Đặc điểm di truyền cây dưa chuột

2.1. NGUỒN GỐC, PHÂN BỐ, PHÂN LOẠI THỰC VẬT VÀ ĐẶC ĐIỂM DI TRUYỀN CÂY DƯA CHUỘT

2.1.3. Đặc điểm di truyền cây dưa chuột

Dưa chuột (Cucumis sativus L.) thuộc họ bầu bí Cucurbitaceae, gồm 90 chi và 750 loài. Chi Cucumis có gần 40 loài trong đó có những loài cây trồng quan trọng như dưa chuột (C. sativus), dưa lê (C. melo L.). Nguồn tài nguyên di truyền dưa chuột thu thập bảo tồn gồm: vốn gen sơ cấp, thứ cấp và tam cấp đã được các nhà thực vật học và chọn giống định nghĩa (Bates & cs., 1995). Nguồn gen sơ cấp gồm C. sativus. var. sativus và var. hardwickii, được phân tích bằng marker phân tử cho thấy C. hystrix có thể cùng vốn gen này (Chen & cs., 2006). Theo Nikolova phạm vi rộng trong nguồn gen C. sativus tăng đa dạng di truyền cho sử dụng chọn tạo giống dưa chuột (Nikolova & Alexandrova, 2001).

Biến dị di truyền trong các mẫu nguồn gen dưa chuột C. sativus. var. sativus của Ấn Độ và Trung Quốc đã được đánh giá bằng marker phân tử DNA (Staub &

cs, 1999). Kết quả cho thấy đa dạng trong các mẫu nguồn gen của Ấn Độ và sai

phân biệt với các kiểu gen C. sativus. var. sativus trên thế giới. Những nghiên cứu đã cho thấy mức độ đa dạng của nguồn gen cây dưa chuột. Loài dại C. sativus. var.

hardwickii là một loài dại của C. sativus. var. sativus được trồng ở chân dã núi Himalayan được người vùng Bắc Ấn Độ sử dụng như là thực phẩm để nhuận tràng (Deakin & cs., 1971). Đặc điểm thực vật học đại diện cho vùng này và có thể do lai với C. sativus. var. sativus và tập tính ra nhiều quả nhiều cành nhánh (Horst &

Lower, 1978). C. sativus. var. hardwickii, vì vậy nó đại diện cho biến dị trong nguồn gen C. sativus, có tiềm năng tăng đa dạng di truyền trong tạo giống dưa chuột thương mại (Staub & cs., 2000).

Theo Pierce & Wehner (1990) có ít nhất 70 gen quy định các tính trạng trên cây dưa chuột. Một số gen quy định đặc điểm hình thái cây và quả dưa chuột như gen dw quy định cây dạng bụi, gen td kiểm soát việc ức chế hình thành tua cuốn, gen B quy định màu sắc gai quả đen, gen quy định màu sắc gai quả màu đen và màu nâu là gen trội so với gen quy định gai quả màu trắng. Gen B quy định màu sắc gai quả màu đen liên kết chặt với gen R quy định màu quả chín đỏ và gen H quy định hình dạng nhăn trên vỏ quả.

Hutchins (1940) đã chỉ ra gen c quy định tính trạng vỏ quả dưa chuột khi chín có màu trắng kem, gen này tương tác với gen R và di truyền ở F2 theo tỷ lệ 9 màu đỏ (RC): 3 màu cam (Rc) : 3 màu vàng (rC) : 1 màu kem (rc).

Bên cạnh các gen quy định hình thái, các nhà nghiên cứu cũng xác định các gen liên quan đến chất lượng quả. Một yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến chất lượng quả dưa chuột có liên quan đến di truyền là các gen quy định tính trạng đắng ở quả dưa chuột. Theo Wehner (1989), chất gây đắng cucurbitacin có ở hầu hết các cây họ bầu bí nói chung và cây dưa chuột nói riêng. Tuy nhiên, hàm lượng chất này khác nhau tùy cây, giống và quả khác nhau, thậm chí trên cùng một quả hàm lượng chất gây đắng cucurbitacin cũng phân bố khác nhau. Tác giả còn phát hiện được gen Bt quy định tính trạng gây đắng cucurbitacin, một hợp chất hữu cơ terpenoid có tác dụng kháng nhện nhưng nó lại hấp dẫn bọ cánh cứng hại dưa chuột. Kết quả nghiên cứu này có ý nghĩa quan trọng trong việc chọn giống dưa chuột chất lượng và kháng sâu bệnh.

Andeweg & Bruyn (1959) đã xác định khi có gen bi cây dưa chuột thiếu chất tạo chất gây đắng cucurbitacin và quả không bị đắng. Gen này tồn tại nhiều ở các giống dưa chuột của Hà Lan. Kết quả nghiên cứu này cũng trùng hợp với kết quả nghiên cứu của Wehmer: Gen Bi xác quy định tính trạng gây đắng ở quả dưa

chuột, nhưng khi có mặt của gen bi quả dưa chuột sẽ không bị đắng (Wehner, 1993). Các nghiên cứu này giúp cho các nhà chọn giống có thể tạo được các giống dưa chuột ăn tươi có chất lượng cao.

Xingfang & cs. (2004) đã tiến hành nghiên cứu về sự di truyền tính trạng đắng của dưa chuột, kết quả nghiên cứu đã xác định được biểu hiện tính đắng có sự khác nhau ở các dòng dưa chuột khác nhau. Khi giống dưa chuột có sự xuất hiện của gen BiBiBtBt sẽ có chất gây đắng ở lá và quả; khi có sự xuất hiện gen bibibtbt dưa chuột sẽ không bị đắng và chỉ đắng ở lá khi giống dưa chuột có chứa gen BiBibtbt.

Gu & cs. (2006) đã sử dụng chỉ thị phân tử AFLP để xác định gen quy định tính đắng (Bt) của dưa chuột bằng phương pháp BSA. Kết quả nghiên cứu đã xác định được hai chỉ thị trội AFLP là E23M66-101 và E25M65-213 được sàng lọc.

Kết quả phân tích cây F2 có quả bị đắng ở các đoạn có kích thước 101 bp và 213 bp, nhưng ở cây F2 không có quả đắng thì không tìm thấy đoạn nào. Khoảng cách di truyền của E23M66-101 là 5cM và E25M65-213 là 4cM. Hai đoạn chỉ thị nằm ở hai phía của gen Bt. Như vậy, có thể sử dụng công nghệ di truyền phân tử AFLP sử dụng như chất chỉ thị để trợ giúp cho quá trình chọn lọc trong quá trình chọn giống dưa chuột.

Giới tính của dưa chuột là một trong các yếu tố ảnh hưởng trực tiếp đến năng suất của giống. Chính vì vậy, việc nghiên cứu phát hiện các gen quy định giới tính của dưa chuột có ý nghĩa quan trọng định hướng cho các nhà chọn tạo giống tạo được các giống có năng suất cao. Robinson & cs. (1981) đã xác định được tính trạng đơn tính cái (Gynoecious) ở dưa chuột được quy định bởi kiểu gen +/+ F/F, MMFF. Ngoài ra, tính cái còn được xác định bởi tổ hợp gen MM, Acracr, trong đó gen Acr kiểm soát việc tạo ra hoa cái. Gen quy định hoa đơn tính cùng gốc của cây dưa chuột là gen lặn với cặp gen Acr/acr. Ngoài ra, giới tính cái còn được xác định bởi gen gy và do hàng loạt gen trội quyết định, đó là gen F (Galun & cs, 1961).

Kubicki (1965) cho rằng dạng giới tính ở dưa chuột được quy định bởi gen trội Tr, gen này thường xác định việc kiểm soát việc hình thành ra 3 loại hoa trên cùng một cây: hoa đực, hoa cái và hoa lưỡng tính. Tác giả cho biết biểu hiện giới tính hoa đực được quy định bởi gen a trong mối tương tác bởi locus acr. Một số nghiên cứu khác lại xác định gen mmff quy định giới tính lưỡng tính và tính đực, còn gen aa quy định hoa đực của cây. Galun & cs. (1961) kết luận gen M quy định sự phát triển của nhị hoặc nhụy, khi cây có gen m/m sẽ có hoa lưỡng tính.

giả cho rằng cả 7 cặp nhiễm sắc thể đều tham gia vào việc hình thành giới tính.

Ở Việt Nam, các nhà nghiên cứu chủ yếu tiến hành chọn tạo giống dưa chuột theo phương pháp truyền thống. Tuy nhiên, trong thời gian gần đây, đã có một số nghiên cứu tiến hành đánh giá đa dạng di truyền cây dưa chuột bằng chỉ thị phân tử.

Việc sử dụng chỉ thị phân tử trong chọn giống dưa chuột sẽ cho kết quả có độ chính xác cao, tiết kiệm được thời gian do các đặc điểm phân tử thường độc lập với các đặc điểm hình thái, không chịu tác động của môi trường và chủ động trong nghiên cứu (Wiliams & cs., 1990). Dưa chuột thường dễ sử dụng trong chọn giống bằng chỉ thị phân tử bởi vì vòng đời ngắn (3-4 tháng), số nhiễm sắc thể ít (2n x 2 = 14) và có hệ gen tương đối nhỏ (dài khoảng 750 cM) (Staub, 1999).

Việc áp dụng kỹ thuật chỉ thị phân tử (RAPD) trong đánh giá đa dạng di truyền trên dưa chuột được thực hiện đầu tiên ở Việt Nam vào năm 2007, Nguyễn Thị Lang thực hiện trên 14 giống/dòng dưa chuột thu thập ở vùng Đồng bằng sông Cửu Long (Trần Kim Cương, 2016).

Ngô Thị Hạnh & cs. (2011) đã tiến hành xác định khoảng cách di truyền của 3 giống dưa chuột có nguồn gốc từ Trung tâm Rau Châu Á, 2 giống dưa chuột thụ phấn tự do địa phương và 6 dòng tự phối thế hệ I7 được tạo ra từ các giống đó bằng chỉ thị RAPD trong mối quan hệ với năng suất của các tổ hợp lai giữa các dòng tự phối. Trong số 20 mồi RAPD sử dụng có 19 mồi (95%) cho đa hình với tổng số 255 băng, trung bình 1,2 băng tính trên mỗi kiểu gen. Phân tích RAPD tại 20 locus, 5 nhóm di truyền chính đã được ghi nhận. Khoảng cách di truyền giữa các giống và dòng tự phối tương ứng là 0,2-0,56 và 0-0,54. Nghiên cứu này có ý nghĩa quan trọng nhằm cung cấp các thông tin có giá trị cho công tác cải tiến, lai tạo giống dưa chuột theo mục tiêu.

Trần Kim Cương & Nguyễn Thị Lang (2013) đã đánh đa dạng di truyền nguồn gen dưa chuột bằng phương pháp RAPD. Tập đoàn gồm 90 dòng/giống dưa chuột được đánh giá là đa dạng về kiểu hình và có biến động lớn về mức độ biểu hiện các tính trạng. Kết quả phân nhóm kiểu gen sử dụng kỹ thuật RAPD đã phân lập tập đoàn thành 5 nhóm chính với nhiều nhóm nhỏ, đồng thời xác định được 4 đoạn mồi OPAV6, OPAV9, OPAV17 và RAPD4 cho biểu hiện tính đa dạng di truyền cao nhất. Kết quả đánh giá đã chọn được 8 dòng là L5, K13, B1, H7, L1, A9, D1 và M4 làm bố mẹ.

Phạm Quang Thắng & Trần Thị Minh Hằng (2015) đã tiến hành đánh giá đa dạng di truyền của 42 mẫu giống dưa chuột H’Mông vùng Tây Bắc bằng chỉ thị

phân tử RAPD. Kết quả nghiên cứu cho thấy các mẫu giống dưa chuột được đánh giá khá đa dạng về các đặc điểm nông sinh học và đặc điểm hình thái. Các tính trạng đặc trưng, khác biệt của dưa chuột H’Mông là khả năng ra hoa đực nhiều (300-500 hoa), hoa cái ít (10-20 hoa), kích thước quả lớn, chống chịu tốt với bệnh phấn trắng, năng suất cá thể cao, chất lượng quả tốt. Các mẫu giống có tiềm năng phát triển trong sản xuất tại vùng nguyên sản là SL29 (3.800 gam/cây), SL20 (3.500 gam/cây), SL28 (3.400 gam/cây) và SL7 (3.400 gam/cây).

Trương Trọng Ngôn& Trần Thị Thanh Thủy (2018) đã tiến hành khảo sát đặc điểm di truyền dựa trên đặc tính nông học và dấu phân tử SSR của 14 giống dưa chuột nhập nội có nguồn gốc từ ngân hàng gen Bộ Nông nghiệp Mỹ (USDA) và 1 giống đối chứng địa phương. Kết quả phân tích các chỉ tiêu nông học, các tính trạng có hệ số di truyền cao nhất là trọng lượng quả (98,2%), chiều dài dây chính (92,3%) và tổng số lá (92,2%). Giống có kiểu hình tối ưu cho loại dưa chuột ăn tươi là PI267747 và dưa chuột chế biến là PI209067. Hai tính trạng tốt nhất được sử dụng để dự đoán cho trọng lượng quả/cây là chiều dài cuống và tổng số quả/cây.

Có 14 cặp mồi SSR được sử dụng khuếch đại DNA cho đa hình 100% với tổng số 217 băng và 66 alen. Tỷ lệ dị hợp tử ở locus SSR13787 là 0,79, với 8 alen. Kết quả tính toán chỉ số PIC từ 0,19 - 0,76. Bốn cặp mồi có thông tin đa hình cao phục vụ cho nghiên cứu liên kết là SSR16068, SSR18737, SSR16226 và SSR10738. Kết quả phân tích nhóm và thành phần chính cho thấy các giống được phân thành bốn nhóm không phụ thuộc vào phân bố địa lý, 3 giống có đặc điểm di truyền ổn định nhất là PI289698, PI267744, PI372584.