là DWB60, là khối lƣợng khô của phần rễ dài hơn 60 cm, với CV% lên tới 62,6%. Những biến động này chủ yếu xuất phát từ sự đa dạng của các giống lúa trong tập đoàn nghiên cứu. Độ ăn sâu của rễ (DEPTH) có giá trị CV% nhỏ nhất,
chỉ 5,8% vì các giống đều đƣợc gieo giống nhau trên một ống cát có độ dài 80 cm, đây có thể là một nguyên nhân hạn chế mức độ đa dạng về khả năng ăn sâu của rễ ở các giống lúa khác nhau.
Bảng 4.7. Kết quả phân tích ANOVA và hệ số di truyền theo nghĩa rộng của các tính trạng nghiên cứu
Tính trạng Nhắc lại Block Giống H2
LLGHT < 0,001 < 0,001 < 0,001 0,90 TIL < 0,001 0,0009 < 0,001 0,80 SDW 0,0043 < 0,0001 < 0,0001 0,73 DEPTH 0,0254 0,0003 0,0002 0,35 MRL 0,1428 0,0277 0,0001 0,46 NCR 0,2270 < 0,0001 < 0,0001 0,84 NR_T <0,001 0,3450 < 0,0001 0,72 THK 0,0071 0,0017 < 0,0001 0,84 DW0020 0,0546 < 0,0001 < 0,0001 0,74 DW2040 0,1605 < 0,0001 < 0,0001 0,68 DW4060 0,4307 < 0,001 < 0,0001 0,69 DWB60 0,0260 0,0047 < 0,0001 0,70 DRW 0,0863 0,0004 < 0,0001 0,75 RDW 0,0650 < 0,0001 < 0,0001 0,75 PDW 0,0364 < 0,0001 < 0,0001 0,73 SRP 0,0207 0,0002 < 0,0001 0,72 DRP 0,0179 0,0045 < 0,0001 0,65 R_S < 0,0001 < 0,0001 < 0,0001 0,75 Trong đó: H2
là hệ số di truyền theo nghĩa rộng; LLGTH: Chiều dài thân; MRL: chiều dài rễ tối đa; TIL: Số nhánh; SDW: Khối lƣợng khô phần thân; DEPTH: Độ ăn sâu của rễ; NCR: Số lƣợng rễ bất định;
THK: Độ dày của rễ; DW0020: Khối lƣợng khơ của phần rễ từ 0 đến 20 cm tính từ gốc; DW2040: Khối lƣợng khơ của phần rễ từ 20 đến 40 cm tính từ gốc; DW4060: Khối lƣợng khơ của phần rễ từ 40 đến 60 cm
tính từ gốc; DWB60: Khối lƣợng khơ của phần rễ dài hơn 60 cm tính từ gốc; RDW: Khối lƣợng khơ của toàn bộ rễ lúa; DRW: Khối lƣợng khô của phần rễ ăn sâu hơn 40 cm tính từ gốc; PDW: Khối lƣợng khơ của cả cây lúa (cả thân và rễ); SRP: Phần trăm khối lƣợng khô của phần rễ ăn nông; DRP: Phần trăm
khối lƣợng khô của phần rễ ăn sâu; R_S: Tỷ lệ khối lƣợng khô giữa phần rễ và phần thân cây; NR_T: Số rễ bất định trung bình trên 1 nhánh.
Bảng 4.8. Các giá trị thống kê cơ bản của các tính trạng liên quan đến đặc điểm phát triển bộ rễ ở các mẫu giống nghiên cứu
Tính trạng Số mẫu Trung Bình Độ lệch chuẩn GT nhỏ nhất GT lớn nhất CV (%) LLGHT (cm) 194 94,7 12,6 63,9 125,0 13,3 TIL (nhánh) 194 7,45 3,82 1,61 20,8 51,3 SDW (g) 194 5,661 2,114 1,283 13,670 37,3 DEPTH (cm) 194 69,2 4,0 53,4 76,8 5,8 MRL (cm) 194 85,9 5,9 69,6 99,4 6,8 NCR (rễ) 194 91,9 30,2 32,5 176,8 32,8 NR_T (rễ/nhánh) 194 14,5 4,4 5,5 34,9 30,0 THK (mm) 194 0,769 0,105 0,488 0,999 13,7 DW0020 (g) 194 0,879 0,277 0,313 1,785 31,5 DW2040 (g) 194 0,452 0,170 0,128 1,025 37,5 DW4060 (g) 194 0,208 0,102 0,034 0,549 48,9 DWB60 (g) 194 0,096 0,060 0,005 0,364 62,6 DRW (g) 194 0,303 0,146 0,031 0,780 48,1 RDW (g) 194 1,635 0,549 0,472 3,164 33,6 PDW (g) 194 7,291 2,572 1,936 16,810 35,3 SRP (%) 194 54,8 6,6 37,7 83,1 12,1 DRP (%) 194 17,9 4,5 4,5 29,3 25,3 R_S (tỷ lệ) 194 0,3052 0,0626 0,1697 0,4968 20,5
Chú thích: LLGTH: Chiều dài thân; MRL:Chiều dài rễ tối đa; TIL: Số nhánh; SDW: Khối lƣợng khô phần thân cây; DEPTH: Độ ăn sâu của rễ; NCR: Số lƣợng rễ bất định; THK: Độ dày của rễ; DW0020: Khối lƣợng khơ của phần rễ từ 0 đến 20 cm tính từ gốc; DW2040: Khối lƣợng khơ của phần rễ từ 20 đến 40 cm tính từ gốc; DW4060: Khối lƣợng khơ của phần rễ từ 40 đến 60 cm tính từ gốc;
DWB60: Khối lƣợng khơ của phần rễ dài hơn 60 cm tính từ gốc; RDW: Khối lƣợng khơ của tồn bộ rễ lúa; DRW: Khối lƣợng khô của phần rễ ăn sâu hơn 40 cm tính từ gốc; PDW: Khối lƣợng
khơ của cả cây lúa (cả thân và rễ); SRP: Phần trăm khối lƣợng khô của phần rễ ăn nông; DRP: Phần trăm khối lƣợng khô của phần rễ ăn sâu; R_S: Tỷ lệ khối lƣợng khơ giữa
Chú thích: Hình ảnh một cây đƣợc biểu diễn bởi hai hình đa giác ngƣợc chiều nhau. Phần màu xanh ở trên là phần thân cây, trong đó chiều cao của đa giác tỷ lệ thuận với chiều cao thực tế của cây (LLGHT),
độ rộng của đáy đa giác tỷ lệ thuận với khối lƣợng thân (SDW), cƣờng độ màu xanh tỷ lệ thuận với số nhánh/cây. Phần màu đen ở dƣới là phần rễ, trong đó: Chiều cao của đa giác tỷ lệ với chiều dài rễ tối đa
(MRL), độ rộng của đáy đa giác tỷ lệ với khối lƣợng của 4 phần rễ (DW0020, DW2040, DW4060 và DWB60), cƣờng độ màu đen tỷ lệ thuận với số lƣợng rễ bất định của từng giống.
Hình 4.11. Hình ảnh biểu diễn mối tƣơng quan giữa thân và rễ của 194 mẫu giống trong tập đoàn sử dụng phần mềm RASTA
Bảng 4.8 cũng cho thấy có sự khác biệt rất lớn về số lƣợng rễ bất định ở các mẫu giống khác nhau trong tập đoàn nghiên cứu, mẫu giống có số lƣợng rễ bất định trung bình nhỏ nhất là 32,5 rễ/cây, trong khi giống có số lƣợng rễ trung bình lớn nhất là 176,8 rễ/cây, hệ số biến động CV% là 32,8%. Chiều hƣớng biến động của CV% ở cả tập đoàn nghiên cứu cũng tƣơng tự nhƣ khi tách các số liệu và xử lý cho từng nhóm giống thuộc loài phụ indica và japonica. Kết quả phân tích
thống kê cơ bản của các tính trạng nghiên cứu chia theo các nhóm lồi phụ đƣợc trình bày ở Bảng 4.9.
Có thể thấy rằng ở nhóm tính trạng có liên quan đến khối lƣợng khô, bao gồm cả các tính trạng liên quan đến phần thân hay phần rễ, độ sâu của rễ (SDW, MRL, DW0020, DW2040, DW4060, DWB60, RDW, DRW và PDW), giá trị trung bình của các mẫu giống thuộc lồi phụ indica đều có xu hƣớng cao hơn so
với các mẫu giống thuộc loại phụ japonica. Các mẫu giống indica thƣờng có
khối lƣợng trung bình lớn hơn, phần thân lá thấp hơn, số lƣợng nhánh và số rễ bất định nhiều hơn, nhƣng rễ mảnh hơn, nguồn phân bổ cho rễ ít hơn, đặc biệt là phần rễ sâu (tỷ lệ R_S và DRP thấp hơn so với các giống thuộc nhóm lồi phụ
japonica). Tuy nhiên, sự phân bố của các tính trạng trong biểu đồ ở Hình 4.12 đã
chỉ ra rằng khoảng biến động của các mẫu giống thuộc nhóm indica và japonica là chồng chéo nhau. Điều này càng đƣợc khẳng định khi so sánh giá trị trung bình của các mẫu giống thuộc lồi phụ indica và japonica trong tập đoàn nghiên cứu và giữa các phân nhóm trong trong 2 loài phụ trên, kết quả so sánh đƣợc thể hiện ở Bảng 4.10. Phần lớn các tính trạng trừ DEPTH, MRL, DWB60, SRP, DRP và R_S, giá trị kiểu hình giữa nhóm indica và japonica trong tập đồn
nghiên cứu có sự khác biệt ở mức ý nghĩa khá cao.
Sự khác biệt này cũng xuất hiện bên trong các nhóm, giữa các phân nhóm ở hầu hết các tính trạng theo dõi, trừ DEPTH trong nhóm lồi phụ indica; TIL,
SDW, NR_T và PDW trong nhóm lồi phụ japonica và DW0020 ở cả hai nhóm. Tỷ lệ phần trăm của sự khác biệt về kiểu hình đƣợc giải thích bởi cấu trúc quần thể nghiên cứu (sử dụng STRUCTURE) đƣa ra một giá trị ƣớc lƣợng của mối quan hệ giữa cấu trúc di truyền và biểu hiện của một tính trạng nhất định, tƣơng đƣơng, tỷ lệ phần trăm cao liên quan tới sự khác biệt về kiểu hình bên trong các nhóm lồi phụ (Bảng 4.10).
Bảng 4.9. Giá trị thống kê cơ bản của các tính trạng nghiên cứu theo 2 nhóm giống indica (ind) và japonica (jap)
Tính trạng N N Mean SD Min Max CV Mean SD Min Max CV
ind jap ind ind ind ind ind jap jap jap jap jap
LLGHT (cm) 121 66 93,3 12,8 63,9 116,4 13,7 97,7 11,9 67,3 125,0 12,2 TIL (nhánh) 121 66 9,18 3,62 1,61 20,75 39,5 4,27 1,51 1,69 10,83 35,6 SDW (g) 121 66 6,540 2,058 2,230 13,67 31,5 4,074 1,138 1,283 7,785 27,9 DEPTH (cm) 121 66 69,0 3,9 58,8 76,8 5,6 69,4 4,4 53,4 76,10 6,4 MRL (cm) 121 66 86,2 5,8 69,6 99,4 6,7 85,3 6,2 70,3 97,18 7,2 NCR (rễ) 121 66 105,6 25,1 42,8 176,8 23,7 64,9 18,4 32,5 119,1 28,3 NR_T (rễ/nhánh) 121 66 13,6 4,2 5,5 26,9 30,9 16,1 4,3 7,8 34,9 26,8 THK (mm) 121 66 0,747 0,096 0,488 0,986 12,9 0,815 0,107 0,568 0,999 13,1 DW0020 (g) 121 66 0,991 0,267 0,410 1,785 26,9 0,682 0,177 0,313 1,290 26,0 DW2040 (g) 121 66 0,500 0,177 0,129 1,025 35,4 0,371 0,122 0,128 0,686 32,9 DW4060 (g) 121 66 0,237 0,104 0,034 0,549 43,9 0,156 0,069 0,035 0,349 44,2 DWB60 (g) 121 66 0,102 0,065 0,009 0,364 64,1 0,087 0,051 0,005 0,197 58,2 DRW (g) 121 66 0,339 0,154 0,059 0,780 45,3 0,243 0,108 0,031 0,464 44,6 RDW (g) 121 66 1,830 0,549 0,714 3,164 30,0 1,295 0,369 0,472 2,284 28,4 PDW (g) 121 66 8,360 2,493 3,033 16,81 29,8 5,370 1,440 1,936 10,06 26,8 SRP (%) 121 66 55,5 6,6 42,7 83,1 11,9 53,4 6,5 37,7 67,4 12,2 DRP (%) 121 66 17,8 4,4 4,5 29,3 24,6 18,2 4,9 9,1 28,4 26,7 R_S (tỷ lệ) 121 66 0,294 0,061 0,170 0,497 20,7 0,329 0,061 0,212 0,459 18,5
Chú thích: ind = nhóm indica; jap = nhóm japonica; N = số mẫu giống trong nhóm; Mean = giá trị trung bình của nhóm; SD = độ lệch chuẩn; Min = giá trị nhỏ nhất; Max = giá trị lớn nhất; CV = Hệ số biến động (%)
So sánh này đã chỉ ra rằng phân nhóm I3 và I6 trong nhóm lồi phụ indica và phân nhóm J1 và J3 trong nhóm lồi phụ japonica có bộ rễ ăn sâu nhất, rễ dài nhất, đƣờng kính rễ dày nhất, trong khi nhóm con I1 và I4 của nhóm indica cũng nhƣ phân nhóm J2 và J4 của nhóm japonica thì hồn tồn ngƣợc lại. Những khác biệt này dƣờng nhƣ chủ yếu liên quan đến hệ sinh thái mà các giống đã đƣợc thuần hóa và thích nghi trong một thời gian dài, hoặc do hạn hán, điều này cũng từng đƣợc chỉ ta bởi Lafitte et al. (2001) khi nghiên cứu đặc điểm hình thái bộ rễ trong các nhóm phụ isozyme ở một tập đồn mẫu giống lúa Châu Á.
Điều này đúng với nhóm phụ japonica, trong đó phân nhóm J1 và J3, với bộ rễ sâu và dày nhất, chủ yếu là các giống lúa nƣơng (theo hồ sơ lƣu trữ giống); trong khi đó các phân nhóm J2 và J4 có rễ mỏng và nông, lại chủ yếu là các giống lúa đƣợc thu thập từ vùng sinh thái tƣới tiêu đầy đủ hoặc ngập mặn. Đáng nói là điều này cũng đúng với các giống thuộc nhóm lồi phụ indica, hai phân
nhóm có bộ rễ phát triển tốt nhất là I3 và I6, trong đo I3 chủ yếu là các giống lúa nƣơng, cịn phân nhóm I6 gồm các giống lúa nƣơng và lúa canh tác nƣớc trời trên đất thấp; trong khi hai phân nhóm có bộ rễ kém nhất là I1 và I4, cả hai nhóm này đều gồm các giống đƣợc thu thập từ các hệ sinh thái canh tác chủ động nƣớc tƣới tiêu.
Qua các phân tích về đặc điểm bộ rễ tƣơng ứng với từng phân nhóm trong các lồi phụ indica và japonica, nhận thấy nhóm giống indica thuộc phân nhóm
I3, tiêu biểu là các mẫu giống Blề Blậu Chớ (G205), Tẻ nƣơng (G153), hay Khẩu Năm Rinh (G189), Khẩu Pe Lạnh (G155), có thể trở thành nguồn cho gen quy định tính trạng rễ dài và dày trong các nghiên cứu lai tạo cải tiến bộ rễ lúa. Việc sử dụng một giống bố mẹ thuộc phân nhóm I3 để chuyển gen quy định tính trạng rễ sâu và dày vào một giống indica khác sẽ thuận lợi hơn nhiều so với sử dụng
một giống cho thuộc loài phụ japonica, con lai F1 cũng sẽ có nền di truyền ổn
định hơn vì khơng xảy ra sự pha trộn bắt buộc giữa đặc tính bảo thủ của hai lồi phụ khác biệt là indica và japonica. Đặc biệt là khi các giống đang đƣợc gieo