Luận án Tiến sĩ Nông nghiệp: Nghiên cứu ứng dụng chỉ thị phân tử phục vụ chọn tạo giống bí đỏ (Cucurbita spp.) có hàm lượng chất khô cao

Chia sẻ: Bobietbo | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:185

Thêm vào BST

Báo xấu

29
lượt xem 4
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu nghiên cứu đề tài "Nghiên cứu ứng dụng chỉ thị phân tử phục vụ chọn tạo giống bí đỏ (Cucurbita spp.) có hàm lượng chất khô cao" là xây dựng cơ sở dữ liệu đánh giá được đặc điểm nông sinh học chính và đánh giá đa dạng di truyền ở mức phân tử của 132 mẫu giống, phục vụ công tác bảo tồn và khai thác sử dụng nguồn gen bí đỏ ở Việt Nam.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận án Tiến sĩ Nông nghiệp: Nghiên cứu ứng dụng chỉ thị phân tử phục vụ chọn tạo giống bí đỏ (Cucurbita spp.) có hàm lượng chất khô cao

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT VIỆN KHOA HỌC NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM TRẦN THỊ HUỆ HƯƠNG NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CHỈ THỊ PHÂN TỬ PHỤC VỤ CHỌN TẠO GIỐNG BÍ ĐỎ (CUCURBITA spp.) CÓ HÀM LƯỢNG CHẤT KHÔ CAO LUẬN ÁN TIẾN SĨ NÔNG NGHIỆP Hà Nội - 2021
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT VIỆN KHOA HỌC NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM TRẦN THỊ HUỆ HƯƠNG NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CHỈ THỊ PHÂN TỬ PHỤC VỤ CHỌN TẠO GIỐNG BÍ ĐỎ (CUCURBITA spp.) CÓ HÀM LƯỢNG CHẤT KHÔ CAO LUẬN ÁN TIẾN SĨ NÔNG NGHIỆP Chuyên ngành: Công nghệ sinh học Mã số: 9420201 Người hướng dẫn khoa học: Hà Nội - 2021
i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan, đây là công trình nghiên cứu của tôi dưới sự hướng dẫn khoa học của PGS.TS Lã Tuấn Nghĩa, các số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận án này là trung thực và chưa từng được công bố trong bất kỳ một công trình nào khác. Tôi xin cam đoan rằng, mọi sự giúp đỡ, hợp tác cho việc thực hiện luận án này đã được cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong luận án này đều được chỉ dẫn rõ nguồn gốc. Tác giả luận án NCS Trần Thị Huệ Hương
ii LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành luận án này, nghiên cứu sinh đã nhận được sự quan tâm giúp đỡ nhiệt tình của các Thầy, Cô giáo, các tập thể, cá nhân cùng bạn bè đồng nghiệp và gia đình. Nghiên cứu sinh xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc nhất tới PGS.TS Lã Tuấn Nghĩa – Giám đốc Trung tâm Tài nguyên thực vật người thầy vô cùng tâm huyết, luôn động viên, chỉ bảo để nghiên cứu sinh thực hiện luận án một cách tốt nhất, cảm ơn TS. Hoàng Thị Huệ, Trưởng bộ môn Công nghệ sinh học, Trung tâm tài nguyên thực vật và TS. Lê Thị Thu Trang cùng nhóm tác giả đề tài luôn tận tình hướng dẫn, giúp đỡ tôi trong suốt quá trình thực hiện đề tài và và hoàn thành luận án. Nghiên cứu sinh xin chân thành cảm ơn Lãnh đạo Trung tâm Tài nguyên thực vật, bạn bè, đồng nghiệp là nơi sinh hoạt chuyên môn đã tạo điều kiện thuận lợi nhất cho tôi trong quá trình học tập và thực hiện đề tài. Nghiên cứu sinh xin chân thành cảm ơn các Thầy, Cô giáo giảng dạy các học phần tiến sĩ, các Thầy, Cô là thành viên của Hội đồng đánh giá luận án các cấp, đặc biệt là hai phản biện độc lập đã có những góp ý rất quý báu cho luận án; xin cảm ơn lãnh đạo và các anh, chị em Ban Thông tin và Đào tạo, cũng như cán bộ của các Ban trong VAAS luôn động viên, tận tình giúp đỡ, tạo điều kiện cho tôi trong suốt quá trình học tập và thực hiện đề tài. Đặc biệt xin cảm ơn các phản biện độc lập đã có những nhận xét chi tiết, giúp nghiên cứu sinh chỉnh sửa, hoàn thiện luận án tốt hơn. Cuối cùng, tôi vô cùng biết ơn Ba, Mẹ, các thành viên trong gia đình đã luôn bên cạnh, động viên khích lệ, tiếp thêm sức mạnh và nghị lực để tôi hoàn thiện công trình nghiên cứu này. Nghiên cứu sinh xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày 21 tháng 12 năm 2021 Tác giả NCS. Trần Thị Huệ Hương
iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN ........................................................................................... i LỜI CẢM ƠN ................................................................................................. ii MỤC LỤC ..................................................................................................... iii DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT ..................................................................... vi DANH MỤC BẢNG ………………………………………………………. ix DANH MỤC HÌNH ……………………………………………………….... x MỞ ĐẦU ........................................................................................................ I 1. Tính cấp thiết của đề tài nghiên cứu ....................................................... 1 2. Mục tiêu của đề tài .................................................................................. 2 3.1. Ý nghĩa khoa học ..................................................................................... 3 3.2. Ý nghĩa thực tiễn ..................................................................................... 3 4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ............................................................ 3 4.1. Đối tượng nghiên cứu .............................................................................. 3 4.2. Phạm vi, thời gian nghiên cứu ................................................................. 3 5. Những đóng góp mới của luận án ............................................................ 3 CHƯƠNG I. TỔNG QUAN TÀI LIỆU VÀ CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA ĐỀ TÀI ................................................................................................................ 3 1.1. Cơ sở khoa học của đề tài ........................................................................ 5 1.2. Tổng quan tình hình nghiên cứu cây bí đỏ ............................................... 6 1.2.1. Nguồn gốc và phân loại nguồn gen bí đỏ .............................................. 6 1.2.2. Đặc điểm thực vật và đặc điểm sinh sản của cây bí đỏ .......................... 8 1.2.3. Yêu cầu về điều kiện sinh thái ............................................................ 10 1.3. Vai trò, giá trị sử dụng của cây bí đỏ ..................................................... 11 1.3.1. Giá trị dinh dưỡng và sử dụng của cây bí đỏ ....................................... 11 1.3.2. Hàm lượng chất khô bí đỏ .................................................................. 14 1.4. Tình hình nghiên cứu sản xuất bí đỏ trên thế giới và Việt Nam ............. 17 1.4.1. Tình hình nghiên cứu sản xuất bí đỏ trên thế giới ............................... 17
iv 1.4.2. Tình hình nghiên cứu sản xuất bí đỏ ở Việt Nam ................................ 18 1.5. Nghiên cứu đa dạng di truyền nguồn gen bí đỏ ...................................... 19 1.5.1. Nghiên cứu đa dạng di truyền cây bí đỏ bằng chỉ thị hình thái ............ 20 1.5.2. Nghiên cứu đa dạng di truyền cây bí đỏ bằng chỉ thị phân tử ADN .... 23 1.6. Nghiên cứu bản đồ di truyền phân tử nguồn gen bí đỏ ........................... 30 1.7. Một số nhận xét rút ra từ tổng quan tài liệu ........................................... 33 CHƯƠNG II. VẬT LIỆU, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU. …………………………………………………………………………….... 36 2.1. Vật liệu nghiên cứu ............................................................................... 36 2.1.1. Các mẫu giống bí đỏ sử dụng làm vật liệu .......................................... 36 2.1.2. Chỉ thị phân tử SSR ............................................................................ 36 2.2. Nội dung nghiên cứu ............................................................................. 37 2.3. Thời gian và địa điểm nghiên cứu .......................................................... 37 2.4. Phương pháp nghiên cứu ....................................................................... 38 2.4.1. Phương pháp mô tả, đánh giá đặc điểm nông sinh học chính của các mẫu giống bí đỏ............................................................................................ 39 2.4.2. Phương pháp phân tích các chỉ tiêu hóa sinh liên quan đến chất lượng ..................................................................................................................... 42 2.4.3. Phương pháp xác định mẫu giống bí đỏ triển vọng............................. 45 2.4.4. Phương pháp đánh giá đa dạng di truyền của các mẫu giống bí đỏ sử dụng chỉ thị phân tử SSR .............................................................................. 46 2.4.5. Phương pháp xác định chỉ thị liên kết với tính trạng hàm lượng chất khô ....................................................................................................... 48 2.4.6. Phương pháp xử lý số liệu và phân tích kết quả .................................. 49 CHƯƠNG III. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN ...................... 50 3.1. Kết quả đánh giá đặc điểm nông sinh học chính của các mẫu giống bí đỏ nghiên cứu.................................................................................................... 50 3.1.1. Khả năng sinh trưởng và phát triển của các mẫu giống bí đỏ ............. 50
v 3.1.2. Đánh giá năng suất và các yếu tố cấu thành năng suất ..................... 59 3.1.3. Đánh giá một số chỉ tiêu chất lượng của các mẫu giống bí đỏ ............ 62 3.1.4. Xác định một số mẫu giống bí đỏ triển vọng sử dụng làm vật liệu chọn tạo giống và giới thiệu sản xuất theo hướng hàm lượng chất khô, năng suất cao. .............................................................................................................. 66 3.2. Kết quả đánh giá đa dạng di truyền các mẫu giống bí đỏ sử dụng chỉ thị phân tử .................................................................................................. 70 3.2.1. Kết quả tách chiết và tinh sạch ADN tổng số ...................................... 70 3.2.2. Đánh giá sự đa hình của các chỉ thị SSR với tập đoàn bí đỏ nghiên cứu ..................................................................................................................... 71 3.2.3. Quan hệ di truyền giữa các mẫu giống bí đỏ trong tập đoàn ............. 71 3.3. Xác định chỉ thị phân tử liên kết hàm lượng chất khô cao phục vụ chọn tạo giống bí đỏ chất lượng ................................................................. 82 3.3.1. Lựa chọn bố mẹ và lai tạo, đánh giá, chọn lọc tổ hợp lai F1 thích hợp cho nghiên cứu ............................................................................................. 82 3.3.2. Đánh giá hàm lượng chất khô ở quần thể con lai F2 ........................... 90 3.3.3. Đánh giá kiểu gen của giống bố mẹ và quần thể F2 ............................ 93 3.3.4. Xây dựng bản đồ liên kết di truyền ở cây bí đỏ và xác đi ̣nh chỉ thi ̣ liên kế t với tính trạng hàm lượng chấ t khô .......................................................... 95 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ ......................................................................... 101 1. Kết luận ................................................................................................. 101 2. Đề nghị .................................................................................................. 102 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ ...................................... .... LIÊN QUAN TỚI LUẬN ÁN ..................................................................... 103 TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................... 104 DANH MỤC CÁC PHỤ LỤC .................................................................... 119
vi DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT Chữ viết tắt Diễn giải ADN Axít Deoxyribonucleic (Deoxyribonucleic acid) AFLP Đa hình chiều dài đoạn nhân bản (Amplified Fragment Length Polymorphism) AVRDC Trung tâm Nghiên cứu và Phát triển Rau Châu Á; nay là Trung tâm Rau Thế giới (Asian Vegetable Research and Development Centre; now changed to World Vegetable Center) Bp Cặp bazơ (Base pairs) RCB Khối Ngẫu nhiên đủ (Randomized Completely Block) CTAB Dung dịch đệm Cetyl trimethylammonium bromide dNTP Deoxynucleotide triphosphates HLCK Hàm lượng chất khô IPGRI Viện Tài nguyên di truyền thực vật Quốc tế; nay là Viện Đa dạng sinh học Quốc tế (International Plant Genetic Resources Institute, now changed to Bioversity International) ISSR Đoạn lặp trình tự đơn (Inter - Simple Sequence Repeat) KL Khối lượng KLTB Khối lượng trung bình Locus Locut (Vị trí của gen trên nhiễm sắc thể) Maker Chỉ thị Locus Locut (Vị trí của gen trên nhiễm sắc thể) NHG Ngân hàng gen NSLT Năng suất lý thuyết NSTT Năng suất thực thu RAPD ADN đa hình nhân ngẫu nhiên (Random Amplified Polymorphic DNAs)
vii PCR Phản ứng chuỗi Polymerase (Polymerase Chain Reaction) PIC Hệ số Thông tin đa hình (Polymorphism Information Content) Ppm Phần triệu (Parts per million) SĐK Số đăng ký SNP Đa hình Nucleotide đơn (Single Nucleotide Polymorphism) TGST Thời gian sinh trưởng TNTV Tài nguyên thực vật UPOV Hiệp hội bảo hộ giống cây trồng mới (Union for the Protection of New Varieties of Plants) WHO Tổ chức Y tế Thế giới (World Health Organization)
viii DANH MỤC BẢNG TT Nội dung Trang 1.1. Các nhóm loài và phân bố của Chi Cucurbita ………………………...... 6 1.2. Thành phần dinh dưỡng của bí đỏ …………………………………...... 12 1.3. Thành phần hóa học và dinh dưỡng của cây bí đỏ …………………..... 14 1.4. Diện tích, năng suất và sản lượng một số cây rau họ bầu bí trên thế giới năm 2019, .................................................................................................... 17 1.5. Diện tích, năng suất và sản lượng bí đỏ ở Việt Nam của năm 2020 ….. 19 3.1. Phân nhóm các mẫu giống bí đỏ nghiên cứu theo đặc điểm hình thái thân, lá .................................................................................................................. 52 3.2. Phân nhóm các mẫu giống bí đỏ theo đặc điểm hình thái quả ................ 56 3.3. Phân nhóm các mẫu giống bí đỏ nghiên cứu theo các yếu tố cấu thành năng suất ...................................................................................................... 60 3.4. Một số chỉ tiêu chất lượng của các mẫu giống bí đỏ nghiên cứu ............ 63 3.5. Kết quả chọn lọc 14 mẫu giống bí đỏ có triển vọng theo chương trình chọn dòng (Selection Index) ......................................................................... 67 3.6. Thông tin của 14 mẫu giống bí đỏ địa phương được tuyển chọn ............ 69 3.7. Đa hình các locut SSR ở các mẫu giống bí đỏ ....................................... 77 3.8. Các mẫu giống bí đỏ được sử dụng làm vật liệu lai tạo .......................... 83 Bảng 3.9. Các tổ hợp lai bí đỏ tạo quần thể lai theo hướng ........................... 84 hàm lượng chất khô cao................................................................................ 84 3.10. Kết quả phát triển quả thu hoạch tổng số hoa lai của các tổ hợp lai bí đỏ theo hướng có hàm lượng chất khô cao ........................................................ 85 3.11. Kết quả lai ta ̣o quần thể F1 bí đỏ theo hướng hàm lượng chất khô ....... 88 3.12. Thông tin về đặc điểm nông học và chất lượng của dòng bố mẹ lai tạo quần thể xác định chỉ thị liên kết hàm lượng chất khô cao ở bí đỏ ................ 89 3.14. Hàm lượng chất khô của 120 dòng F3 bí đỏ ......................................... 91
ix 3.16. Đặc điểm các nhóm liên kết trong bản đồ liên kết di truyền của quần thể con lai F2 (SĐK 3630 x SĐK 8571) ............................................................ 97 3.17. QTL và chỉ thi ̣liên kế t với QTL qui đinh ̣ hà m lươṇ g chấ t khô .......... 999
x DANH MỤC HÌNH Hình Nội dung Trang 2.1. Sơ đồ cách tiếp cận nghiên cứu của luận án ........................................... 39 3.1. Thời gian sinh trưởng của 132 mẫu giống bí đỏ địa phương trong nghiên cứu ............................................................................................................... 50 3.2. Chiều dài lá, chiều rộng lá của tâp đoàn bí đỏ nghiên cứu ..................... 53 3.3. Minh họa một số trạng thái đặc trưng của tính trạng về lá ..................... 54 3.4. Một số hình ảnh về lá của các mẫu giống .............................................. 55 trong tập đoàn bí đỏ nghiên cứu ................................................................... 55 3.5. Phân nhóm tập đoàn nguồn gen bí đỏ theo hình dạng quả ..................... 56 3.6. Một số hình ảnh về hình dạng quả của tập đoàn bí đỏ ............................ 57 3.7. Chiều dài và đường kính quả của tập đoàn bí đỏ nghiên cứu ................. 57 3.8. Phân nhóm màu thịt quả của các mẫu giống bí đỏ ................................. 58 3.9. Ảnh đại diện màu thịt quả của các mẫu giống bí đỏ ............................... 58 3.10. Một số hình ảnh về màu thịt quả của mẫu giống bí đỏ ......................... 59 3.11. Hàm lượng chất khô của các mẫu giống bí đỏ nghiên cứu ................... 64 3.12. Kết quả điện di ADN tổng số của 132 mẫu giống bí đỏ nghiên cứu trên gel agarose 1% ............................................................................................. 70 3.13. Biến động kích thước alen tại các locut SSR nghiên cứu ..................... 71 3.14. Hình ảnh nhận dạng kiểu gen của một số mẫu giống bí đỏ bằng chỉ thị CMTp127 trên gel polyacrylamide 8% ......................................................... 72 3.15. Hình ảnh nhận dạng kiểu gen của một số mẫu giống bí đỏ bằng chỉ thị CMTm232 trên gel polyacrylamide 8% ........................................................ 73 3.16. Hình ảnh nhận dạng kiểu gen của một số mẫu giống bí đỏ bằng chỉ thị CMTm259 trên gel polyacrylamide 8% ........................................................ 73 3.17. Hình ảnh nhận dạng kiểu gen của một số mẫu giống bí đỏ bằng chỉ thị CMTm120 trên gel polyacrylamide 8% ........................................................ 74
xi 3.18. Hình ảnh nhận dạng kiểu gen của một số mẫu giống bí đỏ bằng chỉ thị CMTp182 trên gel polyacrylamide 8% ......................................................... 74 3.19. Hình ảnh nhận dạng kiểu gen của một số mẫu giống bí đỏ bằng chỉ thị CMTp193 trên gel polyacrylamide 8% ......................................................... 75 3.20. Hình ảnh nhận dạng kiểu gen của một số mẫu giống bí đỏ .................. 75 bằng chỉ thị CMTp233 trên gel polyacrylamide 8% ..................................... 75 3.21. Hình ảnh nhận dạng kiểu gen của một số mẫu giống bí đỏ bằng chỉ thị CMTp248 trên gel polyacrylamide 8% ......................................................... 76 3.22. Hình ảnh nhận dạng kiểu gen của một số mẫu giống bí đỏ bằng chỉ thị CMTp107 trên gel polyacrylamide 8% ......................................................... 76 3.23. Hình ảnh nhận dạng kiểu gen của một số mẫu giống bí đỏ bằng chỉ thị CMTm252 trên gel polyacrylamide 8% ........................................................ 77 3.24. Sơ đồ hình cây về mối quan hệ di truyền của các mẫu giống bí đỏ nghiên cứu ................................................................................................... 80 3.25. Hàm lượng chất khô của các dòng F3 và bố mẹ bí đỏ lai tạo. ............... 90 3.26. Hình ảnh nhận da ̣ng ADN để xác đinh ̣ chỉ thi cho ̣ đa hình giữa hai giố ng bí đỏ bố , me ̣ (SĐK 3630 và SĐK 8571) bằng các cặp mồi SSR ................... 93 3.27. Nhâ ̣n da ̣ng ADN của các cá thể con lai F2 (SĐK 3630 x SĐK 8571) với chỉ thị CMTp210, CMTm164 và CMTp26 ................................................... 94 3.28. Hình ảnh bản đồ liên kết di truyền cây bí đỏ xây dựng từ quần thể con lai F2 (SĐK3630 x SĐK 8571) với 69 chỉ thị SSR ................................... 96 3.29. Bản đồ chỉ thi phân ̣ tử liên kế t với tính trạng qui đinh ̣ lươṇ g chấ t khô ở bí đỏ ............................................................................................................. 99
1 MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài nghiên cứu Cây bí đỏ tên tiếng Anh là Pumkin, hay còn gọi là bí ngô, bí rợ, là tên gọi chung của một số loài thuộc chi Cucurbita, họ bầu bí (Cucurbitaceae), có nguồn gốc nhiệt đới Châu Mỹ [99]; là một trong nhiều loại rau quan trọng trên thị trường mang lại giá trị kinh tế cao cho người nông dân [13]. Là cây trồng phổ biến và rất được ưa chuộng trên thế giới bởi giá trị dinh dưỡng và giá trị y dược của nó. Bí đỏ là cây sử dụng được hầu hết các bộ phận như lá non, ngọn, nụ hoa, quả non, quả già, hạt bí làm thực phẩm rất ngon, có thành phần dinh dưỡng đa dạng và phong phú, giàu a xít a min, vitamin và khoáng chất, đặc biệt cùi bí hay còn gọi là phần thịt quả bí chứa protit, lipit, đường, xanhthophin các vitamin A, B1, B2, C... và nhiều nguyên tố vi lượng, như Fe, Mn, Cu, Zn... nhất là có chứa nhiều carotene rất cao, một chất mang tính oxy hóa mạnh, rất tốt cho cơ thể để tăng cường khả năng miễn dịch, phòng bệnh và chống lão hóa và có tỷ lệ chất xơ cao rất tốt cho sức khỏe con người, nâng cao hệ miễn dịch và kéo dài tuổi thọ [33], [48], [56]. Ở Việt Nam, bí đỏ được trồng rộng rãi ở nhiều vùng từ rất lâu đời tạo nên nguồn di truyền các giống bí đỏ ở nước ta rất phong phú. Nhiều giống bí đỏ địa phương có chất lượng rất tốt, thích hợp với thị hiếu của người tiêu dùng trong nước. Hiện nay, chỉ thị ADN được sử dụng nhiều trong nghiên cứu quan hệ di truyền, phát sinh chủng loại và phân loại phân tử; trong lập bản đồ liên kết di truyền, nhận biết gen; và trong chọn giống bao gồm đánh giá đa dạng di truyền, nhận biết giống, chọn lọc các tính trạng kháng bệnh, chống chịu các điều kiện bất lợi của môi trường, năng suất và phẩm chất giống. Trong đó chỉ thị SSR đã được sử dụng rộng rãi để đánh giá đa dạng di truyền họ bầu bí vì kỹ thuật SSR ưu việt hơn các chỉ thị khác như: Cho nhiều alen trong một locut; Phân bố đều trong genome; SSR cho thông tin cụ thể hơn so với di truyển ty thể theo đường mẹ (vì có mức đột biến cao) và di
2 truyền theo cả bố và mẹ; Là chỉ thị đồng trội, có tính đa hình và đặc thù cao, có thể lặp lại các thí nghiệm, sử dụng ít ADN, rẻ tiền và dễ tiến hành ...[17]. Các giống bí đỏ đang trồng chủ yếu ở nước ta là các giống F1, các giống được nhập nội, cho năng suất cao những chất lượng còn hạn chế. Các giống bí đỏ địa phương chủ yếu được trồng tại các tỉnh miền núi, năng suất tuy không cao nhưng cho chất lượng tốt, có khả năng chống chịu bệnh tốt. Vì vậy, nguồn gen bí đỏ địa phương có nguy cơ bị xói mòn. Việc phân lập gen dựa trên các phương pháp di truyền và sử dụng chỉ thị di truyền hiệu quả của nguồn gen cây trồng địa phương nói chung và nguồn gen bí đỏ nói riêng cần phải được nghiên cứu sâu hơn. Hàm lượng chất khô trong quả bí đỏ là chỉ tiêu quan trọng, liên quan đến chất lượng của bí đỏ. Hàm lượng chất khô trong quả cao hay thấp phụ thuộc chủ yếu vào đặc tính di truyền của giống và điều kiện canh tác. Việc nghiên cứu xác định chỉ thị phân tử liên kết với tính trạng hàm lượng chất khô cao sẽ tiếp giúp các nhà chọn tạo giống xác định nhanh chóng và chính xác tổ hợp bố mẹ mang gen qui định tính trạng hàm lượng chất khô cao. Để khai thác nguồn tài nguyên phong phú đó nghiên cứu sinh thực hiện đề tài: “Nghiên cứu ứng dụng chỉ thị phân tử phục vụ chọn tạo giống bí đỏ (Cucurbita spp.) có hàm lượng chất khô cao” giúp xác định được nguồn gen bí đỏ có năng suất cao, chất lượng tốt, đặc biệt có hàm lượng chất khô cao, phục vụ cho công tác chọn tạo giống bí đỏ trong nước cũng như là phong phú nguồn giống chất lượng cao cho sản xuất bí đỏ ở nước ta. 2. Mục tiêu của đề tài - Xây dựng cơ sở dữ liệu đánh giá được đặc điểm nông sinh học chính và đánh giá đa dạng di truyền ở mức phân tử của 132 mẫu giống, phục vụ công tác bảo tồn và khai thác sử dụng nguồn gen bí đỏ ở Việt Nam. - Tuyển chọn và xác định được một số nguồn gen và phát triển chỉ thị nhận dạng, sử dụng làm vật liệu lai tạo để xác định chỉ thị liên kết theo hướng chất khô. - Xây dựng được QTL và xác định các chỉ thị SSR liên kết với tính trạng hàm lượng chất khô.
3 3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 3.1. Ý nghĩa khoa học Kết quả của luận án đã xây dựng được cơ sở dẫn liệu khoa học về đặc điểm nông sinh học, mức độ đa dạng di truyền của tập đoàn giống bí đỏ địa phương phục vụ cho công tác chọn tạo giống bí đỏ mới và phát triển đáp ứng nhu cầu thị trường trong nước và xuất khẩu. Đề tài cũng xác định được locut gen liên quan đến hàm lượng chất khô cao, tạo nguồn vật liệu phục vụ công tác chọn tạo giống mới. Luận án là nguồn dẫn liệu tham khảo hữu ích cho công tác nghiên cứu và giảng dạy liên quan đến cây bí đỏ. 3.2. Ý nghĩa thực tiễn Đề tài đã xác định được một số mẫu giống bí đỏ triển vọng về năng suất, hàm lượng chất khô. Xác định QTL quy định hàm lượng chất khô và các chỉ thị liên kết là nguồn vật liệu cho ứng dụng chỉ thị phân tử trong chọn tạo giống bí đỏ có hàm lượng chất khô cao tại Việt Nam. 4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 4.1. Đối tượng nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu là 132 mẫu giống bí đỏ chọn lọc từ tập đoàn giống đang được lữu giữ tại Ngân hàng gen cây trồng Quốc gia của Trung tâm Tài nguyên thực vật có nguồn gốc địa lý và đặc điểm nông sinh học khác nhau. 4.2. Phạm vi, thời gian nghiên cứu - Nghiên cứu ứng dụng chỉ thị phân tử trong chọn tạo giống bí đỏ đã được thu thập và đang lưu giữ tại Ngân hàng gen cây trồng Quốc gia. - Các thí nghiệm của đề tài được thực hiện tại Trung tâm Tài nguyên thực vật, Viện Nghiên cứu Rau Quả, Viện Cây lương thực và Cây thực phẩm, Viện Bảo vệ thực vật trong thời gian từ 2016 - 2020. 5. Những đóng góp mới của luận án Góp phần xây dựng bộ cơ sở dữ liệu về đặc điểm nông sinh học, đa
4 dạng di truyền của tập đoàn 132 mẫu giống bí đỏ, phục vụ công tác bảo tồn và khải thác nguồn gen bí đỏ ở Việt Nam. Xác định được 14 mẫu giống bí đỏ có triển vọng về năng suất cao (> 15 tấn/ha), hàm lượng chất khô cao (> 6,0%). Trong đó có 02 giống Nhum xí – SĐK 8387, thu thập tại Sơn La và giống Bí đỏ gáo SĐK 3630, thu thập tại Thái Nguyên có hàm lượng chất khô cao nhất trong tập đoàn nghiên cứu tương ứng 19,0% và 13,3%. - Đã xác định được 01 tổ hợp lai bí đỏ trong đó giống Bí đỏ gáo SĐK 3630 làm mẹ, có hàm lượng chất khô 13,3% lai với giống Nhúm xí SĐK 8571, làm bố, có hàm lượng chất khô thấp 4,0% qua đó xác định phân tử liên kết với tính trạng hàm lượng chất khô cao và tổ hợp lai triển vọng cho phát triển giống. - Đã xác định được các chỉ thị phân tử đối với 10 locut cho nhận dạng alen đặc trưng của 10 mẫu giống bí đỏ khác nhau. Các chỉ thị phân tử này có thể sử dụng cho việc xác định nguồn gen bó đỏ phục vụ cho công tác bảo tồn, nhận dạng, bảo hộ giống v.v... - Đã xác định được chỉ thị CMTp133 nằm trong nhóm liên kết LG- CK1 liên kết với QTL quy định hàm lượng chất khô với khoảng cách là 3,2 cM và CMTm 236 nằm trong nhóm liên kết LG-CK4 liên kết với QTL quy định hàm lượng chất khô với khoảng cách là 4,7 cM. Đây là những thông tin và vật liệu phân tử có giá trị di truyền cho công tác chọn tạo giống bí đỏ chất lượng cao ở trong nước.
5 CHƯƠNG I TỔNG QUAN TÀI LIỆU VÀ CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA ĐỀ TÀI 1.1. Cơ sở khoa học của đề tài Nước ta có nguồn gen cây bí đỏ rất phong phú, việc điều tra thu thập các giống bí đỏ địa phương và các giống bí đỏ nhập nội hình thành tập đoàn quĩ gen bí đỏ sẽ tạo nguồn vật liệu cho công tác chọn tạo giống bí đỏ. Trong thực tế sản xuất ở nước ta, nhiều giống bí đỏ địa phương đã được người dân trồng, tuyển chọn theo phương pháp dân gian chọn lọc tự nhiên. Do đó, cây bí đỏ cần được nghiên cứu có hệ thống để định hướng tuyển chọn những nguồn gen/giống tốt, năng suất cao và chất lượng tốt, nhất là hàm lượng chất khô trong bí đỏ cần được nghiên cứu sâu hơn, đáp ứng nhu cầu thị hiếu của thị trường nội địa và xuất khẩu. Nghiên cứu đa dạng về loài thường là đối tượng được khai thác mục đích kinh nguồn gen để phân loại, phân lập và xác định các mẫu giống bí đỏ triển vọng trong tập đoàn sẽ góp phần xây dựng các hướng khai thác sử dụng bền vững các nguồn gen bí đỏ ở Việt Nam. Việc mô tả đánh giá các đặc điểm nông sinh học, năng suất, chất lượng cũng như đánh giá đa dạng sử dụng chỉ thị phân tử là bước đầu tiên quan trọng và cần thiết nhằm phát hiện ra các tính trạng hữu ích để giới thiệu cho người sản xuất, các nhà chọn tạo giống; đồng thời cung cấp cơ sở dữ liệu phục vụ công tác bảo tồn nguồn gen cây bí đỏ. Xác định được chỉ thị liên kết với locut gen qui định hàm lượng chất khô, sẽ được sử dụng để xác định sự có mặt của alen qui định chất khô cao. Với sử dụng chỉ thị phân tử cho phép các nhà chọn giống xác định được chính xác gen/lucut gen qui định tính trạng chất khô cao trong các mẫu giống bí đỏ của tập đoàn nghiên cứu. Phương pháp trong lập bản đồ di truyền liên kết là sử dụng các quần thể tạo ra từ các phép lai được kiểm soát, với quần thể được tạo ra từ phép lai hai bố mẹ. Việc phân tích thống kê kiểu gen và kiểu hình của các cá thể ở quần thể phân li sẽ giúp tìm ra các vùng trên nhiễm sắc thể có thể có liên quan đến tính trạng cần nghiên cứu [29].
6 1.2. Tổng quan tình hình nghiên cứu cây bí đỏ 1.2.1. Nguồn gốc và phân loại nguồn gen bí đỏ Chi Cucurbita có nguồn gốc từ Châu Mỹ, nhưng đã được trồng rộng rãi khắp các châu lục khác từ sau thế kỷ 16 [87],[88]. Theo một số tác giả, chi Cucurbita bao gồm 15 loài, phân thành 7 nhóm chính, với năm loài trồng phổ biến [69],[56],[99] được tóm tắt trong Bảng 1.1 Bảng 1.1. Các nhóm loài và phân bố của chi Cucurbita Cucurbita spp. Phân bố Nhóm Argyrosperma C. argyrosperma C. Hubera Mexico, Trung Mỹ, phía Tây Nam subsp. argyrosperma Hoa Kỳ subsp. sororia (L.H. Bailey) L. Bờ biển Thái Bình Dương từ Mexico Merrick & D.M. Bates đến Nicaragua Nhóm Ficifolia C. ficifolia Bouchéa Từ vùng đất cao Mexico đến Nam Chi lê và Argentina Nhóm Maxima C. maxima Duchesne a subsp. maxima Argentina, Bolivia, Mexico subsp. andreana (Naudin) Filov Argentina, Bolivia C. moschata Duchesne a Vùng đất thấp của Mexico, Trung Mỹ Nhóm Pepo C. pepo L.a Phía bắc Mexico và Nam Hoa Kỳ subsp. fraterna (L.H. Bailey) Filov Đông Bắc Mexico subsp. ovifera (L.) Harz subsp. ozarkana D.S. Decker Nam và Trung tâm Hoa Kỳ subsp. pepo subsp. texana (Scheele) Filov Texas và Đông Nam Hoa Kỳ C.ecuadorensis H.C. Cutler & Bờ biển Thái Bình Dương của Whitaker Ecuador
7 Cucurbita spp. Phân bố Nhóm Okeechobeensis C. okeechobeensis (J.K. Small) L.H. Bailey Quận Palm Beach, Florida, Hoa Kỳ subsp. Okeechobeensis Veracruz, Mexico subsp. martinezil (L.H. Bailey) T.W. Walters & D.S. Decker Mexico vùng đất thấp Yucatan, C. lundelliana L.H. Bailey Guatemala, Belize Nhóm Digitata C. digitata A. Grayb New Mexico và Arizona, Hoa Kỳ C. cylindrata L.H. Baileyb Baja California, Mexico C. palmata S. Watsonb Phía Nam California và Arizona, Hoa Kỳ Nhóm Foetidissima C. foetidissima Kunthb Phía tây Hoa Kỳ và Mexico C. pedatifolia L.H. Baileyb Trung Mexico C. × scabridifolia L.H. Baileyb Đông Bắc Mexico C. radicans Naudinb Mexico a Loài trồng trọt; b Cây lâu năm; Nguồn: Merrick, 1995 và Sanjur et al., 2002 [73],[99]. Nghiên cứu của Zheng Yi-Hong et al., (2013) cho rằng, dựa trên phân tích DNA lục lạp, nhóm xerophytic được cho là tổ tiên của các thành viên nhóm mesophytic [113]. Kết quả nghiên cứu chỉ ra rằng loài C. ficifolia, một loài thuộc nhóm mesophytic có liên hệ gần gũi với loài C. foetidissima và C. pedatifolia thuộc nhóm xerophytic. Loài C. maxima có nguồn gốc ở khu vực ôn đới ẩm miền Nam Mỹ và vùng đất thấp của Bolivia. Loài hoang dại C.maxima subsp. andreana (Naudin) Filov được coi là tổ tiên của nó [99]. Loài C. moschata được thuần hóa ở Mexico, ven biển Peru và Guatemala. Các bằng chứng khảo cổ có niên đại từ 7660 năm trước công nguyên đã được tìm thấy ở sườn phía tây của dãy núi Andes ở phía bắc Peru.